Centralina di acquisizione condizioni ambientali 2/6
di Cataldo Sasso

Funzionamento prima parte

Vediamo brevemente il funzionamento del primo circuito, cioè di quello che si occupa della temperatura.

La temperatura viene rilevata da un trasduttore molto comune, l'AD590. Esso fornisce una corrente proporzionale alla temperatura che vale 298 µA alla temperatura di 298 K (cioè 25°C) e che varia di 1µA/K.

Il segnale fornito dal trasduttore viene inviato ad uno stadio di preamplificazione (costituito da U2C e U2D) che ha il compito di "tradurre" la corrente in tensione nel range di temperatura dai -20°C ai 50°C corrispondente al range dai 2,53 V ai 3,23 V all'uscita di U2D (cioè 10 mV/°C). Questa tensione così generata viene inviata al successivo stadio di amplificazione (costituito dall'operazionale U2B in configurazione differenziale) che porta il range a valori compresi tra 0 e 5 volt. Perchè tutto funzioni è necessario regolare il trimmer P1 in modo tale da avere una tensione di 2,53 V fissi sull'uscita di U2A, e il trimmer P2 in modo da ottenere una tensione di 2,98 V sull'uscita di U2D alla temperatura di 25°C.

A questo punto abbiamo un segnale che varia tra 0 e 5 V in corrispondenza della temperatura tra -20 e +50 °C. Abbiamo pensato allora di sfruttare un convertitore A/D ed una EPROM per poter visualizzare direttamente su un display di tipo 7 segmenti il valore della temperatura. In questo modo, poichè le uscite del convertitore A/D formano un numero binario a 8 bit che va da 0 a 255, è sufficiente memorizzare in ciascuna cella della EPROM indirizzata da questo numero, il valore corrispondente di temperatura in codice BCD e inviare quest'ultimo ai display tramite drivers per 7 segmenti. (n.b.: è ovvio che avendo un numero di celle disponibili superiore ai valori di temperatura da memorizzarvi, si dovrà memorizzare lo stesso valore in più celle)

Rimane però il problema del segno: poichè le celle della EPROM sono a 8 bit ed il codice utilizzato per memorizzare il valore di temperatura è necessariamente il BCD (che occupa 4 bit per cifra), non rimane nemmeno un bit libero per memorizzare il segno della temperatura stessa. Ma allora come fare a visualizzare il segno "-" quando la temperatura è compresa tra -20 e -1 °C senza poter utilizzare bit della EPROM ?

La soluzione è un piccolo circuito a porte logiche il quale riceve in ingresso gli 8 bit del convertitore A/D e fa accendere il led del segno "-" quando necessario. Questo è possibile perchè, fatti gli opportuni calcoli, si può notare che nel range da -20 a -1 °C il dato a 8 bit va da 00000000 (cioè 0 in decimale) a 01001000 (cioè 72 in decimale) e quindi è sufficiente che per tali valori in ingresso il circuito logico faccia accendere il led "-", mentre per valori superiori lo tenga spento. Il circuito che ne risulta è il seguente, dove A0 rappresenta il bit meno significativo e A7 quello più significativo della parola in uscita dal converter:

Infine non ci rimane che osservare la parte dedicata alla trasmissione del dato a 8 bit, rappresentante la temperatura, ad un PC tramite la linea seriale RS232. Questa parte è stata realizzata sfruttando un UART che semplicemente riceve sugli otto ingressi TBR1-TBR8 il dato in modo parallelo e lo invia in forma seriale, con l'aggiunta degli opportuni bit di controllo (START, STOP, PARITA', ecc...), ad un adattatore di tensione per RS232 (il 75188) e quindi alla seriale del PC. Sarà poi il software ad occuparsi della elaborazione dei dati trasmessi.

Bisogna precisare che la "comunicazione" dell'apparecchiatura con il PC è praticamente unidirezionale, cioè il dato della temperatura viene inviato in continuazione non appena termina una conversione dell'A/D converter senza attendere nessuna conferma o comunicazione da parte del PC. Questo si è reso necessario per non complicare ulteriormente il circuito.

Un ultima parola va spesa per le temporizzazioni di UART e ADC che sono state realizzate tramite un 555 in configurazione astabile e un oscillatore a porte NOT. Il tutto è stato studiato per avere una sincronizzazione tra l'UART e l'ADC in modo tale da effettuare una continua conversione e trasmissione della temperatura. Si è scelto di effettuare la trasmissione al PC ad una velocità di 4800 BAUD e da questo dato si è partiti per ricavare le frequenze di uscita per i due generatori di clock che dovranno essere regolate, tramite i trimmer P3 e P4, in modo da ottenere 76,8 KHz in uscita da U9A (cioè per l'UART) e 25,6 KHz in uscita da U10A (cioè per l'ADC).

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