Микроконтроллер и аналоговый выход.

melandr

Добрый день, уважаемые коты! Хотел посоветоваться по такому вопросу. Есть цифровой датчик температуры и влажности SHT10. Выдает влажность и температуру по I2C. Но получать эти параметры должен промышленный PLC в виде аналогового сигнала 0- 10 В. Планирую данные с SHT10 получать микроконтроллером ATmega8, а дальше микроконтроллер преобразует цифру в два ШИМ сигнала, интегрируем RC-цепочкой. Потом ставим масштабирующий усилитель на ОУ с питанием 10 В.
Шкалы будут:
влажность 0-100% в 0 -10 В
температура 0-120 град.Ц в 0-10 В.
Есть правда сомнения, насколько будет линейна такая связка. Или может лучше вместо ШИМ и RC-цепочки использовать какой-нибудь ЦАП с SPI, I2C входом? Также непонятно с ОУ, достаточно сделать питание 10 В, чтобы получить диапазон 0-10В?
Такие приборчики видел промышленные, но у всех диапазон измерения 50 град.Ц. Хотя SHT10 работает до 125 град. Ц. Искал как реализуется в промышленных контроллерах выход 0-10В, но так ничего и не нашел. Заранее спасибо за помощь

Реклама

akl · Сообщение **akl** » Пн дек 05, 2016 16:42:43

Возможно PLC имеет свободный вход счетчика, тогда можно преобразовать данные с датчика в частоту. Получается довольно просто. У меня было так. Термометр сопротивления Pt100-AD7788-ATtiny2313-частота в формате (1000+T)Гц.

Реклама

khomych

10 в для питания ОУ недостаточно. ОУ должны быть Rail to Rail
может стоит посмотреть в сторону цифровых потенциометров?

melandr

akl писал(а):Возможно PLC имеет свободный вход счетчика, тогда можно преобразовать данные с датчика в частоту.

К сожалению PLC не имеет счетного входа. Имеет только аналогово-дискретные 14 входов. Читает напряжение, сопротивление и дискретный.

khomych писал(а):10 в для питания ОУ недостаточно. ОУ должны быть Rail to Rail

Так и есть. ОУ будет Rail to Rail. Просто почему не хватит 10 В?
Вот такой TS912IDT например. Или ADA4851.
Может еще посоветуете недорогие Rail to Rail ОУ с напряжением питания более 10 В, можно два в одном корпусе.
ЗЫ: Как вариант использовать вот такой : MCP4921-E/SN 12 битный ЦАП, SPI
А дальше ОУ раскачивающий до 10 вольт. Правда не понятно,нужно ли использовать внешний ЦАП, или будет достаточно ШИМ микроконтроллера. Также еще не понятно, как ограничить выход ОУ на 10 В?

Реклама

Z_h_e

Получившийся напряжёвый сигнал с ШИМ заведите обратно на вход АЦП контроллера ,как обратную связь. Сможете устанавливать напряжение с точностью АЦП.

Реклама

Vov123

Реклама

melandr

Вот такой ПЛК используется:
http://www.raut-automatic.kiev.ua/kontr ... exy-s.html
Вопрос так и остался. Как лучше реализовать аналоговый выход? Через ЦАП или использовать ШИМ контроллера? Если ШИМ контроллера использовать, какую частоту необходимо использовать?
Линейность от датчика не зависит. Датчик выдает значения температуры и влажности в цифровом коде. Как Ds18B20. А дальше микроконтроллер генерирует два ШИМ сигнала со скважностью от 0 до 100%.

