[atmega8][C] - Pomiar temperatury KTY 81-210

Witaj!
Z czujnikiem (NTC = 10k), który ja stosowałem poradziłem sobie w następujący sposób. Włączyłem go szeregowo z rezystorem 10k pomiędzy wyjście napięcia referencyjnego i masę analogową mikrokontrolera. Przetwornikiem A/DC
mierzyłem bezpośrednio wartość napięcia na termistorze. Ze względu na znaczną nieliniowość takiego układu pomiarowego nie zdecydowałem się na aproksymację wielomianem ale obliczyłem tablicę, z której µC bezpośrednio odczytuje wartość temperatury w zależności od wyniku uzyskanego z przetwornika A/DC.
Podam przykład (przeniosłem to do pdf. bo używam oppen-office) jak taką tablicę można dość szybko obliczyć w arkuszu kalkulacyjnym.
W pierwszej kolumnie zostały umieszczone wartości temperatury, dla których dysponowałem danymi katalogowymi. Druga kolumna zawiera wartość średnia rezystancji termistora. Trzecia współczynnik podziału otrzymanego dzielnika napięcia. Czwarta wartość rzeczywistą napięcia na termistorze, gdy dzielnik zasilany jest z napięcia Uref µC. W piątej zaś odpowiadający danej temperaturze odczyt z A/DC. Następnie uzupełniłem brakujące wartości i przekształciłem na ASCII. W Twoim przypadku można postąpić prościej, gdyż nie potrzeba konwersji
do kodu ASCII. Tablica jest duża (1024 x 5) ale zależało mi na rozdzielczości jeżeli jednak musisz mieć dużą dokładność przy ograniczonych zasobach µC trzeba będzie spróbować aproksymować charakterystykę i stosować przeliczenia (tablica u Ciecie to 2k).
Jeżeli jesteś zainteresowany to mogę Ci pomóc rozwiązać ten problem. Dawno nie pisałem na AVR8 i z chęcią poćwiczę.

Dodaję fragment schematu ideowego. Dołączenie czujników za pomocą gniazd zasilających. Czujniki wyposażone w zwykłe przewody dwużyłowe bez ekranowania.

Pozdrawiam.

Miałem chwilę czasu i pobieżnie przeliczyłem. Prosty obwód umożliwi pomiar temperatury w zakresie -50÷150 z rozdzielczością 1°C. Bez dodatkowego wzmacniacza nie da się osiągnąć nic więcej. Jeżeli zależy Ci na większej rozdzielczości lepiej zastosować jakiś termometr 1-wire a do tego wystarczy Attiny2313. Czujniki PTC są dość kłopotliwe w takich zastosowaniach, większe możliwości daje zastosowanie NTC jednak ma on zwykle mniejszy zakres temperatur. Oczywiście można spróbować układu mostkowego i pomiaru różnicowego ze wzmacnianiem np. na Attiny26 tylko, po co.

Pomiar taki można przeprowadzić rezygnując z wewnętrznych przetworników A/D a budując własny w oparciu o czas ładowania kondensatora poprzez termistor ze źródła napięcia np. Uref. W ten sposób korzystając z wewnętrznego komparatora należy dokonać przechwycenia stanu licznika realizując tym samym konwersję rezystancja - czas. A dalej to arytmetyka.

Zastosuj rezystor 2k wtedy dostaniesz lepszą rozdzielczość. Dorzucam fragment płytki (płaszczyznę masy usunąłem dla lepszej widoczności), to część większego urządzenia µC = Atmega16(32). Do obliczeń przyjmij napięcie Uref = 2,56 V. Takie podłączenie i pomiar uniezależniają wynik od niedokładności napięcia referencyjnego. Patrz na schemat ideowy z poprzedniego postu - to są rozwiązania w pracującym od prawie roku urządzeniu. Charakterystyka nie należy do KTY81-210.

Masz rację Dondu, na razie chodzi tylko o sposób maksymalnego uproszczenia obliczeń. Tutaj obliczona tablica.

A jeszcze jedno, bo bym zapomniał.
Obliczenia prowadzi się dla czujnika o znamionowej wartości np. 2k i takiego samego rezystora. Rzeczywiste czujniki mają pewien rozrzut charakterystyk co zmusza nas do korekcji dzielnika napięcia (można to zrobić programowo - kwestia gustu, tyle ze nie da się łatwo zmienić czujnika). Sposób jest prosty i polega na zastosowaniu zamiast pojedynczego rezystora stałego - równoległego połączenia rezystora i wieloobrotowego potencjometru montażowego. W Twoim przypadku zamiast rezystora 2k należy włączyć rezystor 2,1k/1% z równoległym 100k potencjometrem w celu końcowego ustalenia wskazań. Filtrowanie zakłóceń w zakresie dużych częstotliwości zapewni kondensator 0,47µ (w wyjątkowych przypadkach np. gdy bardzo długie przewody czujnika prowadzi się równolegle do przewodów sieciowych - w korytkach, może zachodzić konieczność stłumienia niskoczęstotliwościowego sygnału. Warto wtedy włączyć w obwód prosty filtr RC o częstotliwości -3dB = 12,5 Hz. Stłumi on w znacznym stopniu zakłócenia 50Hz a jednocześnie nie wpłynie na pomiar przy mniej niż 2 cyklach na sekundę).

Trochę wyjaśnienia z Uref. Tak naprawdę to nie ma znaczenia jakie to napięcie, przyjęcie Uref µC jest najprostszym rozwiązaniem. Prowadź pomiar z 10-bitową dokładnością i maks. preskalerem + uśrednianie w serii wyników.

