ГЛАВА 3 АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА.
Щелкни кобылу в нос - она махнет хвостом.
Козьма Прутков. "Мысли и афоризмы "
В предыдущих двух главах были рассмотрены способы измерения с помощью
компьютера различных величин и способы формирования управляющих воздействий.
В данной главе будут рассмотрены приложения, когда компьютер одновременно
производит измерения и вырабатывает управляющее воздействие. Здесь термин
"одновременно" используется с некоторой долей условности. На самом деле, компьютер
сначала производит измерение, затем обрабатывает полученную информацию и,
наконец, вырабатывает управляющее воздействие. Через определенное время
управляющее воздействие прерывается и компьютер возвращается к измерению,
после чего цикл повторяется. Этот процесс будет продолжаться или постоянно, или
до достижения заданного условия. Поддержание температуры в термостате относится
к задаче постоянного регулирования, а зарядка аккумуляторной батареи до
определенного напряжения - задача достижения определенного условия.
3.1 ТЕРМОСТАТ.
Термостаты широко используются в науке и технике для различных целей. В быту
постоянную (низкую) температуру поддерживает холодильник. Радиолюбители
используют термостаты для проверки работоспособности своих конструкций при
различной температуре. Конструктивно любительский термостат представляет собой
коробку из упаковочного пенопласта (обладающего очень низкой теплопроводностью),
внутри которой размещается термодатчик Rt, нагревательный элемент Rh и исследуемая
схема. Функциональная схема термостата изображена на рисунке 3.1.
IIpoipaMMa 3.1, обеспечивающая работу термостата, состоит из подпрограммы
выполняющей измерение температуры, подпрограммы описывающей зависимость
частоты от температуры и подпрограммы формирующей на выходе компьютера,
предназначенном для записи на магнитофон, сигнал в виде переменного напряжения
заданной длительности. Программа имеет вид:
10 CLEAR 65300: DIM А(64)
20 FOR 1-1 ТО 64
30 READ A(l): РОКЕ (65300+1),А(1)
40 NEXT I
50 DATA 243,1,0,0,17,141,55,219
60 DATA 254,203,119,40,10,0,0,0
70 DATA 19,122,183,32,242,24,7,0
80 DATA 19,3,122,183,32,8,33,85
90 DATA 255,112,35,113,251,201,219,254
100 DATA 203,119,40,10,0,0,0,19
110 DATA 122,183,32,211,24,232,0,0
120 DATA 0,19,122,183,32,232,24,222
125 INPUT 'Тгтюх - ';T
130 PRINT AT 9,6;'TEMPER.:';AT 9,26;'(q'
135 PRINT AT 12,6;*T max - ';AT 9,26;'(C)*
140 OUT 254,7: RANDOMIZE USR 65301
150 LET F-256*PEEK 65365+PEEK 65366-1
160 IF F<0 THEN LET F-0
165 GO SUB 2000
170 PRINT AT 9,16/ *;AT 9,16;INT(C)
175 IF T>C THEN GO SUB 1000
177 PAUSE 1000
180 GO TO 140
1000 FOR N - 1 TO 1000
1010 OUT 254,24
1020 OUT 254,0
1030 NEXT N
1040 RETURN
2000 IF F< 1600 THEN LET C-F/20-40
2010 IF F>— 1600 THEN LET C-F/40
3000 RETURN
Программа 3.1.
В качестве нагревательного элемента можно использовать резистор мощностью 5
-10 Вт или соответствующую лампу накаливания. Питание нагревательного элемента
осуществляется от отдельного источника питания с напряжением 10 - 20 В. Перед
началом работы необходимо произвести калибровку устройства. Для этого терморезистор
предварительно изолируют несколькими слоями нитролака или нитроклея и помещают
в сосуд с водой, которую медленно нагревают от комнатной температуры до кипения.
Температуру контролируют термометром. По полученным результатам строят
калибровочный график (см. рис. 1.10). Зная требуемую температуру, можно по
графику определить соответствующую ей частоту. Эту частоту и нужно подставить в
программу 3.1. Если точно известна формула, описывающая зависимость частоты от
температуры, то ее можно использовать в программе для вычисления частоты по
заданной температуре:
2000 LET С-...
Полученную при калибровке в виде таблицы функциональную зависимость
можно записать в программе таким образом:
2000 LET F-INT F
2005 IF F - 2010 THEN С - 25.7
2010 IF F - 2011 THEN С - 25.725
2020 IF T - 2012 THEN С - 25.75
и так далее.
Этот метод неудобен тем, что требуется большое количество измерений и ввод
большого количества строк в программу.
Более простым является метод кусочно-линейной аппроксимации. Он основан на
том, что кривая на графике заменяется отрезками прямых линий. График в этом
случае строится так. Измеряется значение частоты преобразователя, например через
10 градусов. Полученные точки наносятся на график и соединяются прямыми
линиями. Прямые линии на графике описываются простыми формулами.
Предположим, что при калибровке мы получили, что температуре 30 градусов
соответствует частота 1400 Гц, температуре 40 градусов - 1600 градусов, а температуре
50 градусов 2000Гц. Тогда в интервале температур 30 - 40 градусов зависимость будет
такой:
F = 1400+(t - 30) *(1600 - 1400)/(40 - 30) = 800 + 20*t
t = F/20 - 40
В интервале температур 40 - 50 градусов:
F - 1600+(1 - 40)*(2000 - 1600)/(50 - 40) - 40*1
t - F/40
В программе это может быть записано в виде следующих строк:
2000 IF F>1400 AND F<1600 THEN LET C-F/20-40
2010 IF F>-1600 AND F<2000 THEN LET C-F/40
Если температура 50 градусов является самой большой, которую удалось измерить,
то можно полученную зависимость экстраполировать на более высокие температуры.
Для этого строка 2010 должна выглядеть так:
2010 IF F>-1600 THEN LET C-F/40
Аналогично, для температур ниже 30 градусов можно использовать:
2000 IF F<1400 THEN LET C-F/20-40
Естественно, чем более короткими отрезками прямых заменяется кривая, тем
меньше по1решность. Как и в предыдущих программах, в данную программу можно
ввести звуковую сигнализацию и отсчет времени.
