Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wskaźnik przechyłu z akcelerometrem i układami 74xx

Kubald 04 Mar 2013 20:45 10020 6
  • Wskaźnik przechyłu z akcelerometrem i układami 74xx

    Autor poprzednio prezentowanego projektu – „karty graficznej” na układach TTL, stwierdził, że konstruowanie urządzeń z pomocą jedynie układów serii 74xx jest całkiem ciekawe – i postanowił zbudować kolejne urządzenie – jest nim właśnie wskaźnik przechyłu, oparty o akcelerometr i układy logiki TTL.

    Elektroniczny przyspieszeniomierz jest bardzo ciekawym czujnikiem, i dzięki wykorzystaniu technologii MEMS obecne wersje akcelerometrów mają także niewielkie rozmiary. Czujnik w spoczynku wykrywa skierowane pionowo w dół przyspieszenie ziemskie (1 g, 9,81 m/s2). Używając tego jako odniesienia można wykrywać fakt przechylenia czujnika, a dodając kilka układów i wskaźnik LED zbudować wskaźnik przechyłu jak przedstawiony na poniższym filmie.

    Urządzenie składa się z trzech głównych bloków funkcjonalnych: komparatora opartego o przetwornik analogowo/cyfrowy, maszyny stanów sterującej matrycą LED i zespołem buforów łączących przetwornik A/D z matrycą LED. Pierwsze dwa bloki są niezależne od siebie w działaniu, dopiero trzeci stanowi łączący je most. Aby łatwo prezentować kierunek przechylania akcelerometru, na matrycy diodowej będzie on przedstawiany w formie znaku „+”.

    Przetwornik A/D zbudowano w oparciu o komparatory i zespół dzielników rezystorowych generujących napięcia odniesienia. Maszyna stanów oparta jest o timer 555, licznik dwójkowy 74193 i demultiplekser 74238.

    Do budowy urządzenia będą potrzebne 3 układy LM339 (poczwórny komparator), bufor 74244, demultiplekser 74238, licznik dwójkowy 74193, trzy bufory 74126, trzy inwertery 7404, bramka NOR 7402, timer 555 oraz garść elementów pasywnych. Jako akcelerometr wybrano układ ADXL335 (2- bądź 3-osiowy) – układ może być zasilany napięciami od 1,5 do 3,5V. Dla wartości przyspieszenia równej 0 g dla każdej z osi na wyjściu układu podawane jest napięcie równe połowie napięcia zasilania. Całe urządzenie można zmontować na płytce uniwersalnej.

    Ponieważ wyjścia akcelerometrów są analogowe, należy napięcia przekształcić na postać cyfrową, aby można było łatwo sterować matrycą LED. W tym celu autor zaprojektował własny przetwornik analogowo-cyfrowy oparty o komparatory. Poniższa tabela pokazuje, jakie napięcia pojawiają się na wyjściu akcelerometru przy przyspieszeniu 0 g oraz ile wynosi jego czułość dla każdej z osi.

    Wskaźnik przechyłu z akcelerometrem i układami 74xx





    Na wyjściu akcelerometru ADXL335 napięcie jest proporcjonalne do mierzonego przyspieszenia – dla wartości ± 1 g napięcie na wyjściu zmieni się o ± 300 mV. Na tej podstawie można zaprojektować dedykowany przetwornik A/D, posiłkując się na przykład poniższym schematem:

    Wskaźnik przechyłu z akcelerometrem i układami 74xx

    Jest to dzielnik rezystorowy generujący napięcia odniesienia, z którymi jest porównywane napięcie na wyjściu akcelerometru. Poza wartością odpowiadającą przyspieszeniu 0 g dzielnik generuje 3 wartości napięć większych od 1,5 V (dla większych od zera przyspieszeń) i trzy napięcia mniejsze od 1,5 V (dla mniejszych od zera przyspieszeń).

