×
26.05.2023
223.018.7066

Микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости для диэлькометрических USB влагомеров зерна

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения физических величин емкостными датчиками. Микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости для диэлькометрических USB влагомеров зерна содержит резисторы 1 и 2, реле 3 электромагнитное, диод 4 полупроводниковый, датчик 5 емкостный, микроконтроллер 6, RC-фильтр 7 и компьютер 8. Первые выводы резисторов 1 и 2 подключены к выходам, соответственно, первого и второго широтно-импульсных модуляторов (ШИМ), встроенных в микроконтроллер 6, вторые выводы резисторов 1 и 2 подключены, соответственно, к первому и второму контактам реле 3. Первая обкладка датчика 5 подключена к третьему контакту реле 3 и к первому входу аналогового компаратора (АК), встроенного в микроконтроллер 6, вторая обкладка датчика 5 подключена к общему проводу, выход третьего ШИМ, встроенного в микроконтроллер 6, подключен к входу RC-фильтра 7, выход которого подключен ко второму входу АК микроконтроллера 6. Анод диода 4 подключен к первому выводу катушки реле 3 и к цифровому выходу микроконтроллера 6, катод диода 4 подключен ко второму выводу катушки реле 3 и к общему проводу. Компьютер 8 подключен через цифровой последовательный USB интерфейс к микроконтроллеру 6. Изобретение обеспечивает повышение точности диэлькометрического измерения влажности зерна. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерительной технике в частности, к устройствам для измерения физических величин емкостными датчиками и может быть использовано во встраиваемых вычислительных системах контроля и управления.

Уровень техники

Известно устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками, содержащее микроконтроллер, индикатор, первый и второй генераторы, во времязадающие цепи которых включены соответственно емкостный датчик и образцовый конденсатор, выходы генераторов подключены к входам микроконтроллера, индикатор подключен к одному из портов микроконтроллера (см. пат. РФ № 2214610, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - ограниченные функциональные возможности.

Известно микроконтроллерное устройство для измерения частоты вращения вала, содержащее микроконтроллер, индикатор, первый и второй резисторы, емкостный датчик и образцовый конденсатор, которые первыми обкладками подключены к общему проводу, вторые обкладки емкостного датчика и образцового конденсатора подключены, соответственно, к первому и второму входам аналогового компаратора (АК) микроконтроллера и к первым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы которых подключены к выходам микроконтроллера, индикатор подключен к одному из портов микроконтроллера (см. пат. РФ № 2378658, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность преобразований и ограниченные функциональные возможности, по причине несовершенного алгоритма преобразования емкости в двоичный код, а также ограниченных вычислительных и инфокоммуникационных возможностей устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип является микроконтроллерное устройство измерения емкости для систем контроля и управления, содержащее микроконтроллер, емкостный датчик, первый, второй, третий и четвертый резисторы, RC-фильтр и компьютер, причем первая обкладка емкостного датчика подключена к общему проводу, а вторая обкладка подключена к первому выводу первого резистора, к первому входу АК микроконтроллера и к первому выводу второго резистора, вторые выводы первого и второго резисторов подключены к выходам, соответственно первого и второго широтно-импульсных модуляторов (ШИМ), встроенных в микроконтроллер, первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены к входу аналого-цифрового преобразователя встроенного в микроконтроллер, второй вывод третьего резистора подключен к цифровому выходу микроконтроллера, второй вывод четвертого резистора подключен к общему проводу, выход третьего ШИМ в микроконтроллера, подключен к входу RC-фильтра, выход которого подключен к второму входу АК микроконтроллера, компьютер подключен через цифровой последовательный интерфейс к микроконтроллеру (см. пат. РФ № 2719790, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность измерений, так как между первым и вторым резисторами существует гальваническая связь, которая вносит погрешность в измерения, обусловленную влиянием выходных сопротивлений и паразитных емкостей одного цифрового вывода микроконтроллера на другой его цифровой вывод, к которым подключены первый и второй резисторы.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности диэлькометрического метода измерения влажности зерна.

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости для диэлькометрических USB влагомеров зерна, содержащий микроконтроллер, емкостный датчик, первый и второй резисторы, RC-фильтр, компьютер, причем первая обкладка емкостного датчика подключена к общему проводу, первые выводы первого и второго резисторов подключены к выходам, соответственно первого и второго широтно-импульсных модуляторов микроконтроллера, выход третьего широтно-импульсного модулятора микроконтроллера подключен к входу RC-фильтра, выход которого подключен к первому входу АК микроконтроллера, компьютер подключен через цифровой последовательный интерфейс к микроконтроллеру, дополнительно введены электромагнитное реле и полупроводниковый диод, причем первый и второй контакты электромагнитного реле подключены к первым выводам, соответственно первого и второго резисторов, вторая обкладка емкостного датчика подключена к третьему контакту электромагнитного реле и к второму входу АК микроконтроллера, первый вывод катушки электромагнитного реле подключен к аноду полупроводникового диода и к цифровому выводу микроконтроллера, второй вывод катушки электромагнитного реле подключен к катоду полупроводникового диода и к общему проводу.

