P.S. От всей души поздравляю с днем влюбленных! И "73" - это пожелание удачного приема в сеансах связи, ну если кто не разобрался. Обсудить

Простой измеритель напряжения аккумуляторной батареи на светодиодах.

     Вольтметры на светодиодах обычно построены на одном из двух. Первый [1], он же и самый дешевый, заключается в том, что набор светодиодов подключается к источнику измерения через модифицированный делитель напряжения. Такие индикаторы [2-4] используют известные пороговые свойства вольтамперных характеристик (ВАХ) светодиодов, транзисторов, диодов, а также могут снабжаться предусилителями. Однако "пороговость" экспоненты ВАХ довольно условна и простота таких устройств "окупается" нечетким порогом свечения светодиодов, что в условиях прямого дневного света затрудняет считывание. Второй принцип - применение для каждого светодиода отдельного компаратора, сравнивающего часть входного сигнала с неким образцовым [5]. Большой коэффициент усиления компараторов обеспечивает четкие пороги включения/выключения, но такой подход требует большого количества не очень дешевых компараторов (часто применяют ОУ без обратных связей). Наконец, нельзя не упомянуть о работе [6], где использован принцип АЦП и динамическая индикация, но это также не очень экономный вариант. Ниже описан вольтметр, четкие пороги "зажигания" светодиодов в котором реализованы с минимумом широкодоступных, дешевых и экономичных радиоэлементов.

     Вольтметр использует некоторые необычные возможности цифровой микросхемы. Как видно из схемы  (рис. 1), прибор представляет собой шестиуровневый вольтметр, для удобства эксплуатации в автомобиле уровни индикации с шагом 1 В образуют диапазон измерения от 10 до 15 В, но и диапазон, и шаг легко изменить и под другие применения. Каждый из шести элементов цифровой микросхемы сравнивает напряжение на своем входе с половиной напряжения питания. Если входное напряжение превышает этот уровень, то на выходе элемента появится логический 0, иначе - логическая 1. Светодиоды подключены к выходам микросхемы таким образом, что при логическом 0 они светятся, а при логической 1 - нет.

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная пробника

     С помощью делителя R1-R7 на входы элементов-инверторов DD1 подается доля напряжения бортовой сети. При изменении напряжения в сети изменяется и его доля, а значит и напряжения на входах логических элементов. А вот напряжение питания на ИМС DD1 подано с интегрального стабилизатора DA1, поэтому оно является эталонным. Сопротивления резисторов R1-R7 рассчитаны таким образом, чтобы получить пороги переключения с шагом 1 В. Конденсатор C2 вместе с R1 образуют НЧ фильтр, подавляющий короткие всплески напряжения, например при пуске двигателя. Конденсатор C1 рекомендуется устанавливать для обеспечения устойчивости DD1. Резисторы R8-R13 необходимы для ограничения тока через светодиоды.

     Как рассчитать R1-R7? Здесь надо исходить из следующих соображений. Ток через эти резисторы должен превышать входные токи микросхемы. Благо у КМОП ИМС входные токи мизерные - в худшем случае десятитысячные доли микроампера, поэтому в данном случае они пренебрежимо малы и вполне можно допустить любой реальный ток через делитель, например 100 мкА. Тогда общее  (суммарное RД = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 + R6 + R7) сопротивление делителя RД можно определить по закону Ома RД = Umin / Imin= 10 В / 100 мкА = 100 кОм. Теперь рассчитаем  сопротивление каждого из резисторов. Для этого нужно вспомнить, что порог переключения КМОП элементов DD1 равен половине напряжения питания; в нашем случае UПИТ = 6 В, а его половина 3 В. Тогда при входном напряжении 15 В напряжение на резисторе R7 должно быть 3 В. Ток же через этот резистор по первому закону Кирхгофа (ток в последовательной цепи неизменен, или "ток никуда не исчезает) равен току через все резисторы R1 - R7, опять применив закон Ома, находим IД = UВХ  / RД = 15 В / 100 кОм. Тогда сопротивление резистора R7 = UПОР  / IД = 3 В / 150 мкА = 20 кОм.

