Домашняя метеостанция
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы
Комментарии к статье
Для наблюдения за погодой обычно используют несколько приборов, каждый из
которых измеряет один параметр. В последнее время в продаже появились
портативные электронные метеостанции зарубежного производства, но они довольно
дороги. Автор предлагаемой статьи попытался разработать любительскую конструкцию
подобного устройства.
Метеостанция может измерять три параметра: скорость ветра, температуру и
атмосферное давление. Информация поочередно (через 6 с) выводится на
четырехразрядный семиэлементный светодиодный индикатор. Еще четыре разряда
постоянно отображают текущее время: часы и минуты с мигающей децимальной точкой.
Схема метеостанции показана на рис. 1.

(нажмите для увеличения)
В основе устройства - микроконтроллер
(однокристальная микроЭВМ) КМ1816ВЕ51 или КМ1816ВЕ751 (DD1). Трехканальный
мультиплексор на микросхемах DD5, DD6 обеспечивает поочередное подключение
одного из трех датчиков. Далее сигнал поступает на усилитель DA2, а затем - на
вход преобразователя напряжение-частота DA3.
Конфигурация метеостанции может быть различна. Например, по двум каналам можно
измерять температуру (на улице и в доме), а по третьему - давление
Информация на восьмиразрядный дисплей поступает с контроллера по
последовательному каналу. Это позволяет выносить дисплей (вместе с регистрами и
дешифраторами DD2-DD4) на значительное расстояние.
Все управление (установка часов, минут, включение и отключение каналов)
осуществляется тремя кнопками SB1-SB3. Кнопкой SB1 производят выбор часов,
минут, канала измерения, установку часов или минут в сторону уменьшения или
отключение канала, если мигают децимальные точки выбранного параметра. Кнопкой
SB3 корректируют часы в сторону увеличения и включают канал, если мигают
децимальные точки выбранного параметра. Кнопка SB2 выполняет функцию
"установка/выбор". Она работает в триггерном режиме. Если после выбора параметра
(одной из кнопок SB1, SB3) нажать SB2, децимальные точки у выбранного параметра
начинают мигать, теперь возможна установка параметра кнопками SB1 и SB3.
Сигналы от контроллера последовательно, через 6 с, подключают очередной датчик к
входу усилителя DA2. Синхронно с выбором датчика на входе DA3 изменяется
положительное смещение. Эта микросхема формирует на выходе сигнал, частота
которого линейно зависит от напряжения на входе.
Задавать начальное смещение необходимо всем датчикам, в том числе и датчикам,
работающим от нуля (датчик скорости ветра), так как для определения знака
температуры из полученного результата программно вычитается константа 3000
(десятичное), а программа обработки результата измерения одинакова для всех трех
каналов. Это делает прибор более гибким: нет жесткой привязки датчиков к
определенным каналам, возможно подключение на двух или трех каналах датчиков
температуры, можно использовать любой из каналов для самодельных
экспериментальных датчиков (датчик влажности, например).
С выхода микросхемы DA3 импульсный сигнал поступает на вход первого
таймера/счетчика микроконтроллера. При этом второй таймер запрограммирован как
делитель тактовой частоты и формирует сигнал 625 Гц для динамической индикации
(сканирование дисплея) и интервал времени 1 с, в течение которого первый таймер
подсчитывает импульсы от DA3. Далее из полученного двухбайтового числа в первом
таймере вычитается константа 3000 (десятичное), абсолютное значение результата
делится на 4, округляется, производится десятичная коррекция и гашение
незначащих нулей.
Вывод информации производится через последовательный порт в режиме синхронной
передачи (сдвиговый регистр). Канальная информация, меняясь каждые 6 с,
отображается на правом четырехразрядном индикаторе (HG3, HG4), а часы и минуты
- на левом (HG1,HG2).
Конденсатор С9 является частотозадающим, отсюда особые требования к его точности
и ТКЕ. Можно применить К31-10. Емкость конденсатора С9 - 4020±40 пФ. Конденсатор
С8 - с допуском 5%. Дорогую микросхему КМ1816ВЕ751 (керамический корпус УФПЗУ)
можно заменить на AT89S52 с флэш-памятью программ. В таблице дана прошивка
контроллера DD1.

(нажмите для увеличения)
Датчиком температуры RK1 служит медный резистор ЭСМ-03-ГР23. Его легко
изготовить и самому: из медного провода диаметром 0,15 мм намотать бухту
диаметром 50 мм и, придав ей удлиненную форму, поместить в футляр от шариковой
ручки, предва рительно залив туда герметик ВГО-1. Если в приборе предполагается
использовать только один термодатчик, нет необходимости в точной подгон кг его
сопротивления: R = 50 ± 5 Ом. Можно применить и интегральный термодатчик
К1019ЕМ1, но так как при номинальном токе 1 мА и нулевой температуре напряжение
на датчике, равное 2,73 В, введет усилитель DA2 в насыщение, то начальное
смещение нужно подать на инвертирующий вход DA2. При этом нужно установить
резистор R' и отпаять R18.
Датчики абсолютного атмосферного давления производят отечественные фирмы:
МИДА-ДА-53 (МИДА, г. Ульяновск), ТДМ2-А, ПАД-К01 (ЗАО "ИЦНТ", г. Зеленоград).
Датчики иностранных фирм Bosch и Motorola стоят дороже отечественных. Например,
датчик МРХ 2200АР фирмы Motorola стоит 15 долларов и уступает нашим датчикам по
основным параметрам: чувствительности и температурной зависимости Такой датчик
можно купить на радиорынках.
Возможная конструкция датчика скорости ветра показана на рис. 2.

Здесь: 1 -
конус из оцинкованного железа (диаметр в основании - 80 мм, высота - 75 мм); 2 -
защитный экран из оцинкованного железа (припаян к оси); 3 - капролоновые
подшипники; 4 - ось диаметром 8 мм из нержавеющей стали; 5 - тахогенератор G1
(электродвигатель ДПН-ЗОН-19); 6 - муфта из резинового шланга (лучше применить
вакуумную резину); 7 - кронштейн; 8 - цилиндр; 9 - стальные спицы диаметром 4 и
длиной 320 мм.
Налаживание метеостанции заключается в ее калибровке с помощью промышленных
термометров и барометров. Сложнее (из-за отсутствия образцового прибора)
откалибровать канал измерения скорости ветра. При указанных на рис. 2 размерах и
использовании в качестве тахогенератора электродвигателя ДПМ-ЗОН-19
экспериментально получена следующая зависимость: U-740·n, где U - вырабатываемое
тахогенератором напряжение в милливольтах; n - скорость ветра в метрах в
секунду.
Подстроечными резисторами R24-R26 регулируют смещение, a R12-R14 - крутизну
преобразования.
Анемометр будет намного точнее и сделать его проще, если вместо
тахогенератора использовать оптопару светодиод-фотодиод с вращающимся между ними
обтюратором, Сигнал с фотодиода можно подать непосредственно на вход
микроконтроллера.
Таблица прошивки
Автор: С.Семилетников, г.Москва
Смотрите другие статьи раздела Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы.
Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.
Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:
сборник В помощь радиолюбителю №99 (1987 г)
журналы Техника - молодежи 1986 (архив за год)
книга Математика - наука и профессия. Колмогоров А.Н., 1988
книга Экономичный батарейный супергетеродин. Ганзбург М.Д., 1951
статья Главный инженер. Должностная инструкция
статья Что такое гравитационный радиус и как велики его значения для различных объектов?
справочник Сервисные меню зарубежных телевизоров. Книга №6
Оставьте свой комментарий к этой статье: