oferuje stacje lutownicze firmy

(1)

(2)

oferuje stacje lutownicze firmy

W YUASA Akumulatory z serii NPL WECP-20 660.00 zł

WECP-20

Antistatic

755.00

^Zł

• lutownica 50W

•transformator 24V

• regulacja temperatury do 450'C

• podstawka

PODANE CENY NIE Z A W I E R A J Ą VAT-u ( 2 2 % )

Sprzedaż wysyłkowa: A V T Korporacja S p . z o . o . , 0 1 - 9 0 0 Warszawa 118, skr. poczt. 7 2 ; t e l . ( 0 - 2 2 ) 3 5 - 6 6 - 7 7 , 3 5 - 6 6 - 8 8 , fax 3 5 - 6 7 - 6 7 ; a v t @ i k p . a t m . c o m . p l

oraz w sklepach f i r m o w y c h A V T

POSIADA W SPRZED AZY AKUMULATORY O PODWYŻSZONEJ ŻYWOT MOŚCI,

które są stosowane do YUASA

profesjonalnych urządzeń

wymagających pewnego i stabilnego podtrzymania napięcia. Wykorzystywane w telekomunikacji i w produkcji

systemów alarmowych i komputerowych.

TYP POJEMNOŚĆ DŁUGOŚĆ SZEROKOŚĆ WYSOKOŚĆ WAGA CENA

NPL24-12 24Ah 166 175 125 9kg 192.00

NPL38-12 38Ah 197 165 170 14kg 333.00

NPL65-12 65Ah 350 166 174 24kg 500.00

Akumulatory z serii EN - żywotność >10 lat

EN320-2 EN480-2 EN160-4 EN100-6 EN 160-6

POJEMNOŚĆ 320Ah 480Ah 160Ah 100Ah 160Ah

DŁUGOŚĆ SZEROKOŚĆ WYSOKOŚĆ CENA

573.00

PODANE CENY NIE ZAWIERAJĄ VAT-u (22%)

Sprzedaż wysyłkowa: AVT Korporacja Sp. z o.o., 01-900 Warszawa 118, skr. poczt. 72; tel. (0-22) 35-66-77 35-66-88, fax 35-67-67; ?vt@jJp.atm.com.pl ora? w stępach firmowych AVT

WTCP-S 495.00 zł

• lutownica TCP-S (24V, 50W, kabel silikonowy, grot long-life)

• transformator 24V

• podstawka KH-2

(3)

SPIS TREŚCI

WIDEO u m j ł n m

OKŁADKA

Przyrząd pozwalający dokładnie mierzyć parametry biernych elementów

elektronicznych jest bardzo użyteczny w każdym warsztacie, nie w każdym jednak można go znaleźć.

Opisywany przez nas miernik RLC, przy nie wy góro wanej cenie, nie ustępuje pod względem dokładności przy- zwoitym przyrządom fabrycznym.

Elektor Elektronik jest miesięcznikiem wydawanym przez AVT-Korporacja Sp. z o.o.

01-900 Warszawa 118 skr. poczt. 72

tel./fax 35-67-67

e-mail: avt@ikp.atm.com.pl na licencji wydawnictwa Elektuur B.V.

Red. nacz. polskiej edycji:

Tadeusz Drozdek Tłumaczenia:

Krzysztof Kałużyński Andrzej Mierzejewski Krzysztof Pochwalski Copyright

c./o. Intern. Adv. Dept.

P.O. BOX 75 6190 AB BEEK (L) The NETHERLANDS tel: +31 46 438 9444 FAX: +31 46 437 0161 Druk:

HELDRUK 82-200 Malbork ul. Partyzantów 3b

23 Złącze audio światlowód-kabel koncentryczny

47 Mikser audio, część 2 N u m e r 5 ( 4 4 ) M a j 1 9 9 7

10

41

5 16

Domowy system alarmowy sterowany procesorem PIC

Programator pamięci EPROM

Zaawansowany miernik RLC

Pomiary z komputerowym multimetrem

URZĄDZENIA Z

21 Symulator baterii

Domowy system alarmowy sterowany procesorem PIC str. 10 27-32, 37-40

9 Generator harmonicznych 15 Monitor poziomu wody 51 Wobulator

52 Linia opóźniająca 53 Korektor parametryczny 54 Stroboskop motocyklowy 55 Miernik ciśnienia dźwięku 56 Filtr aktywny UAF42

56 Niskoszumny oscylator kwarcowy 57 Szybszy procesor MCS52 58 Monitor świateł samochodowych 58 Monitor napięcia

59 Wskaźnik ładowania akumulatora samochodowego z diodami LED

Programator pamięci EPROM str. 41

Złącze audio światłowód-kabe!

koncentryczny str. 23

(4)

Listy

Uwagi i sprostowania Miernik pola magnetycznego {EE 2/97)

Efektywna długość końcówek lutowniczych użytych do wy- konania karkasu cewki wynosi 7,5mm. Najbliższy odpo- wiednik SWG dla miedziane- go, emaliowanego drutu na- wojowego o średnicy 0,2mm ma numer 36.

Częstościomierz . (EE11/96) Jesteśmy wdzięczni Panu Ca- pel z Goes w Holandii za wskazanie pewnej liczby błę- dów i braków na schemacie ideowym miernika częstotli- wości, który opisaliśmy na stronie 58 numeru 11/96 naszego miesięcznika.

Podstawowy błąd to pominię- cie połączenia między koń- cówkami: 15 układu IC4 oraz 3 złącza K1. Oprócz tego koń- cówka 5 układu IC4 musi łą- czyć się z szyną +5V, podczas gdy końcówka 3 powinna do- chodzić do masy. Na dodatek końcówki 6 i 4 układu IC4 mu- szą zostać wzajemnie zamienione.

Następnie popatrzmy na IC1 oraz IC2. W tych dwóch ukła- dach zostały zamienione linie:

zegarowa i przepełnienia. Ten problem łatwo usunąć, dołą- czając końcówkę 11 układu IC3 (bramka łC3d) do koń- cówki 12 układu łC2, a me do końcówki 12 układu IC1. Dalej połączcie końcówkę 14 ukła-

( Ą > I N T . O S C

( B > L A T C H

( C > R E S E T

du IC2 z końcówką 12 układu IC1. Końcówka 14 układu łC1 pozostaje otwarta.

Zalecamy także dodanie nad- liczbowego kondensatora 1nF pomiędzy końcówkami 3 i 4 układu IC1 oraz przecięcie po- łączenia miedzy końcówką 4 układu IC1 a końcówką 4 uk-

ładu IC2.

Na koniec, jeżeli stosowane są wyświetlacze ze wspólną kato- dą, połączcie końcówki 6 ukła- dów IC5 oraz IC6 z masą, za- miast z szyną +5V. Jeżeli tego nie zrobicie, liczby na wyświet- laczu będą odwrócone.

Zdajemy sobie sprawę z kom-

pleksowości wszystkich mody- fikacji; przypuszczamy, że najlepiej jest przedrukować caty schemat ideowy miernika, z nadzieją, że tym razem nie zawiera on błędów! Pan Capel poinformował nas, że po wpro- wadzeniu tych zmian miernik funkcjonuje bezbłędnie.

Sprzężenie zwrotne

Wyniki ankiety „Sprzę- żenie zwrotne" opubli- kowanej w marcowym wydaniu Elektora.

Monitor temperatury lodówki (82%)

Regulator prędkości do modeli kolejek (66%) Biuletyn Informacyjny Układów Scalonych (63%) Krótki kurs symulacji układów scalonych (55%) Przeówzmacniacz z zasilaniem bateryjnym (30%)

Elektor 5/97

(5)

Miernictwo

podstawowe parametry

Zakres pomiaru 10 Rezystancja

Indukcyjność własna Pojemność

W s p ó ł c z y n n i k a

Współczynnik D ( - W * Dokładność

100/Jft .100MO

1/Q)

Czas pomiaru Napięcie polaryzacji Pomiar

l00nH.~10kH 0 , 5 p F . . . 1 0 m F

1...1000 1...1000 0,25%

l00mV...lV 1kHz 1,5s

orogramowalne 2- lub 4-punktowy

Przyrząd pozwalający dokładnie mie- rzyć parametry biernych elementów elektronicznych jest bardzo użyteczny w każdym warsztacie, nie w każdym jednak można go znaleźć. Wielu kon- struktorów uważa, że im zupełnie wystarczy nowoczesny multimetr, za po- mocą którego można zmierzyć opor- ność, indukcyjność własną i pojem- ność. To prawda, że takim miernikiem można zmierzyć oporność z dokład- nością do 1%, a indukcyjność i pojem- ność do 5%. Nie wyznaczy się nim jednak pasożytniczych pojemności i induk- cyjności rezystora ani oporności i po-

jemności cewki. W obwodach mafej częstotliwości te parametry nie mają żadnego znaczenia. Jednakże w ukła- dach wielkiej częstotliwości mogą od- grywać istotną rolę. Nie biorąc ich pod uwagę projektant może napotkać w swojej konstrukcji na niewytłumaczal- ne efekty.

