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Hardware - Drucksensor



Hardware

Drucksensor

Umrechnung von verschiedenen Druckparametern:



PSI



In. H2O

In.Hg

kPa

mBar

cm H2O

mm Hg

PSI

1,000

27,680

2,036

6,8947

68,947

70,308

51,715

In H2O

0,036127

1,000

0,073554

0,2491

2,491

2,5400

1,8683

In.Hg

0,4912

13,596

1,000

3,3864

33,864

34,532

25,400

kPa

0,14504

4,0147

0,2953

1,000

10,000

10,1973

7,5006

mBar

0,01450

0,4147

0,02953

0,100

1,000

1,01973

0,75006

cm H2O

0,014223

0,3937

0,028958

0,09806

0,9806

1,000

0,7355

mmHg

0,019337

0,53525

0,039370

0,13332

1,3332

1,3595

1,000

at




98,1

981



atm




101,3

1013


760


1Pa =




1bar = 105 Pa = 100 kPa


techn. Atmosphäre



Physik. Atmosphäre:




Alle Werte gelten für Luftdruck auf Meeresniveau


Wahl des Drucksensors

Unser Drucksensor soll einen Wasserstand bis 5m messen können. Das bedeutet, daß der Drucksensor zumindest einen Druck bis 500mBar messen können muß.

Unser Drucksensor muß außerdem ein Differenzdrucksensor sein, der nur den Druck der Wassersäule mißt, damit eventuelle Luftdruckschwankungen nicht in die Messung mit eingehen. Bei einem Absolutdrucksensor würde eine Luftdruckschwankung von 25mBar bereits einen Fehler von 5% oder 25 cm erzeugen.

Wir verwendeten den Differenzdrucksensor SPX50 der Firma Sensym (siehe Datenblatt).


Funktionsweise des Drucksensors

Der Drucksensor funktioniert als Wheatstone-Brücke. Wenn an den Sensor Druck angelegt wird, dann ändern sich die Widerstände um einen bestimmten Betrag. Die ausgegebene Spannung, ist direkt proportional zum angelegten Druck.

Die Spannung ändert sich um etwa 1mV/kPa.



Dimensionierung der Stromquelle (LM334)

Der Eingangswiderstand des Drucksensors (Meßbrücke) ändert sich mit der Temperatur. Deshalb wird die Brücke mit einer Stromquelle versorgt, die den Temperaturkoeffizient der Brücke kompensiert.

Temperaturkoeffizient der Brücke:

Temperaturkoeffizient der Stromquelle:

Der Widerstand R5 dient zur Verringerung des Temperaturkoeffizienten der Stromquelle. R6 dient zur Einstellung des Brückenstromes.


Für VS = 5V und VB = 3V ergeben sich für R6 = 16.9W und R5 = 866W


Dimensionierung des Differenzverstärkers

Der Differenzverstärker soll die maximale Eingangsspannung, die vom Drucksensor kommt, soweit verstärken, daß bei Maximaldruck fast 5V am ADC anliegen.


U+=UR4+URef




Eingesetzte Werte:

