Подключение нескольких разнородных датчиков к микроконтроллеру
Если пофантазировать, то с точки зрения разработчика электронной аппаратуры идеальным вариантом для системы сбора данных было бы применение одного, но универсального цифрового датчика. Подал на него команду — и получил в ответ значение освещённости, температуры, напряжения, тока, мощности и т.д.
На практике большинство современных датчиков однофункциональные. Они добросовестно выполняют только одну поставленную перед ними задачу. Если требуется провести комплексное исследование характеристик объекта или компенсировать температурный уход параметров, то применяют несколько разных датчиков (Рис. 3.79, а, б).
Рис. 3.79. Схемы подключения нескольких датчиков к МК:
а) совместное использование газового датчика А1 (фирма Figaro Engineering) и температурного датчика R3, которые подключаются к двум разным каналам АЦП. Термистор R3 находится вблизи датчика А1 или непосредственно крепится на его корпусе. Информация о температуре нужна для коррекции показаний газового датчика, чтобы повысить точность. В программе МК надо учитывать время 20...60 с для начального самопрогрева датчика при протекании тока через выводы 1, 4, иначе показания будут неправильными. Аналогичная схемотехника используется для газовых датчиков TGS2611 (метан), TGS2610 (пропан), TGS822 (пары алкоголя);
б) фото и термодатчики RI, R4, а также трёхвыводной стабилитрон VD1 включаются в работу только при ВЫСОКОМ уровне на выходе МК (для экономии энергии). Питание обоих датчиков осуществляется стабильным напряжением +2.49 В, которое регулируется резистором R8 и одновременно служит опорным напряжением для АЦП МК.
Хорошо, если в МК имеются свободные линии портов и лишние незадейство-ванные каналы АЦП. Но если ресурсы в системе исчерпаны, то необходимо знать стандартные приёмы подключения к одному входу МК нескольких датчиков одновременно (Рис. 3.80, а...д).
Рис. 3.80. Схемы подключения нескольких датчиков к одному входу МК (начало):
а) комбинированный датчик DA1 (фирма Sensirion) одновременно измеряет температуру окружающей среды —40...+ 120°С (точность 14 бит) и влажность О...ЮО% (точность 12 бит). Возможные замены DAI — SHT15 или SHT11 с другой цоколёвкой выводов;
Рис. 3.80. Схемы подключения нескольких датчиков к одному входу МК (окончание):
б) съём информации с датчика температуры R1 и с датчика освещённости R2 проводится стандартным методом через аналоговый компаратор МК (формирование «пилы» и подсчёт времени до пересечения порога срабатывания). Реле К1 по сигналу от МК переключает датчики. Контакты реле К 1.1 следует подключить так, чтобы при ВЫСОКОМ уровне на «верхнем» выходе МК активным был тот датчик, с которого чаще требуется снимать показания (экономится ток через реле при закрытом транзисторе VT1). Оба датчика можно отключить НИЗКИМ уровнем, выставляемым на «нижнем» выходе МК;
в) термодатчик R1 и фотодатчик R2 поочерёдно подключаются к АЦП сигналами ВЫСОКОГО уровня с выходов МК. Для устранения взаимовлияния датчиков противоположный выход синхронно переводится в режим входа с большим сопротивлением (высокоимпедансное Z-состояние);
г) универсальная схема генератора, позволяющая изменять частоту выходных импульсов путём подстройки сразу двух элементов: R1 и C1. Частота генератора определяется по приближённой формуле: /^[кГц] = 490000/(/?,[кОм]С,[пФ]), следовательно, МК может измерить частоту импульсов Fv и дальше определить сопротивление резистивного датчика R1 при известном C1 или определить ёмкость датчика C1 при известном Rl
д) в светлое время суток фотодиод BL1 имеет низкое сопротивление, из-за чего на выводе 1 триггера Шмитта DDI устанавливается НИЗКИЙ, а на входе МК — ВЫСОКИЙ уровень. В такой ситуации геркон SF1 оказывается как бы отключённым от системы. В тёмное время суток сопротивление фотодиода BL1 становится большим, на выводе 1 микросхемы DDI появляется ВЫСОКИЙ уровень, после чего МК может принимать сигналы замыкания/размыкания от геркона SF1.
Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.