Măsurări electrice

Obiective:

1. Măsurarea parametrilor electrici direct sau indirect.

2. Înțelegerea mecanizmelor de adaptare pentru măsurări electrice.

3. Realizarea unei probleme ce implică măsurări electrice.

4. Realizarea monitorizării pe un vizualizator logic de semnale.

Sarcini tehnice:

Să se realizeze o aplicație care va colecta măsurări de pe senzorii infraroșii de reflexie, la ieșirile cărora primim un semnal analogic.

Analiză:

ADC (analog-to-digital converter, convertor analogic-digital) - reprezintă un bloc sau un circuit care poate accepta o mărime analogică (curent, tensiune) la intrare, furnizând la ieșire un număr care constituie o aproximare (mai mult sau mai puțin exactă) a valorii analogice a semnalului de la intrare.

Spre deosebire de o mărime analogică ale cărei valori se pot găsi în orice punct din domeniul său de variație, mărimea numerică (sau digitală) posedă numai o variație în trepte. Astfel, întreg domeniul de variație este divizat într-un număr finit de „cuante” (trepte elementare) de mărime determinată de rezoluția sistemului, în acest mod, diferența între cele mai apropiate valori numerice nu poate fi făcută mai mică decât această treaptă elementară, ceea ce face ca, principial, reprezentarea informației sub forma numerică să fie legată de introducerea unei erori, numită eroare de cuantificare.

Sunt posibile două tipuri de măsurări directe și indirecte.

1. Măsurarea directă - măsurarea semnalului are loc direct la pinul microcontrolerului. Constrângerele sunt că semnalul electric trebuie să se încadreze nemijlocit în limitele de măsurare a microcontrolerului. Măsurarea se face în tensiune.

În cazul când semnalul are o variație mult mai mică decât intervalul acceptat de microcontroler trebuie de aplicat un amplificator operational pentru a ajusta semnalul la intervalul de măsurare a ADC. În figura 1 este prezentată schema electrică pentru cunectarea unui astfel de amplificator. Formula după care se calculează amplificarea este următoarea:

(1)

Figura 1 - Amplificator operațional conectat în schemă cu intrare neinversată

În cazul când semnalul are o variație mai mare decât intervalul acceptat de microcontroler trebuie utilizat un divizor de tensiune, ca fiind cel mai simplu și cel mai puțin costisitor dispozitiv care poate aduce semnalul în limitele necesare. Schema electrică a unui divizor de tenziune este prezentată în figura 2 iar formula pentru calculul parametrilor divizorului este prezentată în formala de mai jos.

(2)

Figura 2 - Divizor de tensiune

2. Măsurarea indirectă - semnalul care urmează a fi masurat trebuie transformat în tensiune și adus la limitele de măsurarea a microcontrolerului.

Măsurările indirecte presupun implementarea în software unei formule echivalente cu circuitul electric de conversie pentru măsurare. Mai jos, în figura 3, este prezentat un exemplu de ampermetru, unde este utilizat un amplificator operational pentru a amplifica căderea de tensiune pe un șunt. Din motiv că rezistența șuntului, de regulă, este foarte mică respectiv și căderea de tensiune pe șunt va fi foarte mică. Amplificatorul operational va aduce această tensiune la limitele admisibile ADC-ului utilizat, ca mai apoi aceste date să fie prelucrate prin program și într-un final se va obține valoarea curentului.

Figura 3 - Schema conceptuală a unui ampermetru digital pentru curent cuntinuu

Platforma Arduino Mega 2560 Rev.3 este capabilă să interfațeze cu semnale analogice, prin intermediul unui ADC integrat în microcontrolerul încorporat, cuprinse între 0 și 5 volți pe care le convertește într-o valoare de 10 biți. Fucția cu care se pot achizitiona aceste valori este descrisă încontinuare.