     Следующий порог - при входном напряжении UВХ = 14 В. При этом на входе соответствующего инвертора должно быть уже известное пороговое напряжение 3 В. Ток через делитель в этом случае IД = 14 В / 100 кОм = 140 мкА. Тогда сумма сопротивлений (R6 + R7) = UПОР / IД = 3 В / 140 мкА = 21,5 кОм. Отсюда R6 = (R6 + R7) - R7 = 21,5 - 20 = 1,5 кОм. По той же методике для остальных резисторов делителя:

     R5 = UПОР RД / UВХ`` - R6 - R7 = 3 В / 130 мкА - 1,5 кОм - 20 кОм = 1,6 кОм,

     R4 = UПОР RД / UВХ``` - R5 - R6 - R7 = 2 кОм,

     R3 = UПОР RД / UВХ```` - R4 - R5 - R6 - R7 = 2,2 кОм,

     R2 = UПОР RД / UВХ````` - R3 - R4 - R5 - R6 - R7 = 2,7 кОм.

     Наконец, R1 = RД - (R2 + R3 + R4 + R5 + R6 + R7) = 70 кОм (принимаем ближайший стандартный номинал 68 кОм). Таким образом, наша "микроконтрольная" по теоретическим основам электротехники закончена.

     На самом деле пороговое напряжение КМОП элементов по спецификации заводов-изготовителей может быть в пределах от 1/3 до 2/3 UПИТ. Но подбирать все резисторы "по-новой" не придётся. Изготовленные в одном технологическом цикле, элементы одной и той же микросхемы имеют один и тот же порог, поэтому достаточно резистор R1 сделать подстроечным (так на схеме и сделано - R1 для компенсации состоит из соединенных последовательно подстроечного и постоянного).

     Обратимся теперь к вопросу температурной нестабильности. Известно, что полевой транзистор является неплохим датчиком температуры. К счастью, в КМОП ИМС применена симметричная структура с встречным включением полевых транзисторов с противоположной проводимостью каналов и их температурные коэффициенты взаимно компенсируются. Практический результат - при переносе устройства с мороза в - 11ºС и нагреве ИМС DD1 паяльником до более чем 60ºС порог срабатывания изменился на величину соответствующую уменьшению измеряемого напряжения всего на 0,04В! Температурная нестабильность ИМС стабилизатора DA1 в диапазоне 0 - 100ºС не превышает 30 мВ.

     О деталях. Стабилизатор DA1 на 6 В заменять стабилитроном на 5 В не рекомендуется, так как при таком варианте питания возрастает выходное сопротивление ИМС  DD1 и не обеспечивается необходимый ток светодиодов. К561ЛН2 содержит 6 инверторов повышенной мощности, поэтому стало допустимым требовать от КМОП элементов выходной ток 8 мА для обеспечения нормальной яркости свечения светодиодов. Резисторы и конденсаторы могут быть любыми.

     Налаживание. Правильно собранное устройство подключают к регулируемому источнику напряжения. Выставив напряжение 10 В, а сопротивление R1` на максимум, вращают его движок до момента, когда засветится светодиод HL1.

     О конструкции. На рис. 2 представлен чертеж печатной платы в натуральную величину и схема расположения элементов на ней. Она рассчитана на установку R1` типа СП3-33 (горизонтальное расположение на плате), остальных резисторов МЛТ-0,125 или импортные, C1 - КМ (керамический) можно импортный, C2 - К50-35 однозначно лучше импортный, например фирмы Rubycon. К корпусу из пластика печатная плата размером 45x80 мм крепится двумя винтами М2,5, еще один такой же винт прижимает через втулку DA1 к плате, причем эта микросхема установлена "лицом вниз".

Рис. 2. Чертеж печатной платы вольтметра.

Рис. 3. Собранная конструкция.

     Литература

     1. Нечаев И. Светодиодный индикатор уровня сигнала. - Радио №12/88, с.52.

     2. Розенталь А., Афанасьев А. Светодиодный индикатор напряжения. - Радио №7/84, с.57.

