Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА

Способ измерения температуры наружного воздуха относится к способам измерения температуры наружного воздуха и отображения ее текущего значения на экране компьютера.

Известен способ динамического измерения температуры, описанный в заявке РФ на изобретение №94028959/28, опубликованной 20.06.1996.

Способ измерения температуры включает размещение термочувствительного элемента в исследуемой среде, задание двух последовательно следующих друг за другом равных временных интервалов и определение интегралов от текущей температуры термочувствительного элемента на каждом временном интервале с последующим расчетом измеряемой температуры по математической зависимости, причем на момент окончания каждого временного интервала регистрируют текущее значение температуры термочувствительного элемента, а искомую температуру Т_с рассчитывают по формуле:

,

где J₁, J₂ - значения интегралов от текущей температуры термочувствительного элемента на первом и втором временном интервале соответственно;

Т₁, Т₂ - значение текущей температуры термочувствительного элемента на моменты окончания первого и второго временного интервалов;

Δt - длительность каждого из двух задаваемых последовательно следующих друг за другом временных интервалов.

Известен способ измерения температуры, описанный в заявке РФ на изобретение №94028622, опубликованной 10.05.1996 г.

Способ измерения температуры поверхности твердых тел основным и вспомогательным термопреобразователями, подключенными на измерительный прибор, с компенсацией влияния теплоотвода по основному термопреобразователю, причем для проведения измерения подбирают основной и вспомогательный термопреобразователи с суммарным градуировочным сигналом больше известного градуировочного сигнала измерительного прибора при одинаковой температуре, подсоединяют термопреобразователи по схеме термобатареи, затем устанавливают указанную пару на градуировочную поверхность с заранее известным значением температуры, касаясь при этом ее основным термопреобразователем, проводят индивидуальную градуировку пары в реальных рабочих условиях при различных значениях температуры градуировочной поверхности, изменяя измеряемый сигнал за счет вертикального перемещения горячего спая вспомогательного термопреобразователя относительно горячего спая основного термопреобразователя, определяя при этом градуировочную характеристику H=f(Тгр), где: Н - расстояние горячего спая вспомогательного термопреобразователя относительно горячего спая основного термопреобразователя вертикально к поверхности для конкретной определяемой температуры.

Тгр - значение температуры градуировочной поверхности, измеренное термопреобразователями в режиме градуировки, для конкретного значения Н, затем устанавливают пару отградуированных термопреобразователей на измеряемую поверхность, касаясь ее горячим спаем основного термопреобразователя, изменяют измеряемый сигнал за счет вертикального перемещения горячего спая вспомогательного термопреобразователя относительно горячего спая основного термопреобразователя на определенную величину, и по градуировочной характеристике Н=f(Тгр) определяют температуру и сравнивают ее с показаниями измерительного прибора, добиваясь при этом совпадения этих показаний, и в момент совпадения с градуировочной характеристикой H=f(Тгр) по измерительному прибору определяют температуру поверхности.

Известно устройство для измерения температуры, которое содержит последовательно соединенные цифровой термометр DS18B20, имеющий интерфейс 1-Wire, адаптер для подключения цифрового термометра к СОМ-порту компьютера (интерфейс RS-232). Программа для компьютера считывает показания температуры с цифрового термометра, выводит на экран компьютера текущее значение температуры и график ее изменения за последние несколько минут, задает допустимые интервалы температуры для сигнализации и выдает звуковой сигнал тревоги при выходе температуры из разрешенного интервала (Д. Фролов. Компьютерный термометр с датчиком DS18B20. Журнал «Радио», №9, 2004 г.) - [2]. Копия статьи прилагается к материалам, подаваемой в заявки. Способ, реализованный в описанном устройстве, включает непрерывное измерение температуры наружного воздуха цифровым термометром с одновременным преобразованием получаемых величин температуры в цифровой сигнал однопроводного интерфейса 1-Wire, преобразование сигнала с данными о температуре наружного воздуха в сигнал цифрового интерфейса компьютера, обработку полученных данных компьютером и вывод значений температуры на монитор.

Данный способ выбран в качестве прототипа к предлагаемому способу измерения температуры наружного воздуха.

Недостатком способа по прототипу является недостаточная помехоустойчивость передаваемого сигнала и недостаточная его стабильность. При реализации известного способа по прототипу имеет место ограничение длины соединительного кабеля между цифровым термометром и адаптером до 10 метров. Дальнейшее увеличение длины кабеля приводит к уменьшению помехоустойчивости устройства и его отказу. Для правильного измерения температуры наружного воздуха цифровой термометр должен быть установлен с теневой стороны здания на определенной высоте над землей и на некотором расстоянии от здания. При условии, когда цифровой термометр размещается с одной стороны здания, а адаптер и компьютер размещаются в помещении с противоположной стороны здания, длина соединительного кабеля между цифровым термометром и адаптером может потребоваться более 10 метров, а при таком увеличении длины соединительного кабеля возникает недостаточная помехоустойчивость передаваемого сигнала и недостаточная его стабильность.