Miernik RLC pomoże mu oszacować wszystkie właściwości rezystorów, ce- wek i kondensatorów. Elektryczne parametry podzespołów określa się za po- mocą sygnałów sinusoidalnych i cosi- nusoidalnych w ramach ustalonego czasu. Zastosowana metoda polega na

Każdy obwód elektro- niczny zawiera rezysto- ry, indukcyjności i po- jemności aibo ich kom- binacje. A sq jeszcze elektronicy amatorzy, czy nawet zawodow-

cy, nie posiadający w swoim warsztacie przyrządu do pomiaru tych wielkości - miernika

RLC. Pod względem do- kładności przyrząd opisany w tym artykule, przy niewygórowanej cenie, nie ustępuje przyzwoitym fabrycz-

nym miernikom RLC.

H. Bonenkamp

(6)

Zaawansowany miernik RLC

EEPROM

K EPROM

'/ ^DSP ^SPORTO ^ADC/DAC

< >

^ _LOGICZNE^UKŁADY _POMIAROWY^DZIELNIK

KLAWIATURA ^ _LOGICZNE_LOGICZNE^UKŁADY^UKŁADY _POMIAROWY_POMIAROWY^DZIELNIK^DZIELNIK

WYŚWIETLACZ

O

Rys. 1. Schemat bloko- wy miernika RLC. Cyfro- wy procesor sygnałowy umożliwia dokonywanie wszystkich pomiarów w czasie rzeczywistym.

określaniu korelacji pomiędzy tymi dwoma sygnałami, w czasie gdy mierzony element wchodzi w skład dzielnika pomiarowego, a sygnały sinusoidalny i cosinusoidalny są generowane przez procesor sygnałowy (DSP).

W tradycyjnych miernikach RLC używa się sygnałów analogowych. Wadą tego rozwiązania jest bardziej skomplikowa- ny układ i konieczność stosowania zło-

Rys. 2. Podstawowy ukiad dzielnika pomia- rowego (a). Jego zmo- dyfikowany układ prak- tyczny (b).

żonej procedury kalibracyjnej. Nowo- czesne mierniki RLC są oparte na DSP, dzięki czemu przyrządy te są mniejsze, tańsze i nie wymagają skomplikowanej kalibracji.

Układ

W centrum schematu blokowego mier- nika RLC, pokazanego na rysunku 1, znajduje się procesor sygnałowy firmy Analog Devices. DSP generuje dane cyfrowe sygnału sinusoidalnego o czę- stotliwości 1kHz. Amplituda tego syg- nału pomiarowego może być ustalona na poziomie 100mV, ale może też być w mierniku zmieniana automatycznie w granicach 0,1..."IV. W przetworniku cyfrowo-analogowym (DAC) dane cyfrowe są zamieniane w sinusoidalny sygnał pomiarowy.

\

I Rm1

T L J T

V

1

o

RmO

0

O

970028 - 12a

O

Dzielnik pomiarowy jest zestawiony w taki sposób, aby jego sygnał wyjścio- wy mógł być optymalnie przetwarzany w przetworniku analogowo-cyfrowym (ADC) obwodu pomiarowego. DAC i ADC znajdują się w jednym układzie scalonym. Układ pomiarowy automatycznie dopasowuje się do wielkości mierzonej, dzięki czemu zakres ADC zawsze jest w pełni wykorzystany.

DSP analizuje wielkości mierzone w czasie rzeczywistym w formie składo- wych prostokątnych, będących podsta- wą obliczania parametrów mierzonych elementów. DSP przetwarza zmierzone składowe, a obliczone wyniki ukazują się na wyświetlaczu. Naciśnięcie przy- cisku wstrzymuje proces pomiaru, a DSP przechodzi do wykonywania menu. Po przejściu przez menu pomiary zostają wznowione zgodnie z nowo dobranymi warunkami. Szczegółowe dane kalibracyjne są przechowywane w pamięci EEPROM.

Dzielnik pomiarowy

Dzielnik pomiarowy składa się z rezystora pomiaru prądu Rm i mierzonego elementu Z - patrz rysunek 2a. Prąd jest mierzony na podstawie spadku na- pięcia na wysokostabilnym rezystorze wzorcowym. Przełączanie rezystorów wzorcowych zmniejsza wymagania wo- bec wzmacniaczy pomiarowych ukła- du, a także obniża poziom szumów.

Dwa użyte rezystory wzorcowe są prze- łączane przekaźnikiem, ponieważ prze- łącznik elektroniczny wprowadzałby zbyt dużą impedancję pasożytniczą.

Rzeczywisty układ jest pokazany na ry- sunku 2b. Rm 1 jest stałą częścią dzielnika pomiarowego. Dzięki temu na naj- czulszym zakresie pomiarowym cewka przekaźnika nie jest wzbudzona i nie może być źródłem zakłóceń. Za wyjąt- kiem zacisków wejściowych w płycie czołowej miernika, w obwodzie sygnału nie ma żadnych innych styków. Jeżeli z jakichkolwiek powodów styki przekaź- nika okazałyby się niepewne, połącze- nie pomiędzy dzielnikiem a układem pomiarowym zapewnia rezystor 100£1 Gdy cewka przekaźnika zostaje wzbudzona. Rm 0 zostaje połączony równo- legle z Rm-|, a ich wspólna rezystancja wynosi 99,9Q. Mierzoną wielkość Z określa się z zależności:

Z = ^ R m

u^{2 m}^[fl]

970028 - 12b

Wpływ przewodów łączących i rezystancji styków jest minimalizowany w tra-

Elektor 5/97

(7)

Zaawansowany miernik RLC

Rys. 3. W mierniku za- stosowano typowy układ pomiarowy o dwóch parach wypro- wadzeń. Przez jedną parę dopływa prąd po- miarowy, a z drugiej otrzymuje się mierzone napięcie.

dycyjny sposób przez zastosowanie wi- docznych na rysunku 3 czterech wy- Drowadzeń mierzonego elementu. Jed- na para wyprowadzeń, prądowych, słu- ży do wprowadzania prądu pomiarowego, a druga para wyprowadzeń, napię- ciowych (o dużej impedancji), do odbie- rania sygnału pomiarowego. Napięcia Domiarowe U-i i U2 po zbuforowaniu są doprowadzane przez wzmacniacz róż- nicowy do wzmacniacza o programo- walnym wzmocnieniu (PGA).

A1 AO A

0 0 1 X

0 1 1 0 X

1 0 1 0 0 x

Naprzemienny sposób pomiaru umoż- liwia zaoszczędzenie wzmacniacza różnicowego, PGA i ADC. Przy takim sposobie pomiaru i przy prostej pro- porcjonalności stosunku U1/U2 do mierzonej impedancji wystarczy, aby PGA charakteryzował się dobrymi pa- rametrami dla napięć zmiennych, a zwłaszcza dobrą liniowością. Wszel- kie różnice napięć stałych zostaną automatycznie wyeliminowane w obli- czeniach.

Opis układu

Jak na przyrząd o dużej dokładności z automatycznym doborem zakresu, je- go schemat - na rysunku 4 - jest sto- sunkowo prosty.

Połączony z dzielnikiem pomiarowym rezystor R10 oraz diody D2 i D3 służą do eliminacji przepięć w mierzonej in- dukcyjności, powstających w momen- cie wyłączania miernika. Są to diody o małym prądzie zaporowym i niewiel-

Metoda pomiaru

Metoda pomiaru miernikiem RLC polega na określaniu za- leżności pomiędzy dwoma sygnałami, a dokładniej na określaniu wpływu mierzonego elementu na natężenie prą- du, jaki przez niego płynie, oraz na spadek napięcia, jaki na nim ten prąd wywołuje. W przypadku rezystancji rzeczy- wistej prąd przez nią płynący i powstały na niej spadek na- pięcia będą w fazie. Gdy sinusoidalny prąd płynie przez czystą indukcyjność, spadek napięcia jest przesunięty (opóźniony) o 90° względem prądu. Sygnał napięciowy jest cosinusoidalny. W przypadku kombinacji rezystancji z reak- tancją sygnał jest złożony ze składowych sinusoidalnej i cosinusoidalnej.

W opisywanym mierniku składowe te są mierzone przez DSP z pomocą cyfrowego sygnału wzorcowego. Obwód pomiarowy jest pokazany poniżej. Pod wpływem napięcia

Udać

Udać przez szeregowy obwód złożony z Rm i mierzonej in- dukcyjności rzeczywistej przepływa prąd sinusoidalny. Wy- kres wektorowy wykazuje, że napięcia U-i i U2 są zespolo- ne (czyli składają się ze składowych rzeczywistych, odłożo- nych wzdłuż osi X i składowych urojonych, odłożonych wzdłuż osi Y). Napięcia te są następujące:

U1x = U-|COs<p-| U1y = l ^ s i n ^ U2x = U2cos<p2 U2y = U2sincp2

|Z| = Rm U l x + j U l y [Q]

' ' U2 x +j U2 y

N - 1

UiCOS<p = - ^ [ l ^ s i n ^ + <Pi )] [sin(-^)]

i=0

Ostatni człon oznacza wewnętrzny wzorzec DSP.

N - 1

UiSin<p = - ^ T [ U ^ M - ^ - + ę,)] [cos(-j^)]

i=0

Ostatni człon oznacza wewnętrzny wzorzec DSP.

