AVT-5097.pdf

Mówi¹cy woltomierz

Mówi¹cy woltomierz,

czêæ 1

AVT-5097

Nazwa woltomierz lub

miernik kojarzy nam siê

zazwyczaj z przyrz¹dem

wyposa¿onym w wywietlacz,

na którym wywietlane s¹

wyniki pomiarów.

W opisanym w artykule

woltomierzu zastosowano doæ

nietypowy sposób

prezentowania wartoci

mierzonego napiêcia. Zamiast

wywietlacza ma on jedynie

g³onik, wiêc wynik oznajmia

g³osem.

Rekomendacje :

o mówi¹cych przyrz¹dach

pomiarowych marzyli do

niedawna przede wszystkim

niepe³nosprawni, ale wygoda

korzystania z nich przekona

tak¿e wielu pe³nosprawnych

elektroników.

Woltomierz jest zbudowany

w oparciu o specjalizowany uk³ad

4,5-cyfrowego woltomierza

ICL7135. Wynik pomiarów jest

nastêpnie kierowany do proceso-

ra, który przetwarza otrzymane

dane i odpowiednio steruje uk³a-

dem odtwarzania dwiêku

ISD2560. Mikrokontroler otrzymu-

je przetworzon¹ na postaæ cyfro-

w¹ informacjê o mierzonym na-

piêciu i mo¿e j¹ przetworzyæ

w dowolny sposób. Prezentacja

zmierzonego napiêcia jest wyko-

nywana przy u¿yciu specjalizowa-

nego uk³adu (umo¿liwiaj¹cego na-

grywanie i odtwarzanie dwiê-

ków), pochodz¹cego ze s³ynnej

rodziny ISD. Mikrokontroler jest

wiêc odpowiedzialny za odczyta-

nie danych o wartoci zmierzo-

nego napiêcia, wyszukanie odpo-

wiednich komunikatów zawartych

w pamiêci uk³adu ISD2560 i za-

inicjowanie ich odtworzenia.

Woltomierz umo¿liwia pomiar

napiêcia o wartociach z prze-

dzia³u od -2000 do +2000 V

w czterech podzakresach pomiaro-

wych. Oprogramowanie steruj¹ce

okrela na podstawie stanu zwo-

rek JP3 i JP4, jaki jest aktualnie

ustawiony zakres pomiarowy i od-

powiednio modyfikuje wypowia-

dane komunikaty.

Dla przyk³adu, podanie na wej-

cie przetwornika A/C napiêcia

równego 1V i ustawienie zakresu

pomiarowego na 2V spowoduje,

¿e komunikat bêdzie brzmia³: JE-

DEN WOLT . Przy tym samym

napiêciu wejciowym, ale po

zmianie zakresu pomiarowego na

200V, procesor wybierze komuni-

kat: STO WOLTÓW .

Uk³ad przedstawia wiêc w spo-

sób s³owny dowoln¹ wartoæ napiê-

cia z zakresu -1999,9 V...+1999,9 V.

W przypadku przekroczenia na-

piêcia dla danego zakresu zosta-

nie wypowiedziany komunikat:

ZAKRES PRZEKROCZONY .

Zmianê zakresu pomiarowego

mo¿na przeprowadziæ w czasie

pracy. Po tej czynnoci zostanie

wypowiedziany komunikat infor-

muj¹cy o aktualnym zakresie po-

miarowym i napiêcie bêdzie wypo-

wiadane z uwzglêdnieniem warto-

ci nowego zakresu pomiarowego.

W zale¿noci od wybranego za-

kresu, wynik jest przedstawiany

z ró¿n¹ rozdzielczoci¹. W tab. 1

przedstawiono rozdzielczoci mie-

rzonego napiêcia dla poszczegól-

nych zakresów pomiarowych.

W zale¿noci od wartoci mie-

rzonego napiêcia, komunikat jest

odpowiednio sk³adany z pojedyn-

czych s³ów. Oprogramowanie pro-

Elektronika Praktyczna 1/2003

P R O J E K T Y

Mówi¹cy woltomierz

cesora minimalizuje liczbê wypo-

wiadanych s³ów, a wiêc i cyfr

zmierzonego napiêcia. Dla napiê-

cia równego 1,123V, komunikat

bêdzie mia³ postaæ: JEDEN WOLT

I STO DWADZIECIA TRZY MI-

LIWOLTY , a dla napiêcia 0,005V

komunikat bêdzie nastêpuj¹cy:

PIÊÆ MILIWOLTÓW . Jak wynika

z tego przyk³adu, komunikaty s¹

formowane w taki sposób, ¿e nie-

znacz¹ce zera s¹ pomijane, co

wp³ywa na przejrzystoæ prezen-

towanych komunikatów. Wypo-

wiadane jednostki mierzonego na-

piêcia s¹ odmieniane przez przy-

padki i dlatego dla napiêcia rów-

nego 3mV us³yszymy TRZY MI-

LIWOLTY , a dla 5 mV - PIÊÆ

MILIWOLTÓW .

Wartoæ napiêcia dla kolejnych

pomiarów mo¿e byæ wypowiadana

w ró¿nych odstêpach czasowych.

Czas ten mo¿e byæ programowany

w zakresie 0...60 sekund, a ponad-

to jest dostêpna funkcja przery-

waj¹ca wypowiadanie napiêcia.