вполне будет достаточно использовать ШИМ.
процесс изменения температуры и влажности - весьма медленный. поэтому частоту ШИМ можно делать небольшую и делать хороший фильтр сигнала ШИМ. большая инерционность фильтра для медленных процессов не будет иметь никакого значения.

melandr

Владимир, а не подскажете разрядность ШИМ какую нужно брать? Я планирую использовать 16 бит таймер/счетчик 1. Частота процессора будет 16 МГц. Насколько я понимаю, от разрядности ШИМ зависит, какую скважность я могу получить. При 8 бит будем иметь 255 отсчетов. При выходном напряжении 10.00 В имеем 125 град. Ц. Следовательно на 1 град. Ц соответствует 80мВ. Но 1 градус не очень точное деление шкалы. Хотелось бы иметь точность хотя бы 0,1 град. Ц. Следовательно, нужно иметь минимум 1250 отсчетов. Также по поводу операционного усилителя. Советуют Rail-to-Rail. В принципе неплох. Но есть одно но, с питанием более 10 В не очень большой выбор ОУ. Я присмотрел LM358 . Во-первых, два канала ОУ, во-вторых, напряжение питания до 32 В. То что он не Rail-to-Rail будет иметь значение только в начале шкалы при напряжении близком к 0. А так как мы влажность будем иметь не менее 10-15 %, а температуру не менее 25 град. Ц. то низ шкалы значения не имеет.
Также по поводу частоты ШИМ. Я так понимаю, если бы я работал со звуком, то тогда частота ШИМ нужна высокой. А так как мне нужно постоянное напряжение, то частоту ШИМ можно понизить. Но непонятно, какая должна быть величина частоты ШИМ.
Вот нашел схему.

Первый ОУ - это повторитель напряжения, для согласования нагрузок. второй ОУ это фильтр второго порядка Саллена-Ки. Ну и соответсвенно RC-фильтр низкой частоты первого порядка сразу на входе. Правда еще не определился с номиналами.

Z_h_e

Хоть вопрос бы не ко мне, но отвечу тоже.
По-моему где-то два года назад, по просьбе одного товарища, делал своеобразный калибратор.

Сам не собирал, предложил схему и написал прошивку. Вот схема

Спойлер

Контроллер измерял фактическое напряжение и поправлял его, при необходимости. Какой был применен ОУ уже не помню. Номиналы кондеров 10 мкф и 100нф, может были потом изменены при отладки.

Все работало отлично. ШИМ задавался 16битным таймером. Частоту не помню. Могу потом поглядеть период ШИМ.

melandr писал(а):То что он не Rail-to-Rail будет иметь значение только в начале шкалы при напряжении близком к 0.

вот, в начале шкалы он, как раз, самый натуральный Rail, так как допускает на входе даже минус 0,3 Вольта.

повторитель перед фильтром совершенно не нужен. выход порта (включено/выключено) всяко имеет меньше выходное сопротивление, чем выход ОУ.
а усиление фильтра нужно сделать более двух, так как максимальный сигнал ШИМ будет меньше 5 Вольт.

при частоте процессора 16 МГц можно получить достаточно высокую частоту ШИМ, если тайммер/счетчик использовать без предделителя. и при более высокой частоте и фильтрацию легче сделать более высокую, с мизерной пульсацией.

тебе же нужно организовать два канала ШИМ. на одном таймере разрядность ШИМ (дискретность) и для температуры и для влажности получится одинаковой.
но поскольку на выходах будет аналоговый сигнал, такой уж принципиальной разницы в разрядности ШИМ, я думаю, нет. лишь бы получилось не хуже, чем это требуется.
и если нужно минимум 1250 дискрет, то разрядность ШИМ можно сделать и 1250, и 5000, и 10000.
хотелось бы сначала узнать, с какой точностью (разрядностью) по температуре и по влажности передает датчик свою информацию.
ведь тебе придется еще пересчитывать принятую разрядность к разрядности ШИМ. и повысить точность (разрядность) принятого сигнала не получится.
если принятая от PLC точность равна 0,1 градуса или даже выше, то можно передаваемую точность ограничить по 0,1 градуса.

я не знаком с приборами PLC. и я не знаю, каким образом этот PLC 0-10 Вольт должен преобразовать в 0-125 градусов с дискретностью по 0,1 градуса.
или PLC еще придется "научить" такому преобразованию?