UD A C = U s i n ( ^ + a )

gdzie a oznacza przesunięcie fazowe w IC1.

wmmmmmmmmmm

(8)

Zaawansowany miernik RLC

J \ A 1 / \ A 2

\ A 3

\ A 7 5 \A 8

'/

/ \ A 1 2 / \ A 1 3 _

\ D 2 3 C38

lOOn

I C 8 D O . " " V 01 -1 2 0 9

D2 1 3 D 1° / { E P R O M D 3 , s D 1 1 /;

D4 , 6

2 7 C 5 1 2 D5 1 7 D 1V D6 1 8 D 1' V i D 7 -1 9 D 1 5/ <

A12 A13 A14 A15

C35 C36 C37

™P M S

DO BG

AO

D1 A1 -

D2 A2

D3 A3

D4 A4 -

D5 AS

D6 A6

D7 A7 -

D8 AB

09 I C 9 A9

D10 A10 -

A D S P 2 1 0 1 K P 8 0 A D S P 2 1 0 1

K P 8 0 D13

A D S P 2 1 0 1 K P 8 0

A13 -

D14 DMS

D15 IR02

_A0 / J A l

« /

A6

A7 / J

A S / A9 y / ^ A 1 0 / J A11 / A 1 2 / J

DMS IR02 ^

k

RES

G A L , 2 2 V 1 0

23 E 22 DB / I 21 D9 / / 20 D I O , ^ "

19 SEO 18 PGAO 17 PGA1 16 SE1 15 RST 14 IRQ2

S1 S2 S3

Ml k | l

nJ

Rys. 4. Schemat mierni- ka. Niemal połowę zaj- mują obwody dzielnika pomiarowego i związa- nych z nim układów.

8 Elektor 5/97

(9)

Zaawansowany miernik RLC

kich pojemnościach pasożytniczych.

Rezystory R11 i R12 łączą mierzony element z układem pomiarowym w przypadku pomiaru dwupunktowego. Prze- kaźnik RE1 jest sterowany sygnałem SEO, a przełączniki elektroniczne w IC5 sygnałem SE1. Wzmacniacze operacyj- ne IC3 i IC4 pracując w układzie wtórni- ków buforują sygnały z dzielnika pomiarowego. Układ 1C6 jest wzmacnia- czem pomiarowym o wzmocnieniu rów- nym jedności dla napięcia stałego i równym dziesięć dla zmiennego, nato- miast wzmocnienie wzmacniacza IC7 (RGA) jest programowalne.

Rezystor R19 i kondensator C14 two- rzą filtr wygładzający schodkowanie.

Zastosowanie tak prostego filtru jest możliwe dzięki użyciu ADC sigma-del- ta przy 64-krotnym nadpróbkowaniu.

Sygnał z wyjścia filtru jest doprowadzo- ny do ADC, mieszczącego się w IC1.

Wzmacniacz różnicowy IC2 odejmuje sygnał z wyjścia L_OUT od sygnału z wyjścia R_OUT DAC. Z wyjścia L_OUT otrzymuje się sinusoidalne napięcie pomiarowe, a z wyjścia R_OUT opcjonalne

napięcie polaryzujące. Napięcia tego używa się podczas pomiarów konden- satorów elektrolitycznych. W innych punktach obwodu pomiarowego napię- cia tego nie można by skompensować i wzmacniacz programowalny o wzmocnieniu 1, 10 lub 100 zostałby nasycony.

Rezystory R17 i R18 oraz kondensatory C11 ...C13 tworzą filtr górnoprzepus- towy o częstotliwości granicznej 72Hz.

Dzielnik pojemnościowy z kondensato- rów C13, C14 redukuje amplitudę syg- nału w stosunku 0,82, co opóźnia osią- ganie granicy zakresu ADC.

Mierzony element przyłącza się do koń- cówek PC1...PC4. Przyłącza się także do nich omówiony w części 2 zespół pośredniczący. Za pomocą gniazdka DIN K1 można dokonywać pomiarów w miejscu oddalonym od miernika.

Sygnał cyfrowy i układ procesora

Wszystkie potrzebne do pomiarów ukła- dy zawiera 16-bitowy cyfrowy procesor sygnałowy (DSP). Jedynym jego man-

kamentem dla niektórych użytkowników może okazać się brak układu do obli- czeń zmiennoprzecinkowych. Ale nawet mało doświadczony programista może łatwo obejść to ograniczenie. Procesor jest połączony z EPROM-em IC8, w któ- rym jest przechowywane niezbędne oprogramowanie, oraz EEPROM-em IC11, stale przechowującym 49 ustalonych zmiennych kalibracji i kompensacji.

Układ IC10 jest GAL-em, który łączy ze sobą wszystkie stopnie cyfrowe miernika.

Wyświetlacz ciekłokrystaliczny (LCD) i klawiatura są przyłączone za pośred- nictwem złącza K2.

Zasilacz obejmuje dwa mate transfor- matorki sieciowe TR1 i TR2. Pierwszy z nich zasila stabilizator +5V (IC12), a drugi dwa symetryczne stabilizatory

±15V (IC13 i IC14). Napięcie +5VJest filtrowane przez L1-C26-R31-C27...C29 i zasila stopnie analogowe oraz niektó- re cyfrowe. Diody Zenera D17...D19 za- bezpieczają obwody zasilania przed przepięciami. Montaż miernika zostanie opisany w następnej części artykutu. •

Generator harmonicznych

Prosty układ spełnia rolę powiela- cza częstotliwości, zamieniające- go dowolny sygnał wejściowy o nachylonym zboczu na znie- kształcony sygnał wyjściowy, któ- rego widmo częstotliwości od- znacza się bogatą zawartością harmonicznych. Sygnał wejścio- wy wcale nie znika i jest obecny w tym widmie.

Jeżeli sygnałem wejściowym bę- dzie czysta sinusoida, układ wy- generuje tylko nieparzyste harmoniczne. Jest to efekt teoretyczny, przy założeniu, że dwa wejściowe komparatory są dokładnie jedna- kowe i że na ich wejścia odwraca-

jące zostały podane wzorce na- pięcia 0V. Przeciwsobne wyjścia komparatorów !C1aoraz IC1b do- starczają wówczas sygnały różni- cowe do sumatora IC2, który kasu- je parzyste harmoniczne. Widmo harmonicznych zmienia się po ustawieniu potencjometrami P1 i P2 różnych współczynników impuls/przerwa (mark/space) po- szczególnych komparatorów. Na przykład współczynnik wypełnie- nia 0,25 spowoduje generowanie harmonicznych: drugiej, szóstej i dziesiątej, ale nie czwartej. Kształt widma można w takim przypadku opisać funkcją sin(x)/x.

Uout [V]

5V

Poziomy odniesienia dla wejść komparatorów określają kształt sygnału wyjściowego. Pożądany stopień zniekształcenia sygnału wejściowego jest więc ustalany przy pomocy potencjometrów.

Aby operacja dodawania odbywa- ła się z możliwie największą do- kładnością, obydwa wzmacniacze wejściowe powinny mieć dopaso- wane charakterystyki zmiennoprą-

W40N-11 sv dowe. Z tego samego powodu wartości R2 i R3 nie powinny się różnić o więcej nłż 1%.

Układ powinien być zasilany z re- gulowanego symetrycznego za- silacza +5V/-5V. Pobór prądu jest mniejszy od 5mA. Sygnał wej- ściowy powinien być stabilny, je- go wartość szczytowa nie powin- na przekraczać 5V.

H. Bonekamp

(10)

Komputery

S5S"

w a n i "

w

b u d o w i e

d l i * *

1 m i s

t e r o '

D a

„ e t e c h n i c e ®

sss-TŁSSS

w w W : , ^ 'o Z*a r c

- rvp c z " ! "1 5

y c z b a g w P - pa e K a t ^ i ą c ym

s\ e c \ o ^e

Dziś, jeśli chcesz chronić swój dom i przedmioty wartościowe, nie unikniesz zainstalowania sprytnego i niezawodnego systemu alarmowego. Opisany poniżej układ spełnia oby- d w a wymogi. Zastosowa- nie mikrokontrolera jako serca systemu umożliwia włgczenie w o b w ó d pros- tej pętli 2-przewodowej szerokiej gamy dostęp- nych w handlu czujników wtargnięcia.

P. de Bruyn

W ł a m y w a c z y i innych intruzów określa zwyczaj odwiedzania d o m ó w i pomiesz- c z e ń w n i e d o z w o l o n y m czasie i przy u ż y c i u n i e d o z w o l o n y c h m e t o d . Na szczęście, jest to c e c h a n a tyle „unikal- na", że ta k r y m i n a l n a działalność jest względnie łatwa do wykrycia. Jest oczywiste, że s y s t e m bezpieczeństwa utrzy- mujący w ł a m y w a c z y na dystans wyma- g a nieco elektroniki i to właśnie jest na- sza branża.

Podstawową strukturę d o m o w e g o syste- m u a l a r m o w e g o przedstawia

rysunek 1.

S t a n d a r d o w e czujniki (detektory) przy- m o c o w a n e d o drzwi i okien zwykle są d o s t ę p n e w k a ż d y m w i ę k s z y m sklepie.