     3. Парфенов А. Светодиодный индикатор мощности АС. Радио №2-3/92, с.45.

     4. Исаулов В., Василенко Е. Простой индикатор уровня записи. - Радiоаматор №13/95, с.5.

     5. Тихомиров А. Индикатор напряжения бортовой сети. - Радiоаматор №10/96, с.2.

     6. Гвоздицкий Г. Индикатор напряжения бортовой сети. - Радио №7/92, с.18.

     Источник: Журнал Радиохобби №1/98 c. 47.

     Дополнение:

     Что понравилось. Мне эта схема в целом понравилась, собирал ее. Все так как автор написал. Настраивать очень просто подстроечным резистором R1`. Но вот непонятно какие автор использовал светодиоды, что поставил резисторы R8-R13 такого низкого номинала. Я применил резисторы с номиналом 1,5 кОм, яркость оказалась нормальной, а ток потребления светодиодами значительно снизился. Светодиоды установлены малогабаритные, импортные. HL1-HL5 рекомендую поставить зеленого свечения, а HL6 красного для индикации высокого напряжения. Температурная стабильность очень высокая. При использовании С2 с номиналом как на схеме восстановление показаний индикаторов оказалось слишком инерционным (тормоз в измерении) я уменьшил до 4,7 мкФ. Диапазон напряжений аккумуляторной батареи автор не указал - это от 12 до 13,8 В.

     Что не понравилось. Диапазон измерения пробником напряжения на аккумуляторной батареи  (см. рис. 1) немного не корректен в действительности, тем что измеряет напряжение до 15 В, такое редко бывает, правильнее было бы так 10...14 В, а не 11...15 В, хотя такой вариант тоже приемлем, ну а как компромисс можно попробовать настроить на 14,5 В. Корректируется подстроечным резистором R1` Переключение при изменении входного напряжения все же не четкое (не пороговое), при переходе на "старший уровень", "младший" светодиод горит с меньшей яркостью. Автор разработал по размерам слишком большую  плату. В наше время это не очень актуально. Но применять SMD детали особого смысла тоже не вижу, поскольку схема проста как валенок и дешева, а пробник именно таким и должен быть. "Совковую" микросхему DD1 К561ЛН2 не уменьшишь. Как была в большом DIP-корпусе так и осталась. Хотя должен оговорится, есть импортные аналоги этой ИМС в корпусах SMD. В этом случае можно еще заменить DA1 на 78L05. Поставить малогобаритные светодиоды с клавиатуры или подсветки сотового телефона и запихать все это в маленький корпус от авторучки или фломастера вместо стержня иголка с плюса схемы, а минус вывести гибким проводником необходимой длины с зажимом "крокодил" под - клемму аккумулятора. Весьма симпатичный вариант. Комментарии

Немного теории. О стандартах MPEG и об их истории. Окончание (начало см. в первом выпуске).

MPEG-4 AAC LC (Low Complexity)
MPEG-4 AAC Main
MPEG-4 AAC SSR (Scalable Sampling Rate)
MPEG-4 AAC LTP (Long Term Prediction)
MPEG-4 Version 2
MPEG-4 Version 3 (включая HE-AAC)
MPEG-4 ALS (Audio Lossless Coding)
MPEG-4 SLS (Scalable Llossless coding)

     Как видно, первые три позаимствованы у MPEG-2 AAC, четвертый же является новшеством.
LTP основан на методах предсказания сигнала и является более сложным алгоритмом, нежели остальные, что сильно сказывается на скорости компрессии.
     Version 2 - это пакет стандартов, расширающих некоторые механизмы кодирования стандарта MPEG-4.
     Version 3 - это еще одно расширение стандарта MPEG-4. Основным нововведением в стандарт MPEG-4, введенным Version 3, является стандартизация (в мая 2003) алгоритма HE-AAC (High Efficiency AAC), известного также под именем aacPlus (подробнее об этом стандарте). Существуют две версии HE-AAC: HE-AAC v1 (базисная версия, включающая технологию aacPlus), а также HE-AAC v2 - расширение HE-AAC с поддержкой Parametric Stereo (PS).

     Инструментарий MPEG-4 AAC содержит несколько интересных технологий. Напримери, PNS - Perceptual Noise Substitution. Суть PNS довольно проста. Основываясь на идее, что один шум можно подменить другим, искусственным, PNS предполагает подмену шума, присутствующего в кодируемом сигнале, другим шумом, искусственным. Это позволяет генерировать искусственный шум на стадии декомпрессии сигнала (воспроизведении) и не передавать настоящий шум сигнала. Иными словами, при кодировании исходного сигнала происходит регистрация шума и запоминание его основных параметров (вместо непосредственного кодирования шумового сигнала), а на стадии воспроизведения - генерация искусственного шума вместо настоящего.

     MPEG-4 ALS - стандарт беспотерьного кодирования, утвержденный и включенный в MPEG-4 в конце 2005 года. MPEG-4 ALS разработан корпорацией NTT, его разработка велась с 2002 года. Цитата с iXBT: "В MPEG-4 ALS включен ряд технологий, в том числе коэффициенты PARCOR, предложенные NTT более 30 лет назад, а также технологические новшества, созданные в рамках сотрудничества между NTT и Токийским университетом. Партнерами NTT в процессе стандартизации выступили Технический Университет Берлина, североамериканская корпорация RealNetwoks и сингапурская I2R." Основные характеристики MPEG-4 ALS:

∙ Поддержка PCM (ИКМ)-потоков с разрешением до 32 бит и самыми разными частотами дискретизации (включая 16/44.1, 16/48, 24/48, 24/96, 24/192);
∙ Многоканальная/мультитрековая поддержка до 65536 каналов;
∙ Поддержка данных в формате 32-bit IEEE с плавающей точкой.

     Важно заметить, что стандарт MPEG-4 AAC расширяется. К нему добавляются и наверняка еще будут добавлены дополнительные типы объектов.

     Немаловажно заметить, что по состоянию на март 2006 года можно сказать, что внедрение и использование различными разработчиками профайлов Main и LTP остановлено или прекращено. Основным "рабочим" профайлом можно считать профайл LC.

     MPEG-4 SLS (Scalable Lossless coding) - совместная разработка Infocomm Research и института Fraunhofer. MPEG-4 SLS никак не связан с MPEG-4 ALS. Расширение SLS предусматривает аудио поток с несколькими уровнями данных, позволяющий его декодирование как в беспотерьном виде (точное декодирование исходного аудио потока), так и в потерьном виде на низком битрейте. Иными словами, поток в формате SLS легко масштабируем в том смысле, что качество декодируемого сигнала находится в зависимости от того, "сколько данных" из этого потока, было использовано для декодирования. Поток MPEG-4 SLS стандартным неспециализированным MPEG-4-плеером воспринимается как в формате MPEG-4 AAC LC. Более того, из файла в формате SLS можно извлечь файл в формате AAC LC без необходиомсти перекодирования, а лишь просто средствами извлечения одного слоя данных и большого файла. Чуть подробнее о кодеке SLS:
http://www.chiariglione.org/mpeg/technologies/mp04-sls/

     4) Стандарт MPEG-7 вообще в корне отличается от всех иных стандартов MPEG. Стандарт разрабатывался не для установления каких-то рамок для передачи данных или типизации и описания данных какого-то конкретно рода. Стандарт предусмотрен как описательный, предназначенный для регламентации характеристик данных любого типа, вплоть до аналоговых. Использование MPEG-7 предполагается  в тесной связи с MPEG-4.

     Для удобства обращения со сжатыми потоками, все алгоритмы MPEG разработаны таким образом, что позволяют осуществлять декомпрессию (восстановление) и воспроизведение потока одновременно с его получением (download) – потоковая декомпрессия «на лету» (stream playback). Эта возможность очень широко используются в Интернет, где скорость передачи информации ограничена, а с использованием подобных алгоритмов появляется возможность обрабатывать информацию прямо во время ее получения не дожидаясь окончания передачи.

     Источник: http://websound.ru/ .

Дискуссия: