< Serge77 - Моя ракетная мастерская >

Простой записывающий высотомер

Часть 1: разработка

 

Цель проекта: сделать простое устройство, способное во время полёта ракеты запоминать показания датчика давления, а после полёта передавать эти данные на компьютер через СОМ-порт.

За основу взята схема, которую разработал и испытал Lioxa:

Я убрал ненужные мне цепи воспламенителей и для максимального упрощения убрал и нормирующий усилитель. Получилась такая схема:

Схема и разводка в формате EAGLE здесь. Готовое устройство:

 

Первое испытание: поездка на лифте с девятого этажа на первый и обратно:

Одна ступенька графика выглядит так:

 

22.09.2004 Serge77

 

 Повышение точности измерений.

Метод повышения точности измерений (повышение разрешающей способности АЦП) описан здесь: Enhancing ADC resolution by oversampling. Суть его состоит в суммировании и усреднении многих измерений в одной точке. Условием успешности является наличие шума в данных, потому что суммирование и усреднение одного и того же значения ничего не даёт. При отсутствии шума в данных рекомендуется его специально добавлять различными методами.

Для начала я сделал накопление в одной точке 64 измерений (за одну секунду происходит запись 61 точки). Переход между ступеньками стал гораздо более плавным, но горизонтальные участки ступенек не исчезли, потому что в этих точках нет шума.

Я попробовал добавить шума, повысив частоту АЦП с 125 КГц до 2 МГц (рекомендованные пределы - от 50 до 200 КГц) - никаких видимых изменений. Пробовал постоянно переключать светодиод (PORTB0), это тоже ничего не дало. Оказывается не так легко сбить с толку АЦП! После этого я перенёс источник шума поближе к рабочему входу АЦП (PORTC0), сделал постоянное переключение соседнего входа АЦП (PORTC1). Наконец-то дело сдвинулось - ступеньки начали сглаживаться!

 Попробовал одновременно с PORTC1 переключать и PORTC2, но это уже не влияло, т.е. хороший эффект даёт только соседний вывод. К сожалению, с другой стороны от рабочего входа АЦП - ножка "земля", её не попереключаешь. ;^)) Осталось довести частоту переключения PORTC1 до 2 МГц, это ещё больше сгладило ступеньки.

 

Ещё раз прочитав документ об источниках шума чипа датчика давления, я решил убрать конденсатор С7, надеясь, что в результате уровень шума заметно повысится. Однако большого эффекта не получилось. Вот график при одном измерении на точку, аналог самого первого теста:

Видно, что ширина переходного участка между ступеньками увеличилась:

Запись 64 измерений на точку:

То же самое с добавкой шума с частотой переключения PORTC1 в 2 МГц:

Судя по последнему графику, с конденсатором было лучше.

 

 Следующий этап - добавление небольшого пилообразного шумового сигнала к выходному сигналу датчика давления. Для этого использовался ШИМ сигнал скважностью 50% с одного из выводов МК:

 Это дало наилучший результат. На рисунке - поездка на лифте, видна остановка на 4 этаже.

На следующем графике - оценка реальной чувствительности. Подъём на 1м виден совершенно чётко, а на 35 см - угадывается над шумом. Синие - экспериментальные точки, красная линия - скользящее среднее по 8 точкам.

 

На этом разработка закончена, изготовление конечного варианта описано здесь.

 

Обсуждение на форуме.

 

 

14.11.2005 Serge77

Рейтинг@Mail.ru