то есть, я хочу сказать, что нельзя озадачиваться только вопросом выбора разрядности ШИМ, а решать нужно комплексно, учитывая возможности всех используемых приборов.

melandr

Спасибо за помощь. По поводу разрядности и точности. Датчик SHT10 имеет точность по влажности - 4,5% по температуре - 0,5 град.Ц. Сам ПЛК может измерять напряжение. Пообщался с производителем ПЛК. Говорят что разрешающая способность по напряжению 0,01В. А это получается 10 бит в шкале 10В. поэтому ШИМ тоже имеет смысл делать не более 10 бит. Владимир, А не подскажете. Вы говорите, что напряжение на выходе ШИМ будет менее 5 В. То есть мне нужно будет подбирать коэффициент усиления ОУ уже по факту, на готовом приборе чтобы получить на максимуме шкалы 10 В.

напряжение "1" на выходе порта всегда меньше питания (5 Вольт).
усиление можно сделать и фиксированным, например, 2,5. тогда в своем приборе ты сделаешь калибровочный коэффициент, чтобы привести максимальный выход ШИМ к 10,00 Вольт.
а можешь подстроечный резистор поставить для подстройки усиления. тогда не надо будет возиться с цифровой калибровкой внутри прошивки.
я в своих проектах (смотри в разделе "Питание") делаю цифровую калибровку каналов ШИМ и цифровую калибровку каналов АЦП, подстроечники не использую.
но с цифровой калибровкой теряется "точность", так как "число делений" ШИМ, соответствующее максимальному сигналу, получается меньше 1024. например, у меня калибровочный коэффициент (максимальное число ШИМ) получается около 950.
с подстроечником такой потери точности уже не будет, ШИМ всегда будет иметь одно и то же "число делений".
и я уже начал подумывать о переделке своих проектов на подстроечники...

melandr

Еще возник вопрос, а какой режим работы нужно будет выбрать для таймера/счетчика 1 для генерации Ш,ИМ. А то у меня мозг взрывается режимов несколько, а какой нужен мне непонятно...

pyzhman

Запараметрируйте по очереди и посмотрите какой нужен.

khunpoum9

Посмотрите мою схему - буду рад замечаниям,
по симуляции в протеусе 8.6 sp2 вроде все работает и линейность хорошая, благодаря pc817 есть опто-развязка и выходной управляющий сигнал зависит только от скважности ШИМ сигнала, и не зависит от входящей амплитуды ШИМ (если провод с ШИМ например длинный и на нем происходит падение напряжения)
на скрине ниже скважность ШИМ 75% на выходе 7.5v
важно, что питание 5v(должно быть точным) думаю через стабилизатор взять из 12v

цель: управлять частотником(трех-фазный вентилятор) по каналу 0-10в через сей девайс и Ардуино на основе датчиков температуры
те цепочка будет такая: <датчики температуры цифр DS18B20 ->OneWire > -> <Ардуино -> ШИМ 5в амплитута> -> <это устройство> -> <вход управления частотником 0-10в> -> <вентилятор>

исходник https://www.dropbox.com/s/7nctvthk4bmci ... dsprj?dl=1

Z_h_e

Странно, что в точке PWM-after-pc817 амплитуда сигнала близка к 5В, что-то здесь не так.

akl · Сообщение **akl** » Вт окт 30, 2018 05:15:10

Думаю, что фильтр R5C3||C4 под нагрузкой будет плохо выполнять свою задачу. Лучше перенести его на вход ОУ с теми же номиналами как R2C2. Задействовать U1:B повторителем напряжения, чтобы цепь ОС R4R3 не работала на линию.

khunpoum9

собрал в итоге так

тест в железе (ШИМ 490гц от Arduino, замеры на осциллографе Rigol ds1054)

скетч используемый для тестирования:

Код: Выделить всё

int pwmPin = 2;      // PWM out connected to digital pin 2

void setup()
{
  pinMode(pwmPin, OUTPUT);   // sets the pin as output
}

void loop()
{
  // analogWrite values from 0 to 255
  analogWrite(pwmPin, 255*0.50); // 50% скважность ШИМ
}

исходник в протеус 8.6 sp2 https://www.dropbox.com/s/ldueja0y3cqv4 ... dsprj?dl=1

ЛУТ в pdf https://www.dropbox.com/s/lhsrc170ha741 ... t.pdf?dl=1