Každý, kdo přišel do styku nebo pracuje tenzometrickými snímači, ať již v diskrétní podobě nebo zabudované a zapojené ve Wheatstonově můstku v různými zapouzdřených senzory síly a zatížení, mi jistě dá za pravdu, že prvotní zpracování slabého napěťového signálu s amplitudou v jednotkách mV, je kritický pro přesnost měření. S ohledem na možné indukované rušení je tak nejvýhodnější provést kompletní analogově-digitální zpracování signálu na jednom místě, nejlépe na jednom chipu. Právě pro tento účel slouží integrovaný SoC obvod 71M8100.

Vlastnosti obvodu 71M8100

Integrovaný obvod 71M8100 firmy Teridian je přesný měřící obvod SoC (System-On-Chip), který v sobě kombinuje na jednom chipu kombinuje analogové i digitální obvody tvořené 32bitovým výpočetním jádrem CE doplněný pro potřebu řízení periférií o 8bitovým mikroprocesorovou jednotkou 8051, Flash i RAM pamětí, 22bitovým A/D převodníkem a mnoha periferiemi (např. obvodem reálných hodin RTC (Real Time Clock) nebo budičem LCD displeje). Programování a ladění lze provádět přímo přes rozhraní ICE.

Tři analogové přesné měřící vstupy lze použít separátně pro snímání signálu na 3 nezávislých senzorech nebo pro třívodičové připojení Wheatstonova můstku, který může být napájen z přesného na chipu integrovaného referenčního zdroje napětí VREF. V A/D převodníku zdigitalizované signály lze dále číslicově 32bitově zpracovávat v CE (COMPUTE ENGINE) s násobičkou, například filtrovat, zesílit, prahovat či přepočítávat pro vznik výsledné požadované hodnoty zatížení, teploty, ohybu, vibrací, tlaku apod. Pro kompenzaci nežádoucích teplotních vlastností analogových obvodů je na chipu přítomen křemíkový teplotní senzor.

Pro potřeby prezentace, archivace nebo zobrazení získaných hodnot se dá použít integrovaný budič LCD displeje s nábojovou pumpou pro získání 5 V napětí z 3.3 V nebo některé ze sériových komunikačních rozhraní UART nebo rychlého SSI. 12 univerzálními vstupy / výstupy pak lze na základě naměřených hodnot řídit některý akční člen, například zpětné regulaci teploty nebo zatížení.

Přehled základních vlastností SoC obvodu :

• CPU:
  • 32bitové jádro COMPUTE ENGINE s násobičkou pro číslic. zpracování signálů
  • 8bit. MPU 80515 pro řízení periférií
  • provedení 1 instrukce za 1 hod. cyklus
• Zdroj taktování: externí 32kHz krystal
• Paměť: 64kB Flash (s ochrannou přístupu do paměti), 7kB RAM
• Tři analogové signálové vstupy s přesným 22bit. sigma-delta A/D převodníkem
• Interní referenční zdroj napětí s přesností lepší než 10ppm/°C
• Digitální teplotní kompenzace senzorem na chipu
• Hardwarový watchdog
• Periferie:
  • 2x UART
  • vysokorychlostí sériové rozhraní SSI
  • obvod reálných hodin RTC
  • budič LCD displeje
  • Až 12 víceúčelových vstupů/výstupů
  • In-system programování - rozhraní ICE
• Bateriově zálohovaná RAM i chod RTC
• Napájení: 3.3 V
• Spotřeba: 22 mW / 7.2 mikroW v zalohovacím režimu
• Pouzdro: 64vývodové LQFP

Příklady použití

Vyhodnocení signálu z:

• tenzometrů
• odporových senzorů teploty
• senzorů tlaku
• silových snímačů
• apod.

Obvod může být použit pro:

• PLC
• Panelová měřidla
• Speciální zákaznická měřící zařízení
• atd.

Závěr

Kompletní integrace zesílení, digitalizace a číslicového zpracování slabých signálů ze senzorů neelektrických veličin na jednom chipu nejen výrazně zjednodušuje návrh desky plošných spojů a minimalizaci měřícího zařízením, ale i výrazně snižuje vliv okolního rušení na signál. 32bitové výpočetní jádro a dostatečně velká RAM dovoluje realizovat i složitější zpracování například s využitím FFT, banky filtrů, IIR filtrace apod.

Pro bližší technické informace o jednotlivých obvodech pak odkazuji na pěkně zpracované anglické stránky firmy Teridian - www.teridian.com, kde jsou volně k dispozici datasheety a další informace. Zájemci o nákup či cenovou nabídku se pak mohou obrátit na pražskou firmu HT-Eurep Electronics s.r.o. - www.hte.cz, která tyto obvody firmy Teridian v ČR distribuuje.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka firmy Teridian - www.teridian.com
• Domovské stránky českého distributora, firmy HT-Eurep Electronic - www.hte.cz
• Související články na automatizace.hw.cz: Co je, k čemu je a jak funguje Rogowského cívka ?