Краткое описание чертежей

На фиг. представлена структурная схема микроконтроллерного измерительного преобразователя емкости для диэлькометрических USB влагомеров зерна.

Осуществление изобретения

Микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости для диэлькометрических USB влагомеров зерна содержит (фиг.) резисторы 1 и 2, реле 3 электромагнитное, диод 4 полупроводниковый, датчик 5 емкостный, микроконтроллер 6, RC-фильтр 7 и компьютер 8. Первые выводы резисторов 1 и 2 подключены к выходам, соответственно первого и второго ШИМ, встроенных в микроконтроллер 6 (на фиг. ШИМ не показаны), вторые выводы резисторов 1 и 2 подключены, соответственно к первому и второму контактам реле 3. Первая обкладка датчика 5 подключена к третьему контакту реле 3, и к первому входу АК (на фиг. АК не показан), встроенного в микроконтроллер 6, вторая обкладка датчика 5 подключена к общему проводу, выход третьего ШИМ, встроенного в микроконтроллер 6, (на фиг. третий ШИМ не показан) подключен к входу RC-фильтра 7, выход которого подключен к второму входу АК микроконтроллера 6. Анод диода 4 подключен к первому выводу катушки реле 3 и к цифровому выходу микроконтроллера 6, катод диода 4 подключен к второму выводу катушки реле 3 и к общему проводу. Компьютер 8 подключен через цифровой последовательный USB интерфейс к микроконтроллеру 6.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости для диэлькометрических USB влагомеров зерна работает следующим образом.

Микроконтроллер 6 настраивает первый ШИМ на заданную частоту генерирования ШИМ-сигналов с заданным коэффициентом заполнения. Выводит высокий логический уровень напряжения на цифровой вывод, подключенный к первому выводу катушки реле 3, при этом первый и третий контакты реле 3 замыкаются. Под действием ШИМ-сигнала первого ШИМа на датчике 5 напряжение будет изменяться по экспоненте от минимального значения до максимального, по известным законам (заряд-разряд).

Микроконтроллер 6 выполняет последовательно шаг за шагом следующий алгоритм.

Шаг 1. Микроконтроллер 6 формирует на выходе третьего ШИМа ШИМ-сигнал с начальным минимальным коэффициентом заполнения. Этот ШИМ-сигнал приложен к входу RC-фильтра 7. При этом, изменяющееся на емкостном датчике 5 напряжение, приложенное к первому входу АК будет выше напряжения, формируемого на втором входе АК RC-фильтром 7. На выходе АК будет логический 0.

Шаг 2. Микроконтроллер 6 начинает увеличивать коэффициент заполнения ШИМ-сигнала третьего ШИМа, напряжение на выходе RC-фильтра 7 возрастает. Как только напряжение на выходе RC-фильтра 7 превысит изменяющееся напряжение на емкостном датчике 5, на выходе АК будет сформирована, кратковременно логическая 1. Система прерываний микроконтроллера 6 сформирует сигнал, по которому микроконтроллер 6 перейдет к процедуре обработки данного прерывания. Эта процедура заключается в сохранении двоичного кода пропорционального коэффициенту заполнения ШИМ-сигнала третьего ШИМа, при котором было обнаружено равенство напряжений на датчике 5 и на выходе RC-фильтра 7. В этом случае, можно считать, что сохраненный двоичный код есть эквивалент минимального значения напряжения на датчике 5.

Шаг 3. Микроконтроллер 5 формирует на входе RC-фильтра 7, с помощью третьего ШИМа, ШИМ-сигнал с начальным максимальным коэффициентом заполнения. При этом изменяющееся на емкостном датчике 5 напряжение, приложенное к первому входу АК, будет ниже напряжения, формируемого на втором входе АК RC-фильтром 7 и на выходе АК будет логическая 1.

Шаг 4. Микроконтроллер 6 начинает уменьшать коэффициент заполнения ШИМ-сигнала третьего ШИМа, напряжение на выходе RC-фильтра 7 уменьшается. Как только напряжение на выходе RC-фильтра 7 станет ниже изменяющегося напряжения на емкостном датчике 5, на выходе АК будет кратковременно сформирован логический 0, система прерываний микроконтроллера 6 сформирует сигнал, по которому микроконтроллер 6 прейдет к процедуре обработки этого прерывания, которая заключается в сохранении двоичного кода, пропорционального коэффициенту заполнения, при котором было обнаружено равенство напряжений на датчике 5 и на выходе RC-фильтра. В этом случае можно считать, что сохраненный двоичный код есть эквивалент максимального значения напряжения на емкостном датчике 5.