W większości p r z y p a d k ó w należy szu- kać w y ł ą c z n i k ó w u r u c h a m i a n y c h mag- netycznie, z ł o ż o n y c h z m a ł e g o magnesu stałego i kontaktronu. Takie elementy d o s k o n a l e nadają się do p r z y m o c o - wania do drzwi i/lub okien. W opisywa- n y m u k ł a d z i e czujniki są w ł ą c z o n e

w o b w ó d pętli p r ą d o w e j (10mA), otwie- ranej ( p r z e r y w a n e j ) , g d y t y l k o o d l e g - łość p o m i ę d z y m a g n e s e m a kontaktro- n e m przekroczy pewną wartość. Nastę- puje to w m o m e n c i e otwarcia chronio- n y c h drzwi lub o k n a i zwykle jest p o w o - d e m włączenia alarmu.

Pętla p r ą d o w a zapewnia wysoki stopień o d p o r n o ś c i układu na zakłócenia, jakie m o g ą i n d u k o w a ć się w p r z e w o d a c h . W p o r ó w n a n i u z u k ł a d a m i z ł o ż o n y m i z e l e m e n t ó w d y s k r e t n y c h mikrokontroler z a s t o s o w a n y w s y s t e m i e o c h r o n y o d z n a c z a się kilkoma istotnymi zaleta- mi. Na przykład, p r o c e d u r a w ł ą c z a n i a jest szczególnie przyjazna dla użytkow- nika, a z ł o ż o n o ś ć c a ł e g o u k ł a d u jest z n a c z ą c o z r e d u k o w a n a .

W istocie, z n a c z ą c a różnica p o m i ę d z y o p i s y w a n y m u k ł a d e m a k o n w e n c j o n a l - nymi d o m o w y m i systemami alarmowy- mi p o l e g a n a t y m , że p r e z e n t o w a n y układ rozróznia tylko zmiany stanu czuj-

10 E l e k t o r 5 / 9 7

(11)

Domowy system alarmowy sterowany procesorem PIC

ników od „rozwarcia" do „zwarcia".

Stąd okno może być uchylone (ale za- blokowane), tak że pętla prądowa jest rozwarta. Okno to nie będzie włączone do systemu alarmowego dopóki nie zostanie zamknięte (i pętla prądowa rów- nież). Możesz więc wietrzyć pomiesz- czenie w ciepły letni dzień otwierając okna bez włączania alarmu.

Jeśli warunek alarmu zostanie spełnio- ny, przekaźnik będzie włączony przez czas około jednej minuty. Może to po-

służyć do włączenia zewnętrznego sygnalizatora dźwiękowego lub wskaźnika, na przykład migają- cego światła lub syreny, ale rów- nież „cichego alarmu". Po upływie minuty układ resetuje się sam i wy- konuje automatyczny restart. Fakt wystąpienia warunku alarmu jest za- pisywany w pamięci. Gdy układ zostanie wyłączony wyłącznikiem blokady lub drzwiowym, dioda LED zacznie szybko migać sygnalizując, że został zare- jestrowany warunek alarmu.

Układ praktyczny

Schemat elektryczny domowego syste- mu alarmowego przedstawiamy na ry- sunku 2. Rozmaite połączenia czujni- ków przymocowanych do lub wewnątrz

Zasilacz

Sygnał dźwiękowy

Panel sterujący

Wyłącznik przyciskowy

i

i i i i i i i i i i i i i i i J

Wyłącznik drzwiowy

Grupy czujników

Rys. 1. Schemat blokowy do- mowego systemu alarmowe- go. Główne elementy to zasi- lacz, mikroprocesor ze swoim interfejsem dwuprzewodowym, czujniki i wyłączniki.

chronionych obiektów wraz z okablowa- niem wyłączników drzwiowych i przycis- ku (ów) przedstawia rysunek 3. Należy zauważyć, że diody włączone szerego-

wo z czujnikami są spolaryzowane odwrotnie niż diody szeregowe wyłączni- ków i przycisków. Powód tej odmien- ności będzie wyjaśniony dalej.

Wyłącznik drzwiowy powinien być zain- stalowany wewnątrz zamka drzwi fron- towych w taki sposób, aby po zamknię- ciu drzwi na zamek jego styki były zwar- te. Wyłącznik przyciskowy może być umieszczony w pobliżu innych zewnę- trznych drzwi, na przykład tylnych. Wy- łączniki przyciskowe umożliwiają włą-

(12)

Domowy system alarmowy sterowany procesorem PIC

•4 4

^ ^ ^ ^N4148 ^ 1

O Q K Ó 9 K

1N4148

Pojedynczy czujnik Dwa czujniki

" O

Wyłącznik przyciskowy Wytącznik drzwiowy

970022 - 13

Rys. 3. Panel sterujący umożli- wia przyłączenie wyłączników przyciskowych, wyłączników drzwiowych I czujników. Sche- maty powyżej przedstawiają kon- figurację połączeń dla różnych opcji. Należy zauważyć, że diody włączone szeregowo z czujnika- mi są spolaryzowane odwrotnie niż diody szeregowe wyłączni- ków/przycisków.

czenie/wyłączenie alarmu niezależnie od wyłącznika drzwiowego.

Sercem systemu alarmowego jest procesor typu PIC16C84. Wszystkie włas- ności systemu są zawarte w zwięzłym

programie zapisanym w wewnętrznej pamięci ROM procesora. Zaprogramo- wany procesor PIC można zakupić za pośrednictwem wydawcy miesięcznika.

Po włączeniu zasilania obwód R1-C1 dostarcza impuls opóźnienia na wejście ogólnego zerowania (master elear - MCLR\) układu PIC (k. 4). Impuls ten zapewnia, że procesor nie wystartuje zanim we wszystkich punktach nie ustalą się określone poziomy logiczne.

Obwód R-C złożony z R15 i C7 jest od- powiedzialny za sygnał zegarowy.

Względnie kosztowny kwarc nie jest tu niezbędny, ponieważ częstotliwość os- cylatora nie jest krytyczna w tym zasto- sowaniu.

Napięcie przemienne z wtórnego uzwojenia transformatora jest doprowadzo- ne do wejścia RB4. Rezystor R14 zapewnia niezbędne ograniczenie prądo- we, a dwie wewnętrzne diody zabezpie- czające obcinają wartości szczytowe dodatniego i ujemnego półokresu na- pięcia do poziomów bezpiecznych.

Z jednej strony zapewnia to procesoro- wi dokładną częstotliwość odniesienia 50Hz. Z drugiej, sygnał ten odgrywa ważną rolę w oszacowaniu obwodu wykrywania. W trakcie dodatniego pół- okresu napięcia przemiennego z uzwojenia wtórnego transformatora (gdy poziom logiczny na wyprowadzeniu 10IC1 jest wysoki) jest odczytywany stan obwodu inicjującego działanie (wyłącznika przyciskowego i wyłącznika drzwiowego). W trakcie ujemnego półokresu (niski poziom wyprowadzenia 10) następu- je odczyt obwodu czujników. Dzięki ta- kiej organizacji wyłączniki drzwiowy i przyciskowy oraz czujniki mogą być umieszczone w dowolnych miejscach, gdzie tylko jest dostępna jedna z pięciu pętli wykrywania.

W Y K A Z E L E M E N T Ó W Rezystory

R1:33k£2

R2, R3, R5, R9, R11.R14: 22k£2 R4, R8, R10, R13, R15:10kQ R6: A7Q

R7:470kfl R12: 4,7kft R16, R17: 2,2kn Kondensatory C1: 2,2jL/F/16V, stojący

C 2 : 2 2 / l / F / 2 5 V , s t o j ą c y C 3 : 1 0 0 / l / F / 4 0 V , s t o j ą c y C 4 : 4 7 / j F / 2 5 V , s t o j ą c y

C5:22nF C6:100nF C7: 470pF

C7:4,7/iF/25V, stojący Półprzewodniki

D1: dioda Zenera 5,1V/0,5W D2: dioda Zenera 3,3V/0,5W D3, D4, D6, D9:1N4148

D 5 : 1 N 4 0 0 1

D7, D8: diody LED T1...T6: BF256 T7, T8: BC547 T9: BC557 T10: BC517

IC1: PIC16C84-04/R zaprogramowany (nrzam. 976501-1)

IC2: 7805 Różne

K1:2-końcówkowa złączka śrubowa o rozstawie 7,5mm

K2...K7: 2-koiicówkowa złączka śrubowa o rozstawie 5mm

RE1: przekaźnik 12V do montażu na płytce, np. Siemens V23057-B2-A201

TR1: transformator sieciowy do montażu na płytce 12V/1,5VA, np. Monacor VTR1112, Błock VR1112, Velleman 1120018

Obudowa: 120 x 65 x 40mm, np. Bopla E430 Płytka drukowana i zaprogramowany PIC16C84: nr zam. 970022-C (patrz str. 64) Sam zaprogramowany PIC16C84:

nrzam. 976501-1 (patrzstr. 64)

Czujniki, przyciski i wyłączniki drzwiowe

Odpowiednie czujniki można znaleźć w sklepach z artyku- łami metalowymi i elektrycznymi. Czujniki takie mogą być sprytnie przymocowane do framugi okna lub futryny drzwi.

