Микроконтроллерный RC-АЦП с функцией передачи данных по радиоканалу Российский патент 2022 года по МПК H03M1/38 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к беспроводным сенсорным системам, и может быть использовано во встраиваемых системах управления.

Уровень техники

Известен АЦП, содержащий: микроконтроллер, конденсатор, первый, второй и третий резисторы, первые выводы которых подключены к первому входу, встроенному в микроконтроллер аналоговому компаратору (АК). Второй вывод второго резистора подключен к плюсу источника питания, вторые выводы третьего резистора и конденсатора подключены к минусу источника питания, первый резистор выполнен управляемым и его управляющий вход подключен к порту микроконтроллера, второй вход АК подключен к источнику аналогового сигнала (ИАС) (см. пат. РФ №2298872, кл. H 03 M1/38).

Недостаток известного решения - низкая точность преобразования.

Известен микроконтроллерный АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи, содержащий: микроконтроллер, конденсатор, первый, второй и третий резисторы, первые выводы конденсатора и первого резистора подключены к первому входу встроенного в микроконтроллер АК, второй вывод первого резистора подключен к первому дискретному выходу микроконтроллера, введен четвертый резистор, причем первые выводы второго и третьего резисторов подключены ко второму входу АК, вторые выводы второго и третьего резисторов подключены, соответственно ко второму и третьему дискретным выходам микроконтроллера, второй вывод конденсатора подключен к четвертому дискретному выходу микроконтроллера, первый вывод четвертого резистора подключен к ИАС, второй вывод четвертого резистора подключен ко второму выводу третьего резистора (см. пат. РФ №2523208, кл. H03M 1/38).

Недостаток известного решения - низкая точность преобразования, обусловленная отсутствием источника опорного напряжения (ИОН). Известно, что точность АЦП зависит от точности ИОН (Под ред. Уолта Кестера. Аналого-цифровое преобразование. Москва: Техносфера, 2007. - 1006 с. ISBN 978 -5-94836-146-8).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип является микроконтроллерный АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи, содержащий: микроконтроллер, конденсатор, резистор, ИОН, первые выводы конденсатора и резистора подключены к первому входу встроенного в микроконтроллер АК, первый выход ИАС подключен к общей шине питания, второй вывод резистора подключен к выходу ИОН, второй вход АК микроконтроллера подключен к второму выходу ИАС (см. пат. РФ № 2726292, кл. H03M 1/82).

Недостаток известного решения - ограничены функциональные возможности - отсутствует функция передачи результата преобразования по радиоканалу.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей микроконтроллерного RC-АЦП за счет обеспечения функции передачи результата преобразования по радиоканалу.

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерный RC-АЦП с функцией передачи данных по радиоканалу, содержащий: микроконтроллер, конденсатор, резистор, ИОН, первые выводы конденсатора и резистора подключены к первому входу встроенного в микроконтроллер АК, второй вывод резистора подключен к выходу ИОН, первый вывод ИАС подключен к общей шине питания, второй вывод ИАС подключен к второму входу АК микроконтроллера, дополнительно введен радиопередатчик, причем вход управления модуляцией радиопередатчика подключен к выходу таймера/счетчика, встроенного в микроконтроллер, минусовой вывод питания радиопередатчика подключен к общей шине питания, плюсовой вывод питания радиопередатчика подключен к цифровому выводу микроконтроллера, радиопередатчик микроконтроллерного RC-АЦП реализует двухуровневую амплитудную модуляцию типа OOK (On-Off Keying, Включено-Выключено).

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного RC-АЦП с функцией передачи данных по радиоканалу.

Осуществление изобретения

Микроконтроллерный RC-АЦП с функцией передачи данных по радиоканалу, содержит (чертеж) микроконтроллер 1, ИОН 2, резистор 3, конденсатор 4, радиопередатчик 5. Резистор 3 и конденсатор 4 первыми выводами подключены к первому входу АК, встроенного в микроконтроллер 1, (на чертеже АК не показан), выход ИОН подключен к второму выводу резистора 3, второй вывод конденсатора 4 подключен к общей шине питания, первый вывод ИАС подключен к второму входу АК, второй вывод ИАС подключен к общей шине питания, вход управления модуляцией радиопередатчика 5 подключен к выходу таймера/счетчика (на чертеже таймер/счетчик не показан), встроенного в микроконтроллер 1, радиопередатчик микроконтроллерного RC-АЦП реализует двухуровневую амплитудную модуляцию типа OOK (On-Off Keying, Включено-Выключено).

Микроконтроллерный RC-АЦП с функцией передачи данных по радиоканалу работает следующим образом.

