David W. Bray
Дано описание конструкции версии 2.0 электронного барометра с интерфейсом 1-Wire, отличающегося от популярной версии 1.1а удвоенной точностью измерений.
Как и в схеме версии 1.1а, в этой разработке используется интегральный датчик давления MPX4115 фирмы Motorola. Аналого-цифровое преобразование выполняется микросхемой DS2438 с интерфейсом 1-Wire. Помимо этих схем использован один операционный усилитель, два стабилизатора напряжения, два диода, светодиод и несколько резисторов и конденсаторов. Заметим, что изначальное предназначение микросхемы DS2438 – монитор заряда аккумуляторов.
Предысторию разработки версии 2.0 можно найти в статье http://davidbray.org/onewire/barometer.html.
Печатная плата
Как и для предыдущей версии 1.1а, одностороннюю печатную плату для барометра версии 2.0 разработал Jim Jennings. Печатная плата для версии 2.0 более универсальна, на ней можно собрать и схему барометра версии 1.1а.
Некоторые тонкости
В этой схеме требуется еще один дополнительный источник питания, который отсутствовал в версии 1.1а, поскольку для питания датчика давления MPX4115 требуется ток порядка 7 мА, а это больше того, что можно взять с линии интерфейса 1-Wire.
Схема обеспечивает разрешение (точность измерения давления) около 0.00417 inHg (0.1059 мм рт. столба или 0.0139 кПа) в диапазоне измерений атмосферного давления от 31.0 до 28.0 inHg (от 787.4 до 711.2 мм рт. ст. или от 105.0 до 95.0 кПа). Еще большую точность измерения можно обеспечить, сократив диапазон измеряемых значений атмосферного давления.
Принципиальная схема
На этой схеме не показан разъем. Полная схема дана здесь.
Описание принципиальной схемы
Датчик давления MPX4115 выдает напряжение в пределах от 4.25 до 3.79 В при измерении давления на уровне моря и, примерно, от 2.77 В до 2.45 В на высоте 10000 футов (3048 м). Это превышает рабочий диапазон входных напряжений операционного усилителя LM358N, при питании его от источника 5 В. Дело в том, что выходной сигнал датчика давления отсчитывается, фактически, относительно его шины питания, а не относительно «земли», как было бы намного удобнее.
К счастью, АЦП микросхемы DS2438 может обрабатывать сигналы до 10 В, поэтому, при питании ОУ напряжением 10 В, сигналы датчика MPX4115 будут хорошо согласованы с диапазоном входных сигналов DS2438.
Сигнал с выхода датчика давления MPX4115 через RC-фильтр поступает на вход операционного усилителя U1B с коэффициентом усиления около 4. На второй вход усилителя подается регулируемое напряжение, которое суммируясь с выходным напряжением датчика давления, обеспечивает смещение уровня для согласования со входом АЦП.
Далее напряжение подается на вход усилителя U1A, коэффициент усиления которого регулируется в диапазоне от 1 до 4.14.
Усиление и смещение регулируются 10-оборотными подстроечными резисторами. R3 устанавливает усиление U1A, а R4 управляет смещением.
Обратите внимание, что выход датчика давления соединен с резистором R1 через съемную перемычку. Это сделано для того, чтобы можно было откалибровать сигнал MPX4115 по внешнему источнику напряжения.
Продолжение читайте здесь