Решаемой технической задачей (техническим результатом) предлагаемого способа измерения температуры наружного воздуха является повышение помехоустойчивости и повышение стабильности передаваемого сигнала за счет гальванической развязки сигнала цифрового термометра от сигнала интерфейса компьютера, что позволяет при реализации предлагаемого способа обеспечить длину соединительного кабеля более 10 метров.

Технический результат в способе измерения температуры наружного воздуха, включающем непрерывное измерение температуры наружного воздуха цифровым термометром с одновременным преобразованием получаемых величин температуры в цифровой сигнал однопроводного интерфейса 1-Wire, преобразование сигнала с данными о температуре наружного воздуха в сигнал цифрового интерфейса компьютера, обработку полученных данных компьютером и вывод значений температуры на монитор, достигается тем, что после преобразования получаемых величин температуры в цифровой сигнал однопроводного интерфейса 1-Wire осуществляют его преобразование в сигнал последовательного интерфейса UART с последующей его гальванической развязкой, далее осуществляют преобразование гальванически развязанного сигнала интерфейса UART в сигнал интерфейса USB, передачу полученного сигнала в USB-порт компьютера, обработку полученных данных компьютером и вывод значения температуры на монитор осуществляют последовательным чередованием значений текущей температуры наружного воздуха и текущего времени, сохраняют часовые значения температуры в файлах архива компьютера, выводят по запросу оператора суточные или месячные отчеты температуры в виде графиков на монитор или принтер, выводят минимальную, среднюю и максимальную температуры за любые прошедшие сутки или месяц на монитор или принтер.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения температуры наружного воздуха, являющаяся устройством для реализации предлагаемого способа измерения температуры наружного воздуха.

На фиг. 2 представлена принципиальная электрическая схема конкретной реализации адаптера с подключением к нему цифрового термометра.

На фиг. 3 приведен алгоритм работы микроконтроллера.

На фиг. 4 приведен алгоритм работы компьютера.

На фиг. 5 представлен вид окна программы компьютера с отображением текущей температуры и времени.

На фиг. 6 представлен фрагмент из файла архива компьютера с часовыми данными температуры.

На фиг. 7 приведен вид суточного графика температуры при выводе его на экран монитора компьютера или на принтер.

На фиг. 8 приведен вид месячного графика температуры при выводе его на экран монитора компьютера или на принтер.

Устройство для измерения температуры наружного воздуха, блок-схема которого приведена на фиг. 1, содержит последовательно соединенные цифровой термометр 1, адаптер 2 и компьютер 3. Адаптер 2 содержит последовательно соединенные микроконтроллер 4, изолятор интерфейса 5, преобразователь интерфейса 6 и изолятор питания 7, выход которого соединен с входом питания микроконтроллера 4, причем цифровой термометр 1 соединен с микроконтроллером 4 посредством шины данных - однопроводного интерфейса 1-Wire, выход микроконтроллера 4 соединен с входом изолятора интерфейса 5 посредством шины UART, выход изолятора интерфейса 5 соединен с входом преобразователя интерфейса 6 также посредством шины UART, другой вход преобразователя интерфейса 6, вход изолятора питания 7 соединены с входом USB-порта компьютера 3. Компьютер 3 снабжен принтером 8. Компьютер 3 включает: системный блок, монитор, клавиатуру и мышь.

В качестве цифрового термометра 1 может быть применена микросхема DS18B20 или DS18S20 фирмы Dallas Semiconductor (США). Термометр откалиброван на заводе и обеспечивает измерение температуры в диапазоне -55..+125°C с дискретностью 0,5°. Общее питание устройства обеспечивается от компьютера 3 через USB-порт, что показано на фиг. 1, 2. а компьютер 3 питается от электросети, что на чертеже не показано.