    Następnie, aby uzyskać postać cyfrową niosącą informację o przyspieszeniu, napięcie odniesienia jest porównywane z napięciem na wyjściu akcelerometru za pomocą komparatora:

    Wskaźnik przechyłu z akcelerometrem i układami 74xx Wskaźnik przechyłu z akcelerometrem i układami 74xx

    Pierwsza konfiguracja komparatora spowoduje pojawienie się na wyjściu stanu wysokiego kiedy napięcie na wyjściu akcelerometru będzie większe niż napięcie odniesienia. Z kolei komparator w drugiej konfiguracji będzie działał odwrotnie – stan wysoki na wyjściu będzie odpowiadał sytuacji, w której napięcie odniesienia będzie większe, niż napięcie na wyjściu akcelerometru. Takie rozwiązanie jest podyktowane faktem zmniejszania się napięcia na wyjściu czujnika, gdy wykrywana jest ujemna wartość przyspieszenia. Ponieważ układ ma wykrywać po 3 wartości większe i mniejsze od 0 g, potrzebuje 6 napięć odniesienia. Wykrywane są zmiany wartości przyspieszenia wzdłuż osi X i Y – więc razem potrzeba będzie 12 komparatorów.

    Działanie maszyny stanów pokazuje poniższa animacja (uruchamiana po kliknięciu w miniaturę).

    Wskaźnik przechyłu z akcelerometrem i układami 74xx

    Maszyna stanów sterująca wyświetlaniem z wykorzystaniem matrycy LED wykorzystuje układ demultipleksera 74238 i inwertery do poprawnego sterowania katodami diod.

    Schemat całego urządzenia można zobaczyć poniżej.

    Wskaźnik przechyłu z akcelerometrem i układami 74xx

    Jak wspomniano, w przetworniku A/D pracuje 12 komparatorów – po 6 dla osi X i Y akcelerometru. Sygnały z komparatorów podawane są do części cyfrowej, gdzie ulegają porównaniu. W roli komparatorów wykorzystano popularne układy LM339, które nie wymagają symetrycznego napięcia zasilania. Akcelerometr zasilany jest napięciem 2,25V uzyskiwanym z dzielnika rezystorowego.

    Maszyna stanów jest taktowana sygnałem zegarowym generowanym przez timer 555. Bufory 74126 przyłączone są do 3 i 4 rzędu czerwonych diod LED matrycy, odpowiadają za wskazywanie przechylania w poziomie. Bufory 74244 połączone są z pozostałymi rzędami czerwonych diod, odpowiadając za wskazywanie przechyłu w pionie. Dodatkowo, wartość 0 g sygnalizowana jest przez 4 środkowe, zielone diody LED matrycy, podłączone również przez bufory 74244.

    Układ został zmontowany na płytce uniwersalnej z wykorzystaniem połączeń owijanych.

    Wskaźnik przechyłu z akcelerometrem i układami 74xx

    Urządzenie działa od razu po włączeniu – w sposób miarodajny, i to bez konieczności angażowania mikroprocesora i pisania dla niego kodu!

    Znając już podstawy działania tego typu mierników, można wykonać dokładniejszą wersję układu, wykorzystującą np. więcej komparatorów albo zaimplementować cały projekt w strukturze układu FPGA czy programie mikroprocesora.

    Więcej szczegółów dotyczących choćby sposobu tworzenia połączeń owijanych można znaleźć na stronie źródłowej.


    Fajne!
  • #2 05 Mar 2013 08:11
    eiliat
    Poziom 15  

    Czy ten układ jest odporny na przyspieszenia? Czy tylko znajdzie zastosowanie w wyznaczanie pochyłu gdy stoi w miejscu (cały układ się nie przemieszcza)?

  • #3 05 Mar 2013 10:46
    sznajder_wroc
    Poziom 12  

    Gdybym tylko mógł gdzieś kupić urządzenie do nawijania drutu na piny podstawek...

  • #4 05 Mar 2013 14:46
    ezbig
    Poziom 19  

    sznajder_wroc napisał:
    Gdybym tylko mógł gdzieś kupić urządzenie do nawijania drutu na piny podstawek...


    To dlaczego nie kupisz? Link

  • #5 05 Mar 2013 17:46
    mateur
    Poziom 14  

    Jaki jest cel owijania nóżek przewodem?
    Nie lepiej kupić płytkę uniwersalną z padami, przylutować podstawki, a później dolutować NORMALNIE przewody?

  • #7 05 Mar 2013 18:48
    Macosmail
    Poziom 33  

    Połączenia owijane maja bardzo dobre parametry. Przez wiele lat stosowało i nadal stosuje się je np. w telekomunikacji. Przy większej ilości przewodów stosuje się nawijarki automatyczne (ręczne).