Jste zde

Senzory, snímače a čidla v praxi – 1. díl

Jan Robenek, 12. Březen 2010 - 10:24

Série článků přináší českou verzi příručky Signal Chain Design Guide – Devices For Use With Sensors, vydané společností Microchip.

Řešení, předložená v této příručce, byla vystavěna na následujících obvodech (kompletní nabídku včetně příslušné dokumentace najdete na www.microchip.com/analog):

Popis signálového řetězce

Typické zapojení se senzory zahrnuje sledování parametrů daného snímače, vyhodnocení a následné řízení ovládacích prvků (akčních členů). Signálový řetězec se senzory, tak jak jej zachycuje obrázek níže, se proto skládá z analogového i digitálního světa. Běžně užívaná čidla však na svých výstupech produkují analogové signály s velmi malou amplitudou. Takové, mnohdy mátoživé průběhy je proto nutné před samotnou digitalizací zesílit a vyfiltrovat. V této fázi se tak dostávají ke slovu

operační zesilovače a také
A/D převodníky nebo
převodníky napětí na kmitočet.

Pak již nic nebrání číslicovému zpracování za

výrazného přispění MCU.

Jinak řečeno, samotnému aktu digitalizace musí předcházet náležitá úprava vstupního užitečného signálu.

MCU pak dává povely akčním členům, ale také dohlíží na chod předřazených obvodů pro úpravu snímaného signálu v závislosti na jeho konkrétních parametrech.

Na signálové cestě zpětného návratu do analogového království nejčastěji narazíme na

D/A převodníky (DAC),
digitální potenciometry a
PWM modulátory (Pulse-Width-Modulator).

Samotné rozhraní mezi zpětnovazebními obvody a akčními členy, tvořenými např. motory či ventily, tvoří

MOSFETové budiče.

Celý řetězec je názorně zachycen na přiložené grafice. Pro účinnou práci se signály, ať již v jejich analogové nebo číslicové podobě, pak máme díky Microchipu k dispozici obrovský výběr součástek. V následujícím textu proto budeme jejich praktickému využití věnovat zvýšenou pozornost.

Typická řídicí smyčka signálového řetězce se senzory na svém vstupu

Co vše se dá snímat?

Spousta systémových aplikací vyžaduje měření známých fyzikálních nebo elektrických vlastností, případně také zjištění a vyhodnocení přítomnosti nebo nepřítomnosti chemických prvků nebo jejich sloučenin. Analogové snímače nám v této otázce nabídnou neocenitelné služby, protože signalizují amplitudu nebo také odchylky sledovaných parametrů od normálu. Díky bezprostřední reakci s okolním prostředím generují cenné změny elektrických vlastností, které již umíme vyhodnotit.

Nejčastěji se v praxi setkáváme s měřením (viz také tabulku níže)

elektrických signálů a charakteristik,
magnetických veličin a charakteristik,
teploty,
vlhkosti,
síly, hmotnosti, momentu nebo tlaku,
pohybu a vibrací,
toku (proudění),
hladiny kapalin a jejich objemem,
optických parametrů ve viditelné nebo také infračervené (IR) oblasti a
chemického složení včetně plynů (Gas – plyn, jinak se také vztahuje na bezduché žvanění a kecy).

Vůbec tedy nepřekvapí, že máme k dispozici snímače, které si s námi, vývojáři elektronických systémů, rozumí na základě generovaných změn

napětí,
proudu,
odporu,
kapacity nebo
náboje.

Vzniklá elektrická odezva pak bude před svou digitalizací předpřipravena příslušnými analogovými strukturami, tak jak bylo naznačeno v samotném úvodu. Tímto způsobem tedy můžeme „změřit“ podmínky okolního prostředí, na jejichž základě pak systém provádí příslušná rozhodnutí. Připojená tabulka už jen zachycuje přehled typických jevů, doporučené senzory a také specifikace jejich elektrických výstupů. Další informace přináší aplikační poznámka AN990.