Микроконтроллер 1 выполняет последовательно два цикла, цикл преобразования и цикл передачи данных. В начале цикла преобразования микроконтроллер 1 настраивает вывод, к которому подключен первый вход АК на выход и выводит логический ноль (лог.0). Конденсатор 4 начинает разряжаться на внутреннюю общую шину микроконтроллера 1 (внутренняя общая шина микроконтроллера 1 на чертеже не показана). Микроконтроллер 1 удерживает лог.0 на данном выводе некоторое время, необходимое для полного разряда конденсатора 4. Затем микроконтроллер 1, переводит этот вывод в высокоомное состояние и запускает внутренний двоичный таймер/счетчик для счета тактовых импульсов. Конденсатор 4 начинает заряжаться. Как только напряжение Uc на конденсаторе 4 превысит напряжение Uвх ИАС, действующего на втором входе АК, последний изменит на своем выходе логический уровень. По этому событию таймер/счетчик автоматически копирует двоичный код счетного регистра в регистр захвата. Скопированный двоичный код пропорционален времени t заряда конденсатора. Микроконтроллер 1 определяет Uc, используя известное выражение:

Uc = Uref (1 – е^–t/τ),

где τ = RC - постоянная времени RC-цепи (известна);

Uref - значение напряжения ИОН (известно).

На этом цикл преобразования входного напряжения в двоичный код закончен.

Микроконтроллер 1 переходит к выполнению цикла передачи двоичного кода, т.е. результата преобразования по радиоканалу. Микроконтроллер 1 подает питание на радиопередатчик 5, путем вывода высокого логического уровня напряжения на цифровой вывод, к которому подключен вывод (+) питания радиопередатчика 5. Микроконтроллер 1 переводит таймер/счетчик в режим «Сброс по совпадению» и копирует двоичный код регистра захвата в регистр совпадения (сравнения). В этом режиме на выходе таймера/счетчика формируется последовательность прямоугольных импульсов, причем длительность низкого уровня напряжения между прямоугольными импульсами пропорциональна передаваемому двоичному коду. Длительность прямоугольных импульсов намного меньше средней длительности низкого уровня напряжения. Радиопередатчик 5 включает генератор несущей частоты, когда на его модулирующем входе высокий уровень напряжения и выключает, когда низкий уровень. После окончания передачи микроконтроллер 1 отключает питание радиопередатчика 5, путем вывода низкого логического уровня напряжения на соответствующий цифровой вывод. Таким образом, генератор формирования несущей частоты находится в неработающем состоянии большее время, чем в работающем, благодаря чему экономится энергия автономного источника питания. Затем микроконтроллер 1 переходит в режим цикла преобразования.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество - расширены функциональные возможности, а именно реализована функция передачи результата преобразования по радиоканалу, что позволяет строить на базе данного решения беспроводные датчики физических величин.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к беспроводным сенсорным системам. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей микроконтроллерного RC-АЦП за счет обеспечения функции передачи результата преобразования по радиоканалу. Микроконтроллерный RC-АЦП с функцией передачи данных по радиоканалу содержит микроконтроллер 1, источник опорного напряжения (ИОН) 2, резистор 3, конденсатор 4, радиопередатчик 5. Резистор 3 и конденсатор 4 первыми выводами подключены к первому входу аналогового компаратора (АК), встроенного в микроконтроллер 1, выход ИОН подключен к второму выводу резистора 3, второй вывод конденсатора 4 подключен к общей шине питания, первый вывод источника аналогового сигнала (ИАС) подключен к второму входу АК, второй вывод ИАС подключен к общей шине питания, вход управления модуляцией радиопередатчика 5 подключен к выходу таймера/счетчика, встроенного в микроконтроллер 1. Плюсовой вывод питания радиопередатчика подключен к цифровому выводу микроконтроллера. Радиопередатчик микроконтроллерного RC-АЦП реализует двухуровневую амплитудную модуляцию типа OOK (On-Off Keying, Включено-Выключено). 1 ил.

1. Микроконтроллерный RC-АЦП с функцией передачи данных по радиоканалу, содержащий микроконтроллер, конденсатор, резистор, источник опорного напряжения (ИОН), первые выводы конденсатора и резистора подключены к первому входу встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора, второй вывод резистора подключен к выходу ИОН, первый вывод источника аналогового сигнала подключен к общей шине питания, второй вывод источника аналогового сигнала подключен к второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, отличающийся тем, что дополнительно введен радиопередатчик, причем вход управления модуляцией радиопередатчика подключен к выходу таймера/счетчика, встроенного в микроконтроллер, минусовой вывод питания радиопередатчика подключен к общей шине питания, плюсовой вывод питания радиопередатчика подключен к цифровому выводу микроконтроллера.

2. Микроконтроллерный RC-АЦП по п. 1, в котором радиопередатчик реализует двухуровневую амплитудную модуляцию типа OOK (On-Off Keying, Включено-Выключено).