|
|
 |
|
Nadat ik het weerstation TA8515 van AAG-electronica had gekocht, moest er ook een barometer bij. De software van Arne Henriksen Wserver ondersteund de barometer van
AAG niet. Na wat speurwerk op internet kwam ik dit onwerp van David Bray tegen en dat wordt wel door de software ondersteund. |
| |
| Op dat moment (2002) was het verkrijgen van de onderdelen nog moeilijk en heb ik een aantal samples bij Maxim aangevraagd en de Barometersensor heb ik een leverancier uit Duitsland gekocht. Nu zijn deze onderdelen beter verkrijgbaar. |
| |
De schakeling is opgebouwd rond de Motorola MPX4115 Silicon Pressure Sensor,
een DS2438 Batterij Monitor van Dallas Semiconductor (om 1-Wire analoog aan digitale omzetting uit te voeren), een operationele versterker, een voltageregelaar, een diode, en verscheidene weerstanden en condensatoren. |
|
|
| |
| Beschrijving en schema van de barometer |
| |
| De schakeling wordt niet uit het 1-wire netwerk gevoed maar met een externe voedingsspanning. Dit komt omdat de MPX4115 een stroom van ongeveer 7 ma verbruikt en dat is meer dan het 1-Wire netwerk kan leveren. |
| |
De resolutie van de luchtdruk is iets hoger dan het ideaal mogelijk is. Met een luchtdruk bereik van 948.2 tot 1049.8 Hpa is de resolutie ongeveer
0,5 Hpa. Als het luchtdrukbereik wordt verkleind van 971.9 tot 1039.6 Hpa, dan kan er een resolutie van 0.34 Hpa worden bereikt. |
| Een hogere resolutie is niet mogelijk omdat de MPX4115 een meetbereik heeft van 0 - 115 Kpa (0 - 1151 Hpa), de DS2438 is een 10 bit A/D converter met een bereik van 1.5 tot 10 Volt, en een normale operationele versterker met een lineair bereik van 0,75 tot 3,5 Volt ( in een 5V toepassing). |
| |
Voor het luchtdrukbereik van de MPX4115 varieert de uitgangsspanning van ongeveer 4,25uit tot 3,79 volt bij zeeniveau, en ongeveer 2,77 tot 2,45 volt bij 10.000 voet. Het grootste deel van dit bereik ligt boven het actieve bereik van
een opamp met een voedingsspanning van 5 volt |
| |
Door een spanningsdeler toe te passen wordt de hoge uitgangsspanning van de sensor terug gebracht naar een waarde die binnen het regelgebied van de
opamp ligt. |
| |
Deze output van de spanningsdeler wordt aangesloten op pin-5 van opamp,
U1B, welke een vesterking heeft van ongeveer 2,16. |
| |
| Pin-6 van de opamp heeft een regelbare spanningdeler waarbij de barometer kan worden afgeregeld. De uitgang van U1B wordt aangesloten aan opamp U1A die een regelbare versteking heeft van 1/1 tot 8.6/1. De uigang van U1A is aangesloten op de A/D converter van de 1-Wire DS-2438. |
| |
| De gemiddelde versterking is ongeveer: |
| (3,25 - 1.25)/ (4,25 - 3.79) = 4,4 bij zeeniveau, |
| (3,25 - 1.25)/ (2,77 - 2.45) = 6,25 bij 10.000 voet. |
| De beschikbare vesterking is ongeveer 12,6 (i.e. 0,68 * 2,16 * 8.58). |
| |
| Merk op dat de MPX4115 is aangesloten door een jumper aan R1. Dit zal verandering van inputvoltage van de MPX4115 voor kalibratie toestaan. |
|
|
 |
| |
| Printplaat en onderdelenlijst |
| |
| Het orginele ontwerp is gemaakt op een experimenteer printplaat. Jim Jennings heeft een printplaat ontworpen die het nabouwen van de barometer eenvoudig mogelijk maakt. |
| |
| CN1 |
Modulair connector RJ12 |
| CN2 |
Modulair connector RJ12 |
| CN3 |
Voedingsplug 2.1 mm |
| U1 |
LM358 |
| U2 |
DS2438 |
| U3 |
MPX4115A |
| Q1 |
UA7805 |
| D1 |
1N5822 |
|
|
| R1 |
4K7 1/4W |
| R2 |
100K 1/4W |
| R3 |
Bourns 3292 10k |
| R4 |
Bourns 3292 5k |
| R5 |
Bourns 3292 10k |
| R6 |
15K 1/4W |
| R7 |
3K3 1/4W |
| R8 |
2K2 1/4W |
|
|
| R9 |
3K3 1/4W |
| R10 |
3K3 1/4W |
| R11 |
10K 1/4W |
| C1 |
4.7 uF / 16V tantalium |
| C2 |
2.2 uF / 16V tantalium |
| C3 |
1.0 uF / 16V tantalium |
| |
|
| |
|
|
| Voor het afregelen van de barometer is een eenvoudige en een nauwkeurige methode. Beide methodes moet eerst iButton-TMEX and Developers Tool Kit geïnstalleerd worden op de computer. |
| |
| Testen van de barometer: |
| Om te zien of DS2438 functioneert, sluit de barometer op de 1-Wire adapter aan, en start het programma iButton viewer. Als de schakeling werkt dan wordt het 64 bits (ID) zichtbaar. |
| |
| Om te zien of de barometer werkt, zet de potmeter van 10K (R3) in de middenstand en verbind de jumper met een draadbrug door, met de iButten viever kunnen we spanning uitlezen die de schakeling afgeeft en contreleer deze met een universeel meter op pin-1 van de opamp. (laat de meetpin zitten voor de afregeling). |
| |
Met de barometer aangesloten op de 1-Wire adapter, starten we het programma Wserver en voeg de barometer aan de SENSOR.INI toe.