Jeśli chcesz, by system alarmowy byt niewidoczny, możesz uciec się do własnych czujników. Na szczęście jest to względnie proste. Dłutem wykonaj małe wgłębienie we fra- mudze okna lub futrynie drzwi i umieść w nim kontaktron oraz przewody połączeniowe. Następnie wywierć otwór w drzwiach lub ramie okna, dokładnie naprzeciw zamoco- wania kontaktronu i umieść w nim maty magnes. Otwory wypełnij szpachłówką, pozwól jej wyschnąć, pomaluj farbą i masz niewidoczny czujnik.

y z - A - ' i r r j j L - c . . : : _ : . • T ~ T

Wyłącznik przyciskowy najlepiej przymocować w pobliżu drzwi wejściowych lub tylnych, w sposób niewidoczny dla intruzów. Jeśli chcesz, możesz w tym celu wykorzystać wy- łącznik z kluczem, ale pamiętaj, że jego styki są normalnie rozwarte. Zwarcie ich na krótką chwilę powoduje alarm al- bo jego wyłączenie. Użytkownikom wyłącznika z kluczem dobrze radzimy, by umieścili wskaźnikową diodę LED ob- wodu czujnika w pobliżu wyłącznika.

Wyłącznik zamka drzwi można wykonać poprzez wycięcie małej części zasuwy dla zrobienia miejsca na mały magnes przymocowany wytrzymałym klejem. Od strony futryny drzwi naprzeciw magnesu należy przymocować kontaktron.

12 Elektor 5/97

(13)

Domowy system alarmowy sterowany procesorem PIC

Wyłącznik drzwiowy

R10

TR1 U o ,

2 R6 22 m

25V B C 5 4 7

1 1 1 0 3

I N 4 1 4 8

1N4001

12V/1,5VA

Rys. 4. Schematy powy- żej przedstawiają spo- sób, w Jaki odbywa się szacowanie stanów wy- łączników I czujników.

Obwód wykrywania

Szkice na rysunku 4 mają d o p o m ó c w rozwikłaniu pozornie ztożonej struk- tury obwodu wykrywania. Główną przy- czyną tej złożoności jest fakt, że to na- pięcie przemienne określa, która część układu jest aktywna. Zacznijmy od przyjrzenia się układowi odczytu czuj- ników. Dla uproszczenia przyjmijmy, że w dalszych rozważaniach weźmiemy pod uwagę tylko złączkę K2. Stany do- łączonych do niej czujników są odczy- tywane (szacowane) w trakcie ujemne- go pótokresu napięcia wtórnego trans-

Rys. 5. Widok mozaiki ścieżek i rozmieszcze- nie elementów na ptytce drukowanej. Płytka Jest dostępna poprzez Dział Obsługi Czytelników.

970022 - 14a 12V/1,5VA 970022 - 14b

formatora. Jedna z końcówek uzwojenia wtórnego transformatora jest połą- czona z końcówką masy złączki K2.

W trakcie ujemnego półokresu końców- ka ta jest punktem o najbardziej dodat- nim potencjale, tak że prąd płynie w kierunku od niej do drugiej końcówki uzwojenia transformatora. Gdy mikroprocesor włączy alarm, tranzystory T8 i T9 są odtykane poziomem logicznym pochodzącym z wyjścia RB3 (rysunek 2). Skutkiem tego jest zwarcie diody D3. Przy takim kierunku prądu tranzys-

tor FET T6 również działa jak zwora.

W rezultacie stały prąd (ustawiony na poziomie 10mA przez tranzystor T1) pły- nie przez diodę LED i zwarty wyłącznik drzwiowy, odkładając napięcie stałe na R6. W stanie niepobudzonym niewielki prąd bazy T7 wymusza poziom niski na linii wejściowej PIC RB2 (AL-DET). Jeśli wejście czujnika jest w stanie rozwarcia (warunek alarmu) prąd płynący przez R6 maleje o 10mA. Wywołuje to ujemny impuls podawany na bazę T7, powodu- jący jego krótkotrwałe zatkanie. Stan

970022-1

(14)

Domowy system alarmowy sterowany procesorem PIC

6. Wykończony i sprawdzony przez nas prototyp panelu stołujące- go. Outy Nok złączek na krawędzi plytoi drukowanej umotMa Mws dotjczB*

nfecaJhft&K

RB2 na chwilę zmienia się na wysoki, sygnalizując konieczność uruchomie- nia pobudzacza. Rysunek 4a przedsta- wia rozptyw prądów w tej sytuacji.

Oszacowanie stanów wyłączników przyciskowego I drzwiowego odbywa się w trakcie dodatniego póiokresu napię- cia wtórnego transformatora. Tranzystor T6 działa wtedy jak źródło prądowe, a T l jako zwora (patrz rysunek 4b).

W tej sytuacji prąd płynie przez D3, R6, źródło prądowe T6 i obwód złożony

z wyłączników przyciskowego i drzwio- wego. Ponieważ szeregowo z wyłączni- kiem drzwiowym jest włączona dioda Zenera, napięcie na R13 zależy od pozy- cji wyłączników. Gdy wyłącznik drzwiowy jest zwarty, napięcie to jest wyższe niż 5,3V. Jeśli teraz wyłącznik przyciskowy zostanie wciśnięty, napięcie to zma- leje do około 0,6V. Gdy obydwa wyłącz- niki są rozwarte, napięcie na R10 wzras- ta powyżej 10V.

Para diod Zenera D1-D2 działa jako filtr napięcia. Jeśli wyfącznik drzwiowy jest zwarty (obwód aktywny), a wyłącznik przyciskowy rozwarty, napięcie 5,3V utrzymuje niski poziom logiczny we- jścia RB6 układu PIC, podczas gdy poziom na wejściu RB1 jest wysoki. Dla procesora PIC napięcie wyższe niż 1,5V oznacza logiczną „1". Jeśli przycisk wy*

łącznika jest wciśnięty (przez użytkow- nika dla włączenia lub wyłączenia alarmu), napięcie na R3 spadnie do 0,6V i RBO, podobnie jak RB1, „widzą" na odpowiednich wejściach niski poziom Jogiczny.

Powracając do praktycznej strony za- gadnienia, złączki K3 do K6 pozwalają na dołączenie zarówno czujników, jak i wyłączników. Szeregowo można łą- czyć do czterech czujników, każdy ze swoją własną diodą LED. Pozwala to łatwo dołączyć wyłącznik przyciskowy zamontowany w dowolnym miejscu.

Poprzez impulsowe włączanie i zatyka- nie tranzystora T8 mikrokontroler powoduje, że diody LED połączone szeregowo z czujnikami zaczynają migać, syg- nalizując tryb „wyczekiwania" systemu alarmowego. Jeśli T8 przewodzi nieustannie, diody LED świecą w sposób ciągły, sygnalizując że alarm jest aktywny. W ten sposób procesor może w prosty i jasny sposób wskazywać stan alarmu w dowolnym miejscu wy- posażonym w urządzenia czujnikowe.

Słój złodzieju!

Gdy włączysz zasilanie, wszystkie diody LED zaświecą. Dioda D8 będzie mi- gać przez mniej więcej minutę, co oznacza czas, jaki masz na opuszcze- nie pokoju lub domu po włączeniu za- mkniętych obwodów alarmu. Po upły- wie tego opóźnienia aktywacji dioda D8 zacznie świecić w sposób ciągły. Od tego momentu system jest w pełnej goto- wości („baczność"), stan czujników jest sprawdzany nieustannie i gdy jeden z czujników zostanie rozwarty, nastąpi aktywacja alarmu. Po wykryciu warun- ku alarmu wewnętrzny przekaźnik zo- stanie pobudzony na czas około jednej minuty. Następnie układ jest resetowa- ny i mniej więcej minutę trwa opóźnie- nie po włączeniu zasilania. Po tym, jeś- li alarm zostanie wyłączony przez zwarcie/rozwarcie wyłącznika przyciskowego, dioda LED D8 zacznie szybko mi- gać jeśli w międzyczasie wystąpił warunek alarmu. W każdej innej sytuacji diody LED obwodów alarmowych będą migać, sygnalizując, że układ został wprowadzony w tryb wyczekiwania („spocznij").

Rys. 1. Sterownik alarmu może być uzupełniony szeroką gamą czujników

czone na rysunku.

14 Elektor 5/97

(15)

Domowy system alarmowy sterowany procesorem PIC

Funkcje sygnalizowane przez diody LED

LED1 (D7), czerwona Świeci:

Szybko miga:

LED2 (D8), żółta Nie świeci:

Szybko miga:

Wolno miga:

Świeci:

układ aktywny

awaria napięcia przemiennego

układ w trybie wyczekiwania („spocznij' zarejestrowano warunek alarmu alarm włączony, ale trwa zwłoka (opóźnienie włączenia, ok. 60s) stan gotowości („baczność') Montaż

Nie pozostaje już nic więcej, tylko zmon- tować układ. Mozaikę ścieżek i roz- mieszczenie elementów na pfytce drukowanej sterownika alarmu przedstawia rysunek 5. Gotowa płytka jest dostępna 2a pośrednictwem wydawcy, poprzez Dział Obsługi Czytelników w tym nume- rze. Jeśli pracujesz dokładnie i prawidło- wo rozmieścisz elementy, właściwie nie ma możliwości niepowodzenia. Wszyst- kie podzespoły, włącznie z transforma- torem sieciowym, mieszczą się na zwar- tej płytce. Zanim zaczniesz lutować, usuń obszary zaznaczone na rogach płytki w pobliżu transformatora. Jest to niezbędne, jeśli chcesz umieścić zmon- towaną płytkę w obudowie Bopla E430.