Przeprowadźmy proste rozumowanie:

- wynik przetwarzania wynosi:

A/D = 1024 • Upom/Uref

- napięcie pomiarowe

Upom = Rt /(Rt + R0) • Uref skąd:

Upom/Uref = Rt/(Rt + R0)

ostatecznie:

A/D = 1024 • Rt/(Rt + R0)

gdzie:
Rt - rezystancja termistora
R0 - rezystancja rezystora dodatkowego

i nie zależy od Uref.
Widać wiec, że wartość nie jest istotna (długoterminowa). Musi ono być stałe jedynie w trakcie trwania pojedynczego pomiaru (stąd lepiej nie stosować Vcc). Dodatkowo obliczane napięcie umożliwia późniejsze łatwe sprawdzenie przy pomocy potencjometru i woltomierza poprawności aproksymacji (ja tak robiłem bo urządzenie zostało zmontowane a na czujniki musiałem czekać ok. 2 miesięcy).

Tak eliminacja wpływu niestałości długoterminowej (dryftu) to zaleta takiego pomiaru, podobnie w metodzie mostkowej eliminuje się wpływ zmian napięcia zasilania na wynik. Czytanie pojedynczych rejestrów jest możliwe, lepiej jednak od razu czytać cały rejestr. Kompilator zadba o odpowiednią kolejność i zoptymalizuje kod. Można porównać jak to wygląda w asemblerze (w plikach .lst lub .lss) i jak karkołomny kod otrzymujemy przy czytaniu osobno z rejestrów.
Funkcja może tak wyglądać:



Uwaga!
Taki zapis :
ADMUX = 0xC0 | channel
ma sens jedynie gdy w inicjacji ADC wystąpi linia:
ADMUX = (1<<REFS0) | (1<<REFS1);

To dość ogólna postać (oczywiście poprzednio trzeba skonfigurować i uruchomić A/D). Zmienna channel - to numer kanału, z którego chcemy czytać, wynik jest średnią 8 kolejnych pomiarów w trybie pojedynczego wyzwalania. Ogólnie ilość pomiarów w serii powinna stanowić potęgę 2 np. 2,4,8,16 ... bo dzielenie przez ilość próbek realizujemy prosto przez przesunięcie bitowe (pewnie powtarzam się po Dondu, ale nie czytałem jego strony).

Jeżeli będziesz liczył tablicę, to kolumnę z zawartością A/D obliczaj mnożąc kolumnę z wartością k (Rt/(Rt + R0)) przez 1023,5 i zaokrąglaj odpowiednio formatując. To 0,5 bitowe przesunięcie umieści prawidłowo próg w "środku jednostki".

Dorzucę jeszcze aproksymację odwrotną samego czujnika KTY81-210. Ze względu na małą ilość danych możliwe, ze obliczenie trzeba będzie przeprowadzić "od tyłu".

Miałem chwilę czasu więc policzyłem istotne elementy tablicy. Dajcie znać czy plik excela jest prawidłowo wygenerowany bo nie sprawdzałem jak to robi mój office a może przydać się na przyszłość.

Obydwa są błędne (w drugim błąd jest spowodowany kolejnością odczytywania rejestrów odsyłam do datasheet). Jeżeli tak chcesz to :

uint16_t wynik = ADCL | (ADCH << 8);

Dlaczego nie czytasz całego 16 bitowego rejestru?

uint16_t wynik = ADC;

Napisałem Ci przykładową funkcję, zastosuj ją, zmodyfikuj.

PS
Podaj cały kod, nikt nie jest w stanie Ci pomóc jeżeli będzie musiał zgadywać co miałeś na myśli. Nie ma się czego wstydzić, wszyscy kiedyś zaczynali.

Mamy tak

Cytat:

#include <avr/io.h>
#include <avr/pgmspace.h>
#include <util/delay.h>

uint16_t wynik;
uint8_t x = 0;

...................
int main(void){

...................

adcInit();

.................

while(1){

.................
wynik = policzADC();

Cytat:

void adcInit(void)
{
ADCSRA = (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1) ; // Preskaler 8MHZ/64 = 125KHz
ADMUX = (1 << REFS0) | (1 << REFS1) ; // Wewnetrzne Vref
ADCSRA |= (1 << ADEN); // Włącz ADC
}

Cytat:

uint16_t policzADC(void)
{
/* pomiar w kanale 0 */
uint16_t temp;

ADCSRA |= (1 << ADSC);

while(ADCSRA & (1<<ADSC));
temp = ADC;

return temp;
}

Zawsze, gdy robisz proste pomiary stosuj tryb pojedynczego wyzwalania. Jeżeli musisz zbierać dużą ilość danych w tle programu głównego to rób to w trybie ciągłym + przerwanie.

PS
ustaw sobie w opcjach kompilatora -Wall, a prawda spłynie z monitora.

Odbiegając nieco od tematu.
Tablica czujnika NTC015HP00 (rodziny NTC0xxH(W)P00) firmy Carel - podciągnięcie rezystorem 10k do Uref. To dość popularny i łatwo dostępny czujnik. Cena do przełknięcia. Dodatkowo znalazłem precyzyjne NTC w rozsądnych cenach.
Te umożliwiają już pomiary z błędem zbliżonym do PT100(1000).

www.tewa-sensors.com/sklep/category.php?id_category=8

Dodaję ich charakterystykę - aby zapewnić pomiar w pełnej skali użyłem rezystor 3,9k zamiast normalnie stosowanej wartości 10k. Myślę, że to ciekawa alternatywa dla czujników platynowych, przynajmniej w zakresie -40÷150°C.