Цифровой термометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХса,шлсