Электронный уровень на PIC16F628

Назначение предлагаемого устройства такое же, как у обычного строительного уровня — определение углов наклона поверхности, на которую он установлен, относительно горизонтальной плоскости. Прибор содержит небольшое число деталей, питается от гальванической батареи и готов к работе немедленно после включения. Он построен на базе микросхемы трехосевого акселерометра SMB380, имеющей цифровой интерфейс, что позволило создать полностью цифровое устройство без аналоговых узлов.

Углы наклона вычисляются по результатам измерения проекций вектора ускорения земного притяжения на каждую из трех осей акселерометра: X (горизонтальную продольную), Y( горизонтальную поперечную) и Z (вертикальную). Измеряемые углы могут находиться в интервале от -180 до +180°, погрешность измерения не превышает 1°. Кроме того, встроенный в микросхему акселерометра датчик измеряет температуру в интервале -30...+80 °С с погрешностью не более 1 °С.

Схема электронного уровня показана на рис. 1. Для более полного использования имеющихся выводов портов МК PIC16F628 (DD1) сконфигурирован на работу с внутренним тактовым генератором, причем частота этого генератора понижена до 37 кГц. Работая по записанной в него программе, МК управляет акселерометром В1, получает от него и обрабатывает информацию об углах наклона и температуре, выводит результаты на ЖКИ HG1 (две строки по 16 символов). Транзисторы VT1—VT3 уменьшают высокий уровень сигналов МК до значения, необходимого для подачи на входы акселерометра.

Источник питания прибора — гальваническая батарея GB1 напряжением 9 В, ток потребления — 5 мА. Напряжение батареи понижается до 5 В, необходимых для МК и ЖКИ, с помощью интегрального стабилизатора DA1. Акселерометр В1 питается напряжением 3 В от интегрального стабилизатора DA2.

Сразу после включения питания выключателем SA1 электронный уровень работает в режиме измерения наклона. Углы отклонения перпендикуляра к основанию акселерометра от вектора силы тяжести по каждой из осей измеряются с периодом 0,25 с, полученные значения выводятся на табло ЖКИ. С тем же периодом считываются показания встроенного датчика температуры. Они отображаются в правой части верхней строки табло.

Если углы наклона по осям X и Y нулевые, на табло ЖКИ ниже значения температуры будет выведен признак горизонтальности — символ "звездочка" в угловых скобках. При отклонении от горизонта изображение "звездочки" инвертируется: она становится светлой на темном фоне.

В момент нажатия на кнопку SB1 прибор запоминает текущие значения углов наклона и далее отображает на табло отклонения от этих значений. "Звездочку" в угловых скобках под значением температуры заменяет буква W. При выходе отклонения за пределы ±45° соответствующее значение заменяется надписью "Err". Такой режим позволяет контролировать параллельность плоскостей, расположенных на удалении одна от другой. Возвращение в исходный режим происходит при еще одном нажатии на кнопку SB1.

Прибор был собран в корпусе, изготовленном из отрезка алюминиевого швеллера размерами 100x40x25 мм. В нем установлены плата, монтаж которой выполнен навесным способом, и ЖКИ, соединенный с платой жгутом гибких проводов.

Акселерометр SMB380 выпускается в миниатюрном корпусе QFN. К отведенному для его монтажа участку платы приклеена клеем "Момент" полоска изоляционного материала размерами 10x4 мм, а на ней, тем же клеем закреплен выводами вверх акселерометр. Соединения его выводов с контактами монтажной платы выполнены отрезками одножильного неизолированного провода диаметром 0,15 мм. Пайка велась под четырехкратной лупой маломощным паяльником с жалом, заточенным до толщины 0,4...0,6 мм. После монтажа акселерометр накрыт крышкой подходящего размера для защиты от механических повреждений.
После включения правильно собранный прибор начинает, как правило, работать сразу, отображая текущие значения углов отклонения осей установленного на плате акселерометра В1 от горизонтальной плоскости. Необходимо лишь переменным резистором R5 добиться наилучшей контрастности изображения на табло ЖКИ.

Поместив плату в корпус и закрепив ее "начерно", прибор устанавливают на заранее подготовленную строго горизонтальную поверхность. Подбирая положение платы, добиваются нулевых показаний по осям X, Y и 90° по оси Z. В найденном положении плату прочно закрепляют. Теперь электронный уровень готов к работе.

Фото устройства, автор VARG

Источник: Радио, №8, 2009г.