Шаг 5. Микроконтроллер 6 вычисляет разницу между максимальным и минимальным значениями напряжения на емкостном датчике 5 и сохраняет эту разницу в памяти. Чем больше емкость датчика 5, тем меньше размах напряжения на нем. Чем меньше емкость датчика 5, тем больше размах напряжения на нем. Размах напряжения на датчике 5 зависит от его емкости, а, следовательно, от диэлектрической проницаемости зерна, помещенного в полость датчика 5, которая зависит от влажности зерна.

Шаг 6. Микроконтроллер 6 выводит на цифровой вывод низкий уровень напряжения, катушка реле 3 будет обесточена, при этом первый и третий контакты реле 3 разомкнутся, но замкнутся второй и третий контакты реле 3. Под действием ШИМ-сигнала второго ШИМа на датчике 5 напряжение будет изменяться по экспоненте от минимального значения до максимального. Микроконтроллер повторяет алгоритм, состоящий из ранее описанных действий (шаги 2 - 5), только результат сохраняет под именем второй переменной.

Сопротивления резисторов 1 и 2, а также емкость датчика 5 подобраны так, чтобы на заданной частоте ШИМ-сигналов, переходные процессы в RC-цепях, образованных этими элементами длились от одной до трех постоянных времени этих RC-цепей.

Первый и второй ШИМы генерируют ШИМ-сигналы разных частот, благодаря чему приобретается информация, которая характеризует, зависимость диэлектрической проницаемости материала, помещенного между обкладками емкостного датчика 5 от частоты напряжения, приложенного к этому датчику. Известно, что диэлектрическая проницаемость зависит от скорости протекания процессов заряд/разряд. Так как, сопротивления первого и второго резисторов различны и частоты ШИМ-сигналов первого и второго ШИМов тоже различны, то скорости протекания переходных процессов тоже будут различными. Микроконтроллер 6 рассчитывает диэлектрическую проницаемость для каждой частоты, сохраняет в памяти и выводит результаты на монитор компьютера для выполнения анализа пользователем.

Преимущества изобретения по сравнению с прототипом: повышена точность измерений, благодаря введению электромагнитного реле, что позволяет устранить гальваническую связь между первыми выводами первого и второго резисторов, а, следовательно, устранить влияние друг на друга выходных сопротивлений и паразитных емкостей цифровых выводов, к которым подключены вторыми выводами первый и второй резисторы.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости для диэлькометрических USB влагомеров зерна, содержащий микроконтроллер, емкостный датчик, первый и второй резисторы, RC-фильтр, компьютер, причем первая обкладка емкостного датчика подключена к общему проводу, первые выводы первого и второго резисторов подключены к выходам, соответственно, первого и второго широтно-импульсных модуляторов микроконтроллера, выход третьего широтно-импульсного модулятора микроконтроллера подключен к входу RC-фильтра, выход которого подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, компьютер подключен через цифровой последовательный интерфейс к микроконтроллеру, отличающийся тем, что дополнительно введены электромагнитное реле и полупроводниковый диод, причем первый и второй контакты электромагнитного реле подключены к первым выводам, соответственно, первого и второго резисторов, вторая обкладка емкостного датчика подключена к третьему контакту электромагнитного реле и ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, первый вывод катушки электромагнитного реле подключен к аноду полупроводникового диода и к цифровому выводу микроконтроллера, второй вывод катушки электромагнитного реле подключен к катоду полупроводникового диода и к общему проводу.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 125.
25.08.2017
№217.015.b69a

Способ повышения иммунобиологического статуса новорожденных поросят

Изобретение относится к области ветеринарии и предназначено для повышения иммунобиологического статуса новорожденных поросят. Способ включает внутримышечное введение «Пирогенала» супоросным свиноматкам в дозе 0,08 мкг/кг массы тела за 60 дней до опроса 5 инъекций каждый день, за 40 дней до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614733
Дата охранного документа: 28.03.2017
25.08.2017
№217.015.ba51

Ветроэнергетическая установка

Изобретение относится к области ветроэнергетики и электротехники. Ветроэнергетическая установка содержит ветроколесо, соединенное посредством вала с мультипликатором, выходной вал которого соединен с обгонной муфтой, соединенной с асинхронным генератором с короткозамкнутым ротором, который...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615564
Дата охранного документа: 05.04.2017
26.08.2017
№217.015.e88e

Способ иммуногистохимического выявления антигенов в препаратах органов продуктивных и непродуктивных животных длительного хранения в фиксаторах

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для иммуногистохимического выявления антигенов в препаратах органов продуктивных и непродуктивных животных длительного хранения в фиксаторах. Для этого проводят обработку поверхности предметного стекла для наклеивания срезов адгезивом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627448
Дата охранного документа: 08.08.2017
29.12.2017
№217.015.f656

Способ лечения хронического простатита у собак

Изобретение относится к ветеринарной медицине, в частности к способу лечения хронического воспаления предстательной железы у собак. Способ лечения хронического простатита у собак включает введение антибактериального препарата, причем антибактериальный препарат вводят один раз в день и в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637632
Дата охранного документа: 05.12.2017
20.01.2018
№218.016.1772

Устройство для заневоливания цилиндрической пружины

Изобретение относится к устройствам для заневоливания цилиндрических пружин и содержит обойму с цилиндрической полостью, две съемные крышки с осевым отверстием, выполненные с возможностью закрепления на обойме, сердечник цилиндрической формы, соосно размещенный в обойме и выполненный с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635594
Дата охранного документа: 14.11.2017
13.02.2018
№218.016.24e3

Синхронный генератор с двухконтурной магнитной системой

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции синхронного генератора на постоянных магнитах, используемого в системах автономного электроснабжения. Технический результат - удешевление конструкции, увеличение мощности генератора и повышение КПД за счет использования...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642442
Дата охранного документа: 25.01.2018
04.04.2018
№218.016.300d

Способ измерения электрической емкости

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при разработке приборов, предназначенных для измерения электрической емкости конденсаторов и конденсаторных датчиков различных технологических параметров (уровня, давления, перемещения и т.д.). Способ измерения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002645130
Дата охранного документа: 15.02.2018
04.04.2018
№218.016.3692

Аналого-цифровой преобразователь

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям, и может быть использовано в цифровых системах для измерения и контроля аналоговых величин. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, повышении точности и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646356
Дата охранного документа: 02.03.2018
10.05.2018
№218.016.3a83

Способ измерения электрической емкости

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения электрической емкости конденсаторов и конденсаторных датчиков различных технологических параметров (уровня, давления, перемещения и т.д.). Способ измерения электрической емкости основан на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647564
Дата охранного документа: 16.03.2018
10.05.2018
№218.016.4421

Электромагнитное реле для переключения аккумуляторных батарей

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к установкам, работающим на зарядку аккумуляторных батарей с последующим преобразованием с помощью инвертора накопленной энергии в электрический ток нужных напряжения и частоты. Технический результат состоит в более полном использовании...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649908
Дата охранного документа: 05.04.2018
Показаны записи 1-10 из 30.
20.01.2013
№216.012.1db3

Микроконтроллерный измерительный преобразователь скорости потока газа и жидкости

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения скорости потока газа или жидкости резистивными подогреваемыми датчиками. Микроконтроллерный измерительный преобразователь скорости потока газа или жидкости содержит микроконтроллер 1, первый резистор 2,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473097
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.08.2013
№216.012.6541

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления с управляемой чувствительностью

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин резистивными датчиками. Технический результат, который может быть достигнут с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491558
Дата охранного документа: 27.08.2013
20.12.2013
№216.012.8e29

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано для измерения физических величин, контролируемых резистивными датчиками. Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502076
Дата охранного документа: 20.12.2013
10.02.2014
№216.012.9fbb

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин резистивными датчиками. Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506599
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.05.2014
№216.012.c198

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста уитстона методом широтно-импульсной модуляции

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин резистивными датчиками. Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515309
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.07.2014
№216.012.e04e

Микроконтроллерный ацп с использованием переходного процесса в rc-цепи

Изобретение относится к области аналого-цифровых преобразователей. Техническим результатом является повышение точности и скорости преобразования. Микроконтроллерный АЦП с использованием переходного процесса в RC-цепи содержит первый резистор 1, второй резистор 2, третий резистор 3, четвертый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523208
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.03.2015
№216.013.344e

Микроконтроллерный ультразвуковой генератор для систем передачи информации

Изобретение относится к системам связи, использующим инфразвуковые, звуковые или ультразвуковые акустические волны, и может быть использовано в средствах для передачи информации через ограждающие конструкции жилых и производственных зданий. Микроконтроллерный ультразвуковой генератор для систем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544865
Дата охранного документа: 20.03.2015
10.04.2015
№216.013.3beb

Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано в средствах для диагностики состояния межвитковой изоляции обмотки асинхронного или синхронного двигателя....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546827
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.05.2015
№216.013.4a90

Микроконтроллерное устройство для измерения емкости и сопротивления и передачи результата измерения по радиоканалу

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения емкости и активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин емкостными и резистивными датчиками и передачи результата измерения по радиоканалу....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550595
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.06.2015
№216.013.52ec

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения неэлектрических величин резистивными датчиками. Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552749
Дата охранного документа: 10.06.2015
+ добавить свой РИД