Funkcja ta porównuje mierzone

napiêcie i jeli piêæ kolejnych

pomiarów wskazuje tak¹ sam¹

wartoæ, to pomiary s¹ wykony-

wane nadal, ale nie jest wypo-

wiadana ich wartoæ. Po zmianie

wartoci napiêcia nastêpuje auto-

matyczne wznowienie jej wypo-

wiadania. Funkcja ta jest szcze-

gólnie przydatna, gdy do wolto-

mierza nie jest do³¹czone ¿adne

napiêcie, gdy¿ po pewnym czasie

woltomierz automatycznie prze-

jdzie w tryb czuwania, a gdy po-

jawi siê napiêcie, samoczynnie

powróci do trybu pracy.

Budowa i dzia³anie

Schemat elektryczny woltomie-

rza przedstawiono na rys. 1 .

Sk³ada siê on z trzech bloków

funkcjonalnych: bloku pomiaru

napiêcia z uk³adem ICL7135, blo-

ku przetwarzania danych z mikro-

Tab.1 Rozdzielczoæ pomiaru

woltomierza na poszczególnych

zakresach

Zakres W³¹czenie

Rozdzielczoæ

pomiarowy

zworek

pomiaru

JP3

JP4

1mV

20V

1mV

200V

10mV

2000V

100mV

Rys. 1. Schemat elektryczny woltomierza

1 - zworka

0 - brak zworki

Elektronika Praktyczna 1/2003

Mówi¹cy woltomierz

Rys. 2. Typowa aplikacja uk³adu ICL7135

kontrolerem PIC16F872 oraz blo-

ku prezentowania wyników

z uk³adem ISD2560.

Blok pomiaru napiêcia zosta³

zbudowany w oparciu o specjali-

zowany uk³ad ICL7135. Jest to

4,5-cyfrowy woltomierz o zakresie

pomiarowym równym ±2 V. Za-

stosowanie tego uk³adu sprawia,

¿e napiêcie jest mierzone z du¿¹

dok³adnoci¹.

Na rys. 2 przedstawiono sche-

mat typowej aplikacji uk³adu

ICL7135. Czêæ analogowa w pre-

zentowanym woltomierzu jest ta-

ka sama jak w aplikacji, natomiast

zosta³a zmieniona czêæ cyfrowa.

Do zasilania uk³adu ICL7135

potrzebne jest ujemne napiêcie

o wartoci -5 V, które jest wytwa-

rzane przez przetwornicê konden-

satorow¹ zbudowan¹ z u¿yciem

uk³adu US5. Uk³ad ten dostarcza

napiêcia ujemnego równego co do

wartoci napiêciu jego zasilania

i nale¿y do niego do³¹czyæ tylko

dwa elementy zewnêtrzne: kon-

densatory C8 i C9. Uk³ad wolto-

mierza wymaga równie¿ zewnêt-

rznego sygna³u zegarowego. Gene-

rator tego sygna³u zosta³ zbudo-

wany za pomoc¹ uk³adu US3

wraz z elementami: R6, R7 i C7.

Zewnêtrzne napiêcie odniesie-

nia dla przetwornika A/C uzys-

kano za pomoc¹ diody D1, o na-

piêciu referencyjnym 1,2 V.

Aby zakres pomiarowy wolto-

mierza wynosi³ 2 V, ród³o odnie-

sienia musi mieæ wartoæ równ¹

1 V. Do precyzyjnego ustawienia

tej wartoci s³u¿y potencjometr

wieloobrotowy PR1. Mierzone na-

piêcie podawane jest na wejcie

przetwornika poprzez rezystor sze-

regowy R1, który wraz z konden-

satorem C1 tworzy filtr dolnoprze-

pustowy zapobiegaj¹cy gwa³tow-

nym zmianom napiêcia na wej-

ciu przetwornika A/C. Wejcie

INLO przetwornika mo¿e byæ,

w zale¿noci od potrzeb, po³¹czo-

ne z mas¹ woltomierza lub z mas¹

badanego uk³adu. Aby masa ca-

³ego woltomierza by³a równie¿

mas¹ obwodu wejciowego prze-

twornika A/C, nale¿y zewrzeæ

zworkê JP5.

Jako procesor steruj¹cy wolto-

mierzem zastosowano uk³ad

PIC16F872 z wewnêtrzn¹ pamiê-

ci¹ EEPROM. W pamiêci EEPROM

zapisany jest program oraz niektó-

re zmienne parametry woltomie-

rza (nie zostan¹ utracone po za-

niku napiêcia zasilania).

Procesor jest taktowany sygna³em

z oscylatora wewnêtrznego z zew-

nêtrznymobwodemRC(rezystorR14

i kondensator C10). W tym uk³adzie

procesor nie wykonuje operacji zwi¹-

zanych z odliczaniem czasu, dlatego

mo¿na by³o zastosowaæ taki genera-

tor. Do zerowania procesora po

w³¹czeniu zasilania s³u¿y specjalizo-

wany uk³ad zeruj¹cy DS1813.

List. 1. Procedura odczytu napiêcia z uk³adu ICL7135

//************************************************************************//

// Procedura odczytuje wartoæ napiêcia i zapisuje j¹ w buforze cyfra

//************************************************************************//

odczytaj_napiecie()

{

disable_interrupts(global);

//wy³¹cz przerwania

while(!input(busy));

//czekaj na rozpoczêcie pomiaru

while(input(busy));

//czekaj na koniec bie¿¹cego pomiaru

over=input(overrange);

//przepisz stan przekroczenia zakresu do over

while(!input(d5));

//czekaj na cyfrê nr5

delay_us(500);