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ホーム気象観測所。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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天気を観察するには、通常、複数の機器が使用され、それぞれが XNUMX つのパラメータを測定します。最近では海外製のポータブル電子気象台も販売されていますが、かなり高価です。この記事の著者は、そのようなデバイスのアマチュア設計を開発しようとしました。

気象観測所は、風速、気温、気圧の 6 つのパラメータを測定できます。情報はXNUMX桁XNUMX素子のLEDインジケーターにXNUMXつずつ（XNUMX秒ごとに）表示されます。別の XNUMX 桁は常に現在時刻を表示します。時と分、小数点が点滅します。

気象観測所のスキームを図1に示します。 XNUMX。

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このデバイスは、マイクロコントローラー (シングルチップマイコン) KM1816BE51 または KM1816BE751 (DD1) をベースとしています。 DD5、DD6 チップに基づく 2 チャネルマルチプレクサは、3 つのセンサーの XNUMX つを交互に接続します。次に、信号はアンプ DAXNUMX に送られ、次に電圧周波数コンバータ DAXNUMX の入力に送られます。

気象観測所の構成は異なる場合があります。たとえば、XNUMX つのチャネル (屋外と屋内) で温度を測定し、XNUMX 番目のチャネルで圧力を測定できます。

2 ビットディスプレイ上の情報は、シリアルチャネル経由でコントローラから取得されます。これにより、ディスプレイ (レジスタおよびデコーダ DD4 ～ DDXNUMX とともに) をかなりの距離にわたって移動できるようになります。

すべての制御 (時、分の設定、チャンネルのオン/オフ) は 1 つのボタン SB3 ～ SB1 で実行されます。 SB3 ボタンを使用して、時、分、測定チャネルを選択し、時または分を下方に設定するか、選択したパラメータの小数点が点滅している場合はチャネルをオフにします。 SB2 ボタンを使用すると、クロックが上方に調整され、選択したパラメーターの小数点が点滅している場合、チャンネルがオンになります。ボタン SB1 は「インストール/選択」機能を実行します。トリガーモードで動作します。パラメータ（SB3、SB2ボタンのいずれか）を選択した後、SB1を押すと、選択したパラメータの小数点が点滅し、SB3およびSBXNUMXボタンを使用してパラメータを設定できるようになります。

コントローラーからの信号は 6 秒後に順次、次のセンサーを DA2 アンプの入力に接続します。入力 DA3 でのセンサーの選択と同期して、正のオフセットが変化します。この超小型回路は出力信号を生成し、その周波数は入力電圧に線形に依存します。

温度の符号を決定するには、得られた結果から定数 3000 (XNUMX 進数) がソフトウェアによって減算されるため、ゼロから動作するセンサー (風速センサー) を含むすべてのセンサーに初期オフセットを設定する必要があります。測定結果を処理する場合、XNUMX つのチャネルすべてで同じになります。これにより、デバイスがより柔軟になります。センサーを特定のチャンネルに厳密に結合する必要はなく、XNUMX つまたは XNUMX つのチャンネルに温度センサーを接続でき、自家製の実験用センサー (湿度センサーなど) に任意のチャンネルを使用できます。

DA3 チップの出力から、パルス信号がマイクロコントローラーの最初のタイマー/カウンターの入力に供給されます。この場合、625 番目のタイマーはクロック分周器としてプログラムされ、動的表示 (表示スキャン) と 1 秒の時間間隔用の 3 Hz 信号を生成します。その間、最初のタイマーは DA3000 からのパルスをカウントします。次に、最初のタイマーで得られた 4 バイトの数値から定数 XNUMX (XNUMX 進数) が減算され、結果の絶対値が XNUMX で除算され、四捨五入され、小数点補正が実行され、意味のないゼロが抑制されます。

情報は同期伝送モード（シフトレジスタ）でシリアルポート経由で出力されます。チャンネル情報は 6 秒ごとに変化し、右側の 3 桁インジケーター (HG4、HG1) に、時と分が左側 (HG2、HGXNUMX) に表示されます。

コンデンサ C9 は周波数設定コンデンサであるため、その精度と TKE には特別な要件が必要です。 K31-10が使えます。コンデンサ C9 の静電容量は 4020±40 pF です。コンデンサ C8 - 許容誤差は 5%。高価な KM1816BE751 チップ (セラミック UFPZU ハウジング) は、フラッシュプログラムメモリを備えた AT89S52 に置き換えることができます。この表は、DD1 コントローラーのファームウェアを示しています。

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温度センサー RK1 は銅抵抗器 ESM-03-GR23 です。自分で作るのは簡単です。直径0,15 mmの銅線から直径50 mmのコイルを巻き、細長い形状にして、VGO-1シーラントを注いだ後、ボールペンケースに置きます。そこに。デバイスが温度センサーを 50 つだけ使用することになっている場合は、その抵抗を正確に調整する必要はありません: R = 5 ± 1019 オーム。統合温度センサー K1EM1 を使用することもできますが、定格電流 2,73 mA で温度がゼロの場合、センサーの電圧が 2 V になると DA2 アンプが飽和するため、初期バイアスを DA18 アンプの反転入力に適用する必要があります。 DAXNUMX。この場合、抵抗R'を取り付け、RXNUMXのはんだを外す必要があります。

絶対大気圧センサーは国内企業によって製造されています: MIDA-DA-53 (MIDA、ウリヤノフスク)、TDM2-A、PAD-K01 (ZAO ICNT、ゼレノグラード)。外国企業のボッシュやモトローラのセンサーは国内のものより高価です。たとえば、Motorola の MRX 2200AP センサーの価格は 15 ドルですが、感度と温度依存性という主要パラメータの点で当社のセンサーより劣っていますが、このようなセンサーは無線市場で購入できます。

風速センサーの可能な設計を図2に示します。 XNUMX。

ホーム気象ステーション

ここで： 1 - 亜鉛メッキ鉄製のコーン（底部の直径 - 80 mm、高さ - 75 mm）。 2 - 亜鉛メッキ鉄製の保護スクリーン（軸にはんだ付け）。 3 - カプロロンベアリング; 4 - ステンレス鋼製の直径8 mmの軸。 5 - タコジェネレーター G1 (電気モーター DPN-ZON-19); 6 - ゴムホースで作られたカップリング（真空ゴムを使用することをお勧めします）。 7 - ブラケット。 8 - シリンダー。 9 - 直径4、長さ320 mmのスチール編み針。

気象観測所のセットアップには、工業用温度計と気圧計を使用した校正が含まれます。風速測定チャンネルを校正することは（基準装置がないため）より困難です。図に示すものでは、 2 つのサイズとタコジェネレータとして DPM-ZON-19 電気モーターを使用すると、次の依存関係が実験的に得られました。U-740·n、ここで、U はタコジェネレータによって生成される電圧 (ミリボルト)。 n は風速 (メートル/秒) です。

トリマー抵抗器 R24 ～ R26 はバイアスを調整し、R12 ～ R14 は変換スロープを調整します。

タコジェネレータの代わりに、その間で回転するシャッターを備えた LED フォトダイオードフォトカプラを使用すると、風速計はより正確になり、簡単になります。フォトダイオードからの信号は、マイクロコントローラの入力に直接適用できます。

ファームウェアテーブル

著者：S。セミレトニコフ、モスクワ

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