Dla uniknięcia błędnych połączeń zale- ca się użycie w miejscach K1, K2...K6 i K7 złączek w różnych kolorach lub oznakowanie ich pisakiem (flamastrem).

Sprawdź, czy kondensatory elektroli- tyczne, diody i diody LED są właściwie skierowane i nie pomiń pojedynczej zwory. Następnie uważnie zamontuj tranzystory i układ IC1. Po tym układ

jest już gotowy do działania.

Stabilizator IC2 rozprasza bardzo małą moc, stąd nie wymaga radiatora.

Ponieważ napięcie sieci występuje w kilku punktach układu, płytka druko- w a ł a powinna być zamknięta w obudowie wykonanej całkowicie z tworzywa ABS zanim zostanie połączona z siecią.

Teraz układ jest gotowy do testowania.

Jak to przedstawiono na rysunku 3, do bloku złączek należy dołączyć trzy rodzaje obwodów (czujniki, wyłącznik przyciskowy i wyłącznik drzwiowy). W fazie testowania dołącz przynajmniej jeden

czujnik, jeden wyłącznik przyciskowy i je- den wyłącznik drzwiowy z diodą LED do jednej ze złączek. Jeśii zauważysz prob- lem, zacznij od sprawdzenia, czy napię- cie zasilania pojawia się na końcówce 14 IC1. Sprawdź również doprowadzenie masy do końcówki 5, obecność sygnału 50Hz na końcówce 10 (uważaj na napię- cia sieci na płytce!) i poziom wysoki na końcówce 4 IC1.

Jeśli sprawdzenie da pomyślny wynik, możesz zacząć instalować w pomiesz- czeniach okablowanie czujników, wyłącz- nik drzwiowy i wyłączniki przyciskowe. •

Monitor poziomu wody

Jeżeli łączymy wodę i elektrycz- ność, koniecznie trzeba zapew- nić przepływ prądu przemiennego, a nie stałego. Pamiętajcie, że jeżeli prąd będzie stały, elektroli- za „zje" jedną z elektrod.

Wymyśliliśmy układ z dźwięko- wym alarmem, rozbrzmiewają- cym w chwili prawie całkowitego opróżnienia zbiornika. Należy wówczas przerzucić przełącznik w drugie, górne położenie i ręcz- nie włączyć pompę. Alarm włą- cza się ponownie po napełnieniu zbiornika, sygnalizując koniecz- ność wyłączenia pompy i prze- stawienia alarmu w poprzednie (dolne) położenie. Oczywiście, łatwo byłoby zautomatyzować cały proces, ale uznaliśmy, że nie jest to konieczne dla naszego za- stosowania.

Układ składa się więc z dwóch konwencjonalnych generatorów na parach bramek CMOS, jak w podręczniku. Gdy przełącznik S1 jest ustawiony w położeniu

„LOW" (niski poziom), bramki IC1a i !C1d wysyłają przemienny prąd do ziemi poprzez C2, R3.

wspólną elektrodę (COMMON), wodę i elektrodę-czujnik niskie- go poziomu wody. Po opadnię- ciu poziomu poniżej końca elektrody obwód do ziemi zostaje przerwany, a napięcie dochodzi pomiędzy diody D1 a D2. Kon- densator C3 ładuje się, a koń- cówka 5 układu IC1 przyjmuje stan wysoki, wyzwalając generowanie drgań w zakresie akus- tycznym przez parę IC1b-IC1c.

Przetwornikiem sygnału elekt- rycznego na dźwięk jest brzę- czyk, ale możliwe też jest zastosowanie słuchawki telefonicznej.

Przełącznik S1 wymaga przełą- czenia do położenia „HIGH" (poziom wysoki), w którym układ da sygnał o napełnieniu zbiornika.

Końcówka 6 układu !C1 via R5 jest połączona z potencjałem ziemi, czekając na napełnienie zbiornika, gdy woda połączy

elektrody: wspólną i górną. Prąd popłynie wówczas przez 02 i włączony zostanie alarm. Ob- sługa wyłączy pompę i przestawi S1 w położenie „LOW".

Układ nie wymaga regulacji; je- żeli jest to konieczne, można zmienić szybkość (i czas) łado- wania kondensatora C3, odpowiednio zmieniając wartość R3.

Ukfad nie ma dużych wymagań

w zakresie zasilania: wystarczy formatorprostownik-kondensator, zapewniający napięcie 5..,12V.

W przypadku baterii zalecamy dodanie wyłącznika, chociaż po- bór prądu w czasie oczekiwania wynosi tylko 0,3mA, a brzęczyk podwyższa tę wartość do 1 mA.

Stabilizator napięcia jest zbędny.

D. Nelson

(16)

Już od kilku lat ceny multi- metrów wyposażonych w interfejs RS232 sq w zasię- gu finansowych możliwości hobbystów. Multimetry takie sfajq się coraz bardziej po- pularne, do czego przyczy- nia się ich elastyczność I wielość zastosowań.

Niewielu jednak użytkowni- ków osiggnęło już etap ko- izystania z możliwości, jakie

aaje połgczenie z kompute- Chcemy teraz poka- zać, c o można uzyskać z *akiego połqczenia i w jaki

=cctób użytkownik może o-sać własne programy.

• -J

Multimetry cyfrowe (DMM, czyli Digital Multimeters) z szeregowym interfejsem wyróżniają się możliwością połączenia z komputerem PC za pośrednictwem zwykłego kabla. Wyniki pomiarów (war- tości) są przesyłane do komputera, gdzie podlegają dalszej obróbce. Współ- praca z komputerem przydaje mierniko- wi sporej liczby nowych cech, a przy tym rozszerza jego zastosowanie na nowe dziedziny.

Zalety

Pierwszą korzyścią płynącą z połącze- nia komputera z miernikiem jest duży ekran monitora. Wyświetla on wyniki pomiarów w bardziej czytelny sposób, a jednocześnie mogą być one obser- wowane przez większą liczbę uczestni- ków lub widzów. Alternatywnie możliwe jest ukazanie wyników całej serii pomia- rów w postaci wykresów albo też prze- chowanie ich w pliku, z którego zosta- ną później pobrane i przetworzone we- dług stosownego algorytmu. Jeżeli w pomiarach jest używana większa liczba mierników, na podstawie otrzymanych o d nich informacji komputer po- trafi wyliczyć interesujące użytkownika dane (gdy na przykład jeden miernik

pracuje jako amperomierz, a drugi jako woltomierz). Już taki bardzo prosty układ tworzy nowe zakresy pomiarów.

Nieco bardziej wymagające od strony finansowej jest użycie czujników d o - w zasadzie - każdej wielkości fizycznej, włącznie z temperaturą, intensywnością oświetlenia, ciśnieniem, wilgotnością i jeszcze wieloma innymi. W takim przypadku wyjście czujnika, czyli jego interfejs, jest źródłem napięcia albo rezystancji, które należy zmierzyć przy jedno- czesnej konwersji do odpowiednich wartości lub jednostek, przy zastosowa- niu tablic lub funkcji kalibrujących. Taki system zapewnia łatwy odczyt na ekranie i odciąża użytkownika od ciągłego wykonywania konwersji czy przeliczeń.

Dzięki funkcjom konwersyjnym i kalib- rującym sprzężenie z komputerem mo- że uzyskać niemal każdy przyrząd pomiarowy, na przykład licznik Geigera- -Muellera lub miernik natężenia dźwię- ku, a multimetr spełni w takim układzie rolę odpowiadającą przetwornikowi analogowo-cylrowemu.

Multimetr

Jeżeli Czytelnik nie zalicza się jeszcze do grupy właścicieli cyfrowych multi-

Elektor 5/97

(17)

Pomiary z komputerowym

Rys. 1. Możliwości odczytu da- nych w programie DigiScope dla Windom: oscyloskop z pa- mięcią, lista danych pomiaro- wych, bargraph i wyświetlacz z wielkimi cytrami.

metrów z interfejsem szeregowym, bez wątpienia zaciekawią go wskazówki do- tyczące wyboru takiego przyrządu. Pier- wszą, podstawową czynnością przed podjęciem decyzji jest sprawdzenie, które z oglądanych mierników mają in- teresujące nas zakresy pomiarowe.

Podstawowe zakresy: napięcie, prąd, rezystancja i częstotliwość, są oferowane przez właściwie wszystkie dostępne na rynku muitimetry cyfrowe wyższej klasy. Jeżeli potrzebne są dodatkowe funkcje, na przykład: pomiar impedan-

Rys. 2, Struktura prostego sys- temu sterującego: wartość re- zystancji czujnika temperatury (tutaj: Greismger GTF1S0) podlega kalibracji wewnątrz programu. Jak długo tempera- tura utrzymuje się poniżej po- ziomu nominalnego (w tym przypadku 80°C) komputer włącza grzejnik za pośrednict- wem karty przekaźników. Ste- rowanie systemem i wyświet- lanie wyników pomiarów wy- konuje program Windows Ca- boratory Software w kombina- cji z cyfrowym muHImetrem Hung Chang HC506 (albo Vołt- craft VC50€) oraz 8-kanatową

cji pojemnościowej lub indukcyjnej, testowanie diod i tranzystorów, testowanie stanów logicznych, pomiar temperatury (wewnętrzny lub przy użyciu zewnęt- rznego czujnika), poziomu ciśnienia dźwięku w dB (Protek 506 albo Volt- craft/Hung Chang VC506) lub mocy (M- 3860M), wtedy powinniście wybrać sto- sowny przyrząd.

