Цифровой вольтметр

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Трудно представить современную микроэлектронику без такой важной составляющей как микроконтроллеры (МК). МК незаметно завоевал весь мир. Одно и то же устройство, которое раньше собиралось на традиционных элементах, будучи собрано с применением МК, становится проще, не требует регулировки и меньше по размерам. Кроме того с появлением МК появляются практически безграничные возможности по добавлению новых потребительских функций и возможностей к существующим устройствам

Мировая промышленность выпускает огромную номенклатуру МК. Одна из самых популярных серий универсальных МК- AVR, выпускаемые американской фирмой Atmel

Эти МК позволяют решить множество задач встроенных систем. Они отличаются от других распространенных в наше время микроконтроллеров большей скоростью работы, большей универсальностью. Кроме того, они очень легко программируются. Их можно перепрограммировать до 1000 раз, причем непосредственно в собранной схеме . Интересной особенностью семейства МК является то, что система команд всего семейства совместима при переносе программы со слабого на более мощный микроконтроллер

МК AVR обладают следующими достоинствами:

1. очень быстрая гарвардская RISC- архитектура загрузки и выполнения большинства инструкций в течении одного цикла тактового генератора;

2. программы содержаться в электрически программируемой постоянной памяти программ FLASH ROM;

3. очень большое потребление энергии и наличие нескольких режимов работы с пониженным энергопотреблением делает эти МК идеальными для применения в конструкциях, питающихся от батареек;

4. наличие дешевых и простых в использовании программных средств;

5. все МК имеют энергетически перепрограммируемую постоянную память данных EEPROM;

6. система команд МК изначально проектировалась с учетом особенностей языка программирования высокого уровня C, что в результате позволяет получать после компиляции программ на С гораздо более эффективный код, чем для других МК [2- ст. 10,11].

Таким образом, можно сделать вывод, что МК AVR вполне подходят для создания программы, которая производит непрерывное измерение напряжения.

Назначение. Дистанционный вольтметр на микроконтроллере AVR - устройство, позволяющее удалённо измерять уровень переменных напряжений от нескольких источников (в данном исполнении - 6 каналов) и отображать полученные данные на шести дисплеях, каждый из которых это трёхразрядный семи сегментный индикатор. Цифровой вольтметр на AVR обеспечивает постоянный контроль энергоснабжения оборудования, которое расположено на некотором расстоянии от рабочего места оператора. Сейчас устройство используется для измерения напряжения трех фаз на входе и на выходе промышленного нормализатора напряжения - трехфазного стабилизатора. Место оператора удалено от стабилизатора на расстояние около 800м.

Конструкция цифрового вольтметра представляет собой два модуля:

· модуль измерения и передачи, расположенного непосредственно в месте измерения;

· модуль приёма и отображения, установлен на рабочем месте оператора.

Соединение частей вольтметра выполнено обычной телефонной парой (лапшой). Для повышения устойчивости канала связи к радиопомехам может быть использована витая пара. Линия связи имеет гальваническую развязку от других элементов устройства, которые находятся под высоким напряжением, данные по каналу связи передаются токовым сигналом, величиной до 30мА

Рис.1. Схема конструкции цифрового вольтметра

Характеристики устройства

· Диапазон измеряемых напряжений: 100 - 330В переменного тока;

· Частота измеряемых напряжений: 50Гц;

· Частота измерений: 0,5 сек. (частота обновления измеряемых значений по 6 каналам);

· Напряжение оперативного питания модуля приёма и отображения: 7 - 25В постоянного тока;

· Уровень гальванической развязки модулей: 5,0кВ;

· Погрешность измерения напряжения: ±1,5%.

Рис.2. Принципиальная схема модуля измерения и передачи

В схеме цифрового вольтметра преобразование аналогового сигнала в цифровой производится с помощью АЦП, на базе микроконтроллера AVR - ATmega8. Измерение действующего значения напряжения реализовано на алгоритме определения пика синусоидального сигнала с последующим умножением его на амплитудный коэффициент синусоиды.

Оперативное питание модуля измерения и передачи цифрового вольтметра обеспечивается бестрансформаторным блоком питания от одного из каналов измеряемого напряжения, в данной схеме от первого канала. Уровень напряжения в канале должен быть не менее 90В - минимальный уровень напряжения, при котором сохраняется работоспособность модуля.

Индикация работы линии связи между модулями устройства обеспечивается светодиодом HL1, расположенным в модуле измерения

Принципиальная схема модуля приёма и индикации:

Рис.3. Схема модуля приёма и индикации

Оперативное питание модуля приёма и отображения обеспечивается внешним источником 7-25В постоянного тока. При нормальном функционировании вольтметра на AVR индикаторы отображают значения измеряемых напряжений. При нарушении канала связи или неисправности модуля измерения и передачи, то есть при отсутствии поступления данных от измерительного модуля в течении более 2-х периодов обновления данных (около 1,4 сек.) на индикаторах отображается - “Err”. При восстановлении связи индикация восстанавливается автоматически. Падение уровня напряжения на любом из каналов, за исключением первого, ниже 100В, вызывает отображение на соответствующем индикаторе прочерков “---”, а на остальных индикаторах выводятся измеряемые значения напряжений, соответственно. вольтметр микроконтроллер индикация

Заключение

Вольтметр на микроконтроллере AVR может производить измерения уровня не только переменного, но и постоянного тока. В случае необходимости измерения напряжение постоянного тока по всем или только нескольким каналам, достаточно внести незначительные изменения в микропрограмму контроллера модуля измерения и передачи и вероятно изменить номиналы резисторов R5-R10 и R11-R16, на которых выполнены делители напряжения.

Размещено на Allbest.ru