R1=100kW

R2=10kW

R3=10kW

R4=100kW



Uref = 0V T RGAIN ist ein 2k Potentiometer T









Software

FluSSdiagramm


















Programm



;§§§§§§§§§§§ I C Slave Transmitter §§§§§§§§§

mit ADC §§§§§§§§§ stadc.asm

;§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§ 11:57 23.03.1998


GESAMT                DATA 30h

LOWTIME              DATA 31h

WERT     DATA 32h

BITNR     data 2eh


DAT        bit 01h

SDA        bit p1.7

SCL         bit p1.6


; ** ** ** ** *********** ISR ** ** ** ** ** ** *


ORG        800Bh ;Interrupt Timer 0


JMP MESSUNG ;Interrupt alle 256us für Messung


; ** ** ** ** ****** Hauptprogramm ** ** ** ** **********

ORG        8100h


INIT:                       ANL TMOD,#0h ;Timer 0 auf Mode 0

ANL TCON,#10101111b

SETB EA ;Interrupts enablen

SETB ET0 ;Enable Timer 0 Interrupt

SETB TR0 ;Starte Timer 0


S1:                          JNB SCL, S1 ;Startbedingungserkennung

JNB SDA, S1

S2:                          JB SDA, S2

JNB SCL, S1


S3:                          JB SCL, S3 ;Warten, bis SCL LOW


CLR TR0 ;Timer1 disablen

CALL START ;Beginne Übertragung

SETB TR0 ;Timer0 enablen

JMP S1


; ** ** ** ** ***** Unterprogramme ** ** ** ** *********


; ; ; ; ;; UNTERPROGRAMM Rechnung ; ; ; ; ;;;;;


RECHNUNG:          MOV B,GESAMT ;Algorithmus zur Berechnung des ADC Wertes

MOV A,LOWTIME

DIV AB

MOV A,B

MOV WERT,A

RET



; ; ; ; ;; UNTERPROGRAMM Messung ; ; ; ; ;;;;;;


MESSUNG:             INC GESAMT

JB P1.5,WEITER

INC LOWTIME

WEITER:                MOV R0,GESAMT

CJNE R0,#0FFh,WEITER1

CALL RECHNUNG ;Berechnung des Meßwertes

MOV GESAMT,#00h

MOV LOWTIME,#00h

WEITER1:              RETI









; ; ; ;;;;; UNTERPROGRAMM I2C Übertragung ; ; ; ; ;;


START:                   MOV BITNR, #8h ;Hilfszähler


;----- ----- ------- ADRESSE einlesen ----- ----- -----------

NBIT:                      SETB SCL

CHK:                       JNB SCL, CHK ;(SCL Vorbereitung abfragen)

MOV C, SDA

CLR SCL ;SCL LOW (Taktsynchronisation)

NOP

NOP

RLC A ;store Bit

DJNZ BITNR, NBIT ;Hilfszähler wird dec und Überprüfung ob 8. Bit erreicht



MOV R0, A ;Adressbyte speichern

MOV BITNR, #8h ;Hilfszähler reset


CJNE R0,#10010111b,ENDE


ACK:                       CLR SDA ;ACK: SDA Low; Takt durch Master



MOV A, Wert ;Senderegister init.

SETB SCL ;SCL wird freigegeben

WAITH:                  JNB SCL, WAITH

WAITL:                  JB SCL, WAITL

SETB SDA ;Wenn SCL wieder LOW: SDA wird freigegeben


;----- ----- --------- Byte Senden ----- ----- --------------

NBITS:                    SETB SCL ;SCL wird freigegeben

CHKS:                     JB SCL, CHKS ;(SCL Vorbereitung abfragen)

CLR SCL ;SCL LOW (Taktsynchronisation)

NEXT:                    RLC A ;get Bit

MOV SDA, C ;send Bit

DJNZ BITNR, NBITS ;Hilfszähler wird dec und Überprüfung ob 8. Bit erreicht



MOV BITNR, #8h ;Hilfszähler reset

SETB SCL


F:                            JB SCL, F

SETB SDA


ENDE:                    RET



end


Schaltung u. Stückliste


Stück

Bauteil

Wert

Bezeichnung im Schaltplan

6

Widerstand 1/4W

100kW

R1, R4, R7, R8, R11, R12

4

Widerstand 1/4W

11kW

R2, R3, R13, R15

1

Widerstand 1/4W

866W

R5

1

Widerstand 1/4W

16.9W

R6

1

Widerstand 1/4W

3,3kW

R14

1

Potentiometer

2kW

P1

1

4-OPV Maxim MXL1014CN


IC1

1

Atmel mC AT89C2051


ATMEL

1

SMD Invertierer NC7ST04


U1

1

Kunststoffkondensator

6,8nF

C1

2

Keramikkondensator

30pF

C2, C3

1

Quarz

11,059MHz

X1

1

Drucksensor MPX50DP














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