Zewnętrzne rozszerzanie funkcji pomiarowych także jest możliwe, jak przeczy- tamy w tym artykule nieco dalej. Roz- ważając połączenie miernika z komputerem należy jednak mieć na uwadze, ze oprogramowanie niekoniecznie musi współpracować ze wszystkimi przy- rządami pomiarowymi, ponieważ nie-

które mul

ny format danych ma *z 506 iub VC 506, a także

Kolejnym, ważnym a s r ^ - r "

jest dokładność pomia-- . m Wam na względnie duzi powinniście wytypować lej tolerancji i niezwłocznie sfc je. Pod tym względem na szczs uwagę zasługuje cyfrowy 4650-CR. Wszystkie pozostałe wyświetlają 31/2 cyfry lub 33/ i cyfry.;

tomiast właśnie M-4650-CR szczycs wyświetlaczem zawierającym 4* 2 c ry, w całości przenoszonym do l tera. Chociaż przy pomiarach rych wartości dokładność jest tak duża.

że ostatnia cyfra nie ma znaczenia, ter problem nie występuje przy innych pomiarach (na przykład rezystancji, gdzie tolerancja wynosi 0,15% albo 3 cyfry;

Tym niemniej, w przypadku tego miernika kalioracja jest przydatna.

Następnymi kryteriami zakupu są takie cechy, jak automatyczne zachowanie wartości największej/najmniejszej, pa- mięć wyników pomiaru, podwójny wy- świetlacz, automatyczne przełączanie zakresów (powinna zresztą istnieć moż- liwość wyłączania tej funkcji w trakcse pomiarów sterowanych z komputera) i jeszcze inne.

Połączenie z komputerem

Do połączenia multimetru z

rem konieczny jest odpowiedni kabei interfejsu oraz - oczywiście - komputer W wielu przypadkach kabel wchod2i

(18)

Pomiary z komputerowym multimetrem

T I 1 » i I I ł

Rys. 3. Miernik decybeli wytwa- rza sygnat napięciowy, cyfrowy muitimetr z portem RS232 funk- cjonuje Jako przetwornik analo- gowo-cyfrowy. Przyrządy te są składnikami systemu pomiaro- wego, którym steruje komputer.

Muitimetr to M-3850 ustawiony na zakres mV, w komputerze uruchomiony Jest program MeasurePC.

w sktad wyposażenia miernika. Jeżeli nie, należy kupić go oddzielnie za kwo- tę około 10 funtów (ok. 50zi). Upewnij- cie się, że przyjdziecie do domu z kablem pasującym do Waszego miernika, gdyż w sklepach znajdziecie trzy albo cztery rodzaje kabli.

W stosunku do komputera wymagania są minimalne. Wszystko, czego potrze- bujecie, to komputer PC kompatybilny z IBM, zawierający przynajmniej jeden wolny port szeregowy (określany także symbolem COM albo RS232). To wy- maganie może jednak powodować kło- poty, jeżeli myszka lub modem już zaj- mują porty COM1 i COM2. Trzeba wtedy zainstalować kartę rozszerzającą do komunikacji szeregowej. Niestety, w nie- których przypadkach może się to oka- zać niemożliwe - co gorsza, układ mo- że w ogóle nie pracować z powodu kon- fliktu przerwań.

W istocie nie ma znaczenia, czy dyspo- nujecie starym komputerem XT z procesorem 8088, czy też już przesiedliś- cie się na najnowszy modei z proceso-

18

rem Pentium, wyposażony w port RS232 FIFO. Najważniejsze jest to, że program ma działać na dostępnym komputerze, a jeżeli chcecie zainstalo- wać oprogramowanie dla Windows, to program będzie się domaga! przynajmniej procesora 80386.

Oprogramowanie

Jeżeli nie potraficie albo nie chcecie na- pisać swego własnego, specjalnego programu do obróbki danych pomiarowych, pozostaje tylko jedno wyjście:

należy zdać się na oprogramowanie dostępne na rynku. Programy takie można podzieiić na dwie grupy. Niektó- re programy ograniczają się do prostego wyświetlania danych (przy czym monitor funkcjonuje jak wyświetlacz 0 dużych wymiarach albo ekran oscyloskopu o długim czasie poświaty) albo do zapamiętywania danych w formie łańcuchów. Druga grupa programów realizuje rozmaite funkcje logiczne lub konwersję otrzymanych wartości, roz- szerzając w ten sposób już istniejące możliwości pomiarowe.

Reprezentantem tej pierwszej klasy prostszych programów może być Digł- Scope, dostępny w wersjach i dla DOS, 1 dla Windows. Wersja DOS-owska zapewnia wyświetlanie cyfr o dużych wymiarach, realizuje funkcje oscyloskopu o diugim czasie poświaty (wykresy w funkcji czasu), linijki świecącej (bargraph), wyświetlanie danych pomiarowych i zapamiętywanie ich w formacie tekstowym, co umożliwia programistom

ładowanie ich do programów przelicza- jących lub do banków danych. Dostęp- na jest także opcja ręcznej edycji wszystkich danych pomiarowych. Wadą tego programu jest brak możliwości druko- wania wykresów. Korzystanie z programu DigiScope wymaga, niestety, pewnego treningu, co nie wzbudzi zachwy- tu wszystkich tych, którzy przyzwyczai- li się do windowsowego ekranu i spo- sobu pracy na komputerze. Na pewno zaletą DigiScope jest bezproblemowe funkcjonowanie na starych kompute- rach XT i AT w systemie DOS, jeżeli tylko jest w nich zainstalowana karta graficzna EGA lub VGA. W ten sposób stary komputer może stać się w pełni uży- tecznym składnikiem stacji pomiarowej, podczas gdy nowe Pentium pozostaje wolne do innych zadań. Podział pracy między stary a nowy komputer ma oczywiste zalety, gdy w grę wchodzą pomiary długookresowe.

W systemie Windows program DigiS- cope ukazuje efektowny i czytelny ekran. Wewnętrzne funkcjonowanie programu nie różni się zresztą wiele od wersji DOS-owskiej (patrz rysunek 1).

Wersja dla Windows tylko pod jednym względem ma przewagę nad wersją dla DOS: umożliwia drukowanie wykre- sów. Niestety, funkcja ta jest słabo op- racowana i jakość wydruków nie jest zadowalająca.

Niedostatkiem jest też możliwość dołą- czenia tylko jednego przyrządu pomiarowego, ale przyznajmy, że ograniczenie to da się ominąć: wystarczy kilku- krotnie uruchomić program.

Muitimetr Protek 506 (sprzedawany tak- że pod nazwą VC 506) jest dostarczany już z oprogramowaniem dla Windows.

Oprogramowanie działa na takim sa- mym poziomie jak DigiScope dla Win- dows.

W wyższej klasie mieszczą się inne programy: MeasurePC (oryginalna nazwa niemiecka: MessPC) oraz Windows La- boratory Software (WLS). Obydwa do- konują konwersji zmierzonych wartoś- ci, więc obróbka danych i odczyt odby- wają się w odpowiednich jednostkach, zależnie od zastosowanego czujnika.

MeasurePC oferuje dwa sposoby konwersji danych pomiarowych: jeżeli znana jest zależność między zmierzoną wielkością a pożądaną jednostką, to możliwe jest wprowadzenie funkcji przeliczającej wartości. Funkcja konwersji powinna być znana, na przykład z instrukcji czujnika, albo trzeba ją wy- znaczyć w sposób czysto matematycz- ny: przez regresję par wartości pomia-

Elektor 5/97

(19)

«ł ₂ ₃ ₄ ₅ ₆ ₇ ₈ ₉ _{1 0} _n ₁₂ _{1 3 1 4}

Przykład 1:

D

c

^- ¹ ⁶ ² ³ ^{m V CR}

Przykład 2: R E

s

³ 9 9 9 M O H M CR

. 1 .

Zakres Mierzona wartość

p o m i a r o w y

Rys. 4. Format łańcucha war- tości pomiarowych. Mlarnlkl Hung Chang/Voltcraft 506 oraz M-3B60M stosują nieco odmienne formaty.

rowych. Alternatywnie program umożli- wia bezpośrednie wprowadzanie par wartości, na podstawie których, poprzez interpolację, jest określana funkcja konwersji. W programie MeasurePC ekran monitora jest także ekranem oscyloskopu o długiej poświacie i z pa- mięcią danych. Szkoda, że nie zapro- gramowano bargraphu an; wyświetla- nia zmierzonych wartości.

