Для спостереження за погодою зазвичай використовують кілька приладів, кожен з яких вимірює один параметр. Останнім часом у продажу з'явилися портативні електронні метеостанції зарубіжного виробництва, але вони досить дороги. Автор пропонованої статті спробував розробити конструкцію любительську подібного пристрою.
Метеостанція може вимірювати три параметри: швидкість вітру, температуру та атмосферний тиск. Інформація по черзі (через 6) виводиться на чотирирозрядний семиэлементный світлодіодний індикатор. Ще чотири розряду постійно відображають поточний час: години та хвилини з миготливим децимальной крапкою.
Схема метеостанції показана на рис. 1.
(натисніть для збільшення)
В основі пристрою - мікроконтролер (однокристальна мікроеом) КМ1816ВЕ51 або КМ1816ВЕ751 (DD1). Трьохканальний мультиплексор на мікросхеми DD5, DD6 забезпечує почергове підключення одного з трьох датчиків. Далі сигнал надходить на підсилювач DA2, а потім - на вхід перетворювача напруга-частота DA3.
Конфігурація метеостанції може бути різна. Наприклад, по двох каналах можна вимірювати температуру (на вулиці та в будинку), а по третьому - тиск
Інформація на восьмирозрядний дисплей надходить до контролера по послідовному каналу. Це дозволяє виносити дисплей (разом з регістрами і дешифраторами DD2-DD4) на значну відстань.
Все управління (встановлення годин, хвилин, включення і відключення каналів) здійснюється трьома кнопками SB1-SB3. Кнопкою SB1 виробляють вибір годин, хвилин, каналу вимірювання, встановлення годин або хвилин в бік зменшення або відключення каналу, якщо блимають децимальные точки вибраного параметра. Кнопкою SB3 коригують годинник у бік збільшення і включають канал, якщо блимають децимальные точки вибраного параметра. Кнопка SB2 виконує функцію "установка/вибір". Вона працює в триггерном режимі. Якщо після вибору параметра (одну з кнопок SB1, SB3) натиснути SB2, децимальные точки вибраного параметра починають блимати, тепер можлива установка параметра кнопками SB1 і SB3.
Сигнали від контролера послідовно, через 6 с, підключають черговий датчик до входу підсилювача DA2. Синхронно з вибором датчика на вході змінюється DA3 позитивний зсув. Ця мікросхема формує на виході сигнал, частота якого лінійно залежить від напруги на вході.
Задавати початкове зміщення необхідно всім датчиків, в тому числі і датчикам, працює від нуля (датчик швидкості вітру), так як для визначення знака температури з отриманого результату програмно віднімається константа 3000 (десяткове), а програма обробки результату вимірювання однакова для всіх трьох каналів. Це робить прилад більш гнучким: немає жорсткої прив'язки до датчиків певних каналах, можливе підключення на двох або трьох каналах датчиків температури, можна використовувати будь-який з каналів для саморобних експериментальних датчиків (датчик вологості, наприклад).
З виходу мікросхеми DA3 імпульсний сигнал надходить на вхід першого таймера/лічильника мікроконтролера. При цьому другий таймер запрограмований як дільник тактової частоти і формує сигнал 625 Гц для динамічної індикації (сканування дисплея) та інтервал часу 1 с, протягом якого перший таймер підраховує імпульси від DA3. Далі з отриманої двобайтового числа в першому таймері віднімається константа 3000 (десяткове), абсолютне значення результату ділиться на 4, округлюється, проводиться десяткова корекція і гасіння незначущих нулів.
Висновок інформації здійснюється через послідовний порт в режимі синхронної передачі (сдвиговый регістр). Канальна інформація, змінюючись кожні 6 з, відображається на правому четырехразрядном індикаторі (HG3, HG4), а години та хвилини - на лівому (HG1,HG2).
Конденсатор С9 є частотозадающим, звідси особливі вимоги до точності і ТКЕ. Можна застосувати К31-10. Ємність конденсатора С9 - 4020±40 пФ. Конденсатор С8 - з допуском 5%. Дорогу мікросхему КМ1816ВЕ751 (керамічний корпус УФПЗУ) можна замінити на AT89S52 з флеш-пам'яттю програм. В таблиці дана прошивка контролер DD1.
(натисніть для збільшення)
Датчиком температури RK1 служить мідний резистор ЕЗЗ-03-ГР23. Його легко виготовити й самому: з мідного дроту діаметром 0,15 мм намотати бухту діаметром 50 мм і, надавши їй видовжену форму, покласти в футляр від кулькової ручки, предва рительно залив туди герметик ВГО-1. Якщо в приладі передбачається використовувати тільки один термодатчик, немає необхідності точної підгін його кг опору: R = 50 ± 5 Ом. Можна застосувати й інтегральний термодатчик К1019ЕМ1, але так як при номінальному струмі 1 мА і нульовій температурі напруга на датчику, рівне 2,73, введе підсилювач DA2 в насичення, то початкове зміщення потрібно подати на інвертуючий вхід DA2. При цьому потрібно встановити резистор R' і отпаять R18.
Датчики абсолютного атмосферного тиску проводять вітчизняні фірми: МЗС-ТАК-53 (МЗС, р. Ульяновск), ТДМ2-А, ПАД-К01 (ЗАТ "ИЦНТ", р. Зеленоград). Датчики іноземних фірм Bosch і Motorola коштують дорожче вітчизняних. Наприклад, датчик МРХ 2200АР фірми Motorola коштує 15 доларів і поступається нашим датчиків з основними параметрами: чутливості і температурної залежності Такий датчик можна купити на радіоринках.
Можлива конструкція датчика швидкості вітру показана на рис. 2.
Тут: 1 - конус з оцинкованого заліза (діаметр в основі - 80 мм, висота - 75 мм); 2 - захисний екран з оцинкованого заліза (припаяний до осі); 3 - капролоновые підшипники; 4 - вісь діаметром 8 мм з нержавіючої сталі; 5 - тахогенератор G1 (електродвигун ДПН-ЗОН-19); 6 - муфта з гумового шланга (краще застосувати вакуумну гуму); 7 - кронштейн; 8 - циліндр; 9 - сталеві спиці діаметром 4 і довжиною 320 мм
Налагодження метеостанції полягає в її калібрування за допомогою промислових термометрів і барометрів. Складніше (з-за відсутності зразкового приладу) відкалібрувати канал вимірювання швидкості вітру. При зазначених на рис. 2 розмірах і використання в якості тахогенератора електродвигуни ДПМ-ЗОН-19 експериментально отримана наступна залежність: U-740·n, де U - виробляється тахогенератором напруга в милливольтах; n - швидкість вітру в метрах в секунду.
Підстроєчними резисторами R24-R26 регулюють зсув, a R12-R14 - крутизну перетворення.
Анемометр буде набагато точніше і зробити його простіше, якщо замість тахогенератора використовувати оптопару світлодіод-фотодіод з обертовим між ними обтюратором, Сигнал з фотодіода можна подати безпосередньо на вхід мікроконтролера.
Таблиця прошивки
Автор: С. Семилетников, р. Москва