Verander de DS2438 in Barometer en start het programma opnieuw. Kijk welke barometerstand het programma aangeeft, zoek bij een lokaal weerstation naar de huidige luchtdruk en regel met potmeter R4 de barometer af. |
| |
| Met de barometer die nog aangesloten aan -Wire adapter, start nu in windows "opdrachtprompt" en type baroCalibrate 3,25 1,25 31,0 28, |
| |
| Het baroCalibrate programma laat dan de COM poort en de DS2438 identiteitscode zien. Het geef dan de mogelijkheid om de correcte DS2438 te selecteren voor het geval dat er meerdere op het 1-Wire netwerk staan. Dan zal het een ononderbroken stroom aan gegevens van DS2438 tonen. Draai aan potentiometer (R4 - 5K) tot er een veranderingen van Vad zichtbaar wordt. Als de Vad veranderd dan werkt de barometer en kunnen naar de volgende stap. |
| |
| Voordat de barometer wordt afgeregeld wordt, moeten we het volgende bepalen: |
| |
| 1: Bepaal eerst de hoogte waarop de barometer wordt geplaatst. |
| 2: Bepaal het meetgebied voor zeeniveau (948.2 tot 1049.8 Hpa) of een gecorrigeerd meetgebied voor andere hoogten. |
| 3: Bereken nu het meetgebied voor de hoogte waarop de barometer wordt geplaatst. |
| - Nu bereken we met de volgende formule de uitgangsspanningen Vhi en Vlow van de MPX4115 |
| - MPXVoltage = 5.0 * (0.009 * hPa - 0.095) |
| - MPXVoltage = 5.0 * (0.009 * inHg * 3.3863 - 0.095) |
| |
- Bepaal de huidige luchtdruk bij de hoogte, of gecorrigeerd aan het zeeniveau. We kunnen de actuele luchtdruk gebruiken van
- een luchthaven die het dichts bij ons in de buurt is |
| |
4: Schakel de spanning van de barometer af en verbreek de jumper tusser de MPX4115 en weerstand R1.
Verbind R1 met de loper van R5 (10K) TP. |
| |
| Calibreren van de barometer: |
| 1: Start het programma baroCalibrate.exe. Hier zijn vier stappen vereist: |
| |
| A: Het uitgang voltage op pin-1 van U1A bij de grens van een hoge barometer druk. |
| B: Het uitgang voltage op pin-1 van U1A bij de grens van een lage barometer druk. |
| C: De eenheid van de luchtdruk bij hoge barometer druk. |
| D: De eenheid van de luchtdruk bij lage barometer druk. |
| Bijvoorbeeld -- gebruikend duim kwik: baroCalibrate 3,25 1,25 31,0 28,0 |
| |
| 2: Regel met bovenstaande Vhi af met potentiometer R3 tot een spanning van 3.25 meten wat overeenkomt met 31inHG. |
| Regel met potentiometer R4 zo af dat we een Vlow van 1.25V krijgen wat dan overeenkomt met 28inHG. |
| |
| 3: herhaal bovenstaande nog een keer tot er geen verandering meer is. |
| |
| 4: Draai nu net zo lang aan potentiometer R4 dat de actuele luchtdruk op het display staat. Dit is dan de luchtdruk op zeeniveau. |
De luchtdruk met gelijk gezet worden met de actuele luchtdruk en de reden hiervoor is dat de MPX4115 heeft een inherente
afwijking. Deze afwijking is ongeveer 1.5%. |
| 5: Schakel de spanning af en zet de jumper weer terug. Nu is de barometer klaar voor gebruik. |
|
|
|
|
|
|