Poza wymienionymi cechami Measu- rePC ma jeszcze kilka innych pożytecz- nych funkcji, jak wygładzanie krzywych pomiarowych oraz postkonwersję fań- cuchów danych pomiarowych (postka- libracja). Program pracuje w systemie operacyjnym DOS, na dowolnym komputerze i z dowolną kartą graficzną, dzięki czemu bardzo dobrze pasuje do starych komputerów PC. Graficzna po- stać łańcuchów zmierzonych wartości jest wystarczająco czytelna, a możliwe jest wysianie danych do drukarki oraz eksport wykresu (w postaci bitmapy).

Brakuje skalowania obrazu (zoom), któ- re ułatwiłoby oglądanie wybranych fragmentów wykresu. Także i ten program ma możliwość podłączenia tylko jednego mułtimetru.

Przeciwnie jest w przypadku programu Windows Laboratory Software (WLS):

całkowicie zgodny z Windows, współ- pracuje jednocześnie z czterema mier- nikami, pieści oczy użytkownika ładnie zaprojektowanym ekranem, sterowa- nym przez komunikaty (message-cont- rolled). WLS potrzebuje zaledwie jednego równania dla realizacji matematycz- nej kombinacji danych, otrzymanych

wyświetlania danych^api- sany w języku Basic.

z różnych multimetrów cyfrowych. Do równania można wprowadzić nawet całkowanie lub różniczkowanie. Po stronie wad wymienimy jednak brak możliwości kalibracji oraz konwersji na podstawie tablic. Wskaźniki wartości pomiarowych (wskaźniki te można do- wolnie umieszczać na ekranie) obejmu- ją: odczyt cyfrowy, odczyt analogowy

(wskazówka), linijkę świecącą (bargraph), wykres w funkcji czasu (oscyloskop o długiej poświacie), wyświetlanie zmierzonych wielkości, odczyt wartości największej/najmniejszej, wyzwalanie przy tej wartości, a wszystko to w do- wolnej kombinacji. Doskonałą cechą jest sterowanie różnymi przyrządami przy pomocy wymienianych z nimi ko- munikatów. Komunikat to liczba z zakresu od 1 do 9999, wysyłana przez miernik przy każdej zmianie stanu. Na przykład, jeżeli konkretny przyrząd od- czyta poziom progowy, to automatycznie wyśle komunikat, który uruchomi ry- sowanie wykresu w funkcji czasu.

Przyrządy, które wysyłają komunikaty, są wyposażone w zegar przełączający, stoper, źródło sygnału zegarowego, licznik komunikatów, sygnał dźwiękowy albo funkcję sterowania 8-kanalową kartą przekaźników. Taka karta (cena około 35 funtów, czyli w przybliżeniu 175zł) jest dołączana do równoległego portu drukarki (LPT) i umożliwia uru- chamianie przekaźników przez indywi- dualne komunikaty. Odpowiednio włą- czając przyrządy pomiarowe różnymi komunikatami, łatwo można stworzyć nadzwyczaj użyteczny system przełą-

5

czający albo zrealizować zadania wy- magające automatycznych i synchro- nicznych pomiarów (rysunek 2). Pro- gram jest obciążony kilkoma drobnymi usterkami, lecz przemyślana koncepcja i dobrze zaprojektowany interfejs gra- ficzny, a także cena poniżej 25 funtów

(i25zf} powodują, że WLS oceniamy zdecydowanie powyżej innych, wymie- nionych w tym artykule programów.

Stosowanie czujników

Czujniki powodują kolosalny wzrost możliwości cyfrowego muitimetru. Dziś dostępne są już niedrogie czujniki licz- nych wielkości fizycznych: temperatury, ciśnienia, natężenia światła, pola magnetycznego lub wilgotności względnej.

Czujniki wytwarzają zazwyczaj sygnały wyjściowe w postaci napięcia lub rezystancji. Sygnały te muszą przejść przez konwersję (kalibrację), zanim przybiorą odpowiednie wartości i jednostki. Właś- nie taką funkcję zapewniają na przykład WLS i MeasurePC. Jeżeli funkcja konwersji nie wynika jasno z instrukcji czujnika, nieodzowne jest określenie jej w trudniejszy sposób, to znaczy przez pomiary wzorcowe z zastosowaniem skalibrowanych przyrządów. W przypadku czujnika temperatury trudno po- wiedzieć, że jest to problem, lecz za- gadnienie staje się o wiele bardziej zło- żone, gdy trzeba zmierzyć, powiedzmy, zawartość ozonu. Taka jest sytuacja, gdy brakuje danych czujnika.

Dla odmiany zupełnie łatwo przebiega dołączenie miernika analogowego, na przykład miernika decybeli (rysunek 3).

Wystarczy zmierzyć napięcie porusza- jące wskazówką miernika decybeli.

Użyty do tego multimetr cyfrowy powinien być ustawiony na zakres miiiwol- tów (mV). Technicznie czysty sposób realizacji tego zadania to zaopatrzenie miernika decybeli w gniazdo typu .Jack" i doprowadzenie napięcia sto- sownym kablem do wejścia multimetru- Konwersja zmierzonego napięcia do wymaganych jednostek odbywa się

(20)

Rys. 6. Program wyświetlania danych pomiarowych napisany w języku Delphi-Pascaf dla Windows.

w nieskomplikowany sposób przy po- m o c y kilku par pomiarów, odczytywa- nych z przyrządu a n a l o g o w e g o lub z miernika cyfrowego. Tą metodą czujnik (czyli analogowy przyrząd pomiarowy) zostaje wykorzystany do kalibracji.

Ten sam efekt można osiągnąć przy za- stosowaniu miernika cyfrowego, mie- rząc napięcie w odpowiednim punkcie tuż przed przetwornikiem analogowo- cyfrowy m.

Wasze własne programy

Jeżeli nie zadowalają Was możliwości oferowane przez p r o g r a m / d o s t ę p n e w handlu, nic nie przeszkadza próbo- wać napisania w ł a s n e g o p r o g r a m u , niezależnie o d umiejętności w tym zakresie. Nie wchodzi w grę, niestety, za- p r o g r a m o w a n i e oscyloskopu, gdyż omawiane w tym artykule mierniki cyfrowe dostarczają d a n e p o m i a r o w e w niedużym tempie zaledwie d w ó c h pomiarów na sekundę

Program może być napisany w j e d n y m z języków p r o g r a m o w a n i a w y s o k i e g o poziomu, takich jak Basic, C, Pascal, Vi- sual Basic albo Delphi. Po pierwsze, interfejs szeregowy należy ustawić na t e m p o 1200 b o d ó w (9600 b o d ó w w przypadku M-3860), bez kontroli pa- rzystości, 7 bitów d a n y c h w formacie ASCII, 2 bity stopu, przesyłanie z po- twierdzeniem (handshaking). To wszystko potrzebne jest d o przygotowania transferu danych - a wszystko, co musi uczynić komputer, to poprosić o wynik pomiaru. Prośba taka polega na wysta- niu litery „D" w formacie ASCII (#68) d o multimetru, który o d p o w i a d a łańcu- chem znaków zawierającym: zmierzo- ną wartość, jednostkę i zakres pomiaro- wy. Łańcuch ma długość 14 bajtów (ry- sunek 4). Wyjątek o d opisanego spo- s o b u k o m u n i k a c j i stanowią mierniki:

Protek 506 (albo VC 506) oraz M- 3860M. Mianowicie M-3860M m a tem- p o transmisji 9600b/s i wysyła wyniki p o m i a r ó w z g ł ó w n e g o wyświetlacza oraz trzech wyświetlaczy pomocni- czych w postaci pojedynczego pakietu danych, mającego długość 56 bajtów.

Dla odmiany Protek 506 charakteryzuje się t e m p e m transmisji 1200 b o d ó w i długością pakietu zmienną w zakresie 6 d o 15 bajtów.

Prosty program demonstracyjny poka- zujemy na rysunku 5, a na rysunku 6 wynik konwersji d o języka Delphi-Pas- cal dla W i n d o w s . O b y d w a programy wyróżniają się swą spartańską prostotą, a to w celu podkreślenia ich podstawo- wej funkcji: ciągłego dopominania się o łańcuch wartości pomiarowych i wy- świetlania ich bez jakiegokolwiek filtro- wania. Zwracamy uwagę, że te programy nie są przystosowane dla mierników Protek 506 ani M-3860M, choć adapta- cja odpowiednich procedur nie byłaby zbyt trudna. Jasne jest, że jeśli wartoś- ci pomiarowe są przewidziane do dalszej obróbki, to łańcuchy danych mu- szą zostać rozdzielone na składniki zgodnie z rysunkiem 4. Na szczęście nawet programiści o mniejszym do- świadczeniu powinni poradzić sobie

z adaptacją przykładowych programów d o własnych potrzeb albo z konwersją d o innych języków programowania. •

Dystrybutorzy programu Windows La- boratory Software (WLS):

Conrad Electronic, D-92240 Hirschau, Niemcy, tel. (+49) 180 5312111.

Reichelt Elektronik-Vertrieb, P.O. Box 1320, D 26449 Sande, Niemcy.

Program DigIScope (Windows i DOS) jest dostępny w firmie Conrad Electronic.

MeasurePC (MessPC) jest dostarczany przez Umschau Software, P.O. Box

110262, D-60037 Frankfurt, Niemcy tel. (+49) 2304 81854.

20 Elektor 5 / 9 7