Осуществление предлагаемого способа измерения температуры наружного воздуха, включает непрерывное измерение температуры наружного воздуха цифровым термометром с одновременным преобразованием получаемых величин температуры в цифровой сигнал однопроводного интерфейса 1-Wire, преобразование сигнала с данными о температуре наружного воздуха в сигнал цифрового интерфейса компьютера, обработку полученных данных компьютером и вывод значений температуры на монитор, причем после преобразования получаемых величин температуры в цифровой сигнал однопроводного интерфейса 1-Wire осуществляют его преобразование в сигнал последовательного интерфейса UART с последующей его гальванической развязкой, далее осуществляют преобразование гальванически развязанного сигнала интерфейса UART в сигнал интерфейса USB, передачу полученного сигнала в USB-порт компьютера, обработку полученных данных компьютером и вывод значения температуры на монитор осуществляют последовательным чередованием значений текущей температуры наружного воздуха и текущего времени, сохраняют часовые значения температуры в файлах архива компьютера, выводят по запросу оператора суточные или месячные отчеты температуры в виде графиков на монитор или принтер, выводят минимальную, среднюю и максимальную температуры за любые прошедшие сутки или месяц на монитор или принтер.

Рассмотрим устройство для измерения температуры наружного воздуха, блок-схема которого приведена на фиг. 1, в работе.

Предварительно в микроконтроллер 4 загружают программу согласно алгоритма, приведенного на фиг. 3. Включают предлагаемое устройство. В компьютер 3 загружают программу согласно алгоритма, приведенного на фиг. 4.

Считывание значения измеренной температуры, а также передача команды начала преобразования производится с помощью 1-проводного интерфейса 1-Wire фирмы DALLAS микроконтроллером 4. В качестве микроконтроллера 4 применен микроконтроллер ATMega8 фирмы ATMEL (США). Микроконтроллер 4 согласно алгоритма (фиг. 3) периодически, один раз в секунду, производит опрос цифрового термометра 1 и на основе полученного значения температуры формирует пакет цифровых данных для его передачи в шину UART. Пакет данных состоит из 6-и байт и имеет следующую структуру: байт начала пакета (заголовок), имеющий значение 0×3А, 2-байтовое значение текущей температуры, 2-байтовое инверсное значение температуры и байт окончания пакета - значение 0×0D.

Данные с выхода UART микроконтроллера 4 поступают на изолятор интерфейса 5, который обеспечивает гальваническую развязку микроконтроллера 4 и цифрового термометра 1 от преобразователя интерфейса 6 и компьютера 3. Применением изолятора интерфейса 5 достигается увеличение помехоустойчивости, увеличение стабильности и исключение сбоев в работе устройства, при этом кабель, соединяющий цифровой термометр 1 с микроконтроллером 4, может достигать длины до 100 м. В качестве изолятора интерфейса 5 может быть применен транзисторный оптрон 6N136 фирмы Fairchild (США). Питание микроконтроллера 4 изолировано от питания компьютера 4 с помощью изолятора питания 7, выполненного на основе компактного DC-DC преобразователя типа AM1D-0505SH30 фирмы AIMTEC (Канада).

С выхода изолятора интерфейса 5 данные поступают на преобразователь интерфейса 6. В качестве преобразователя интерфейса 6 применена микросхема СР2101 фирмы Silicon Labs. Микросхема имеет простую схему включения с минимальным количеством дополнительных элементов и обеспечивает преобразование сигнала интерфейса UART в стандартный компьютерный интерфейс USB со скоростью передачи данных до 12 Мбит/с.

Пакеты данных с преобразователя интерфейса 6 циклически с интервалом в одну секунду поступают в USB-порт компьютера 3.

Компьютерная программа с алгоритмом, приведенным на (фиг. 4), обеспечивает прием и отображение текущей температуры наружного воздуха и текущего времени на экране монитора компьютера 3 (фиг.5), сохранение часовых значений температуры в файлах архива компьютера 3 (фиг. 6), вывод по запросу оператора суточных (фиг. 7) и месячных (фиг. 8) отчетов температуры в виде графиков на экран монитора или на принтер 8, вычисление минимальной, средней и максимальной температуры за любые прошедшие сутки или месяц (фиг. 7, 8).

По сравнению с прототипом, предлагаемый способ измерения температуры наружного воздуха обеспечивает получение технического результата - обеспечивает повышение помехоустойчивости и повышение стабильности передаваемого сигнала за счет гальванической развязки сигнала цифрового термометра от сигнала интерфейса компьютера, что позволяет при реализации предлагаемого способа обеспечить длину соединительного кабеля более 10 метров.

В качестве интерфейса для связи адаптера с компьютером применен интерфейс USB, а не RS-232. В современных компьютерах интерфейс RS-232 как правило отсутствует. Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет сохранять часовые значения температуры в файлах архива компьютера, выводить по запросу оператора суточные и месячные отчеты температуры в виде графиков на экран монитора или на принтер, вычислять минимальную, среднюю и максимальную температуру за любые прошедшие сутки или месяц. Данные о температуре из файлов архива могут быть переданы с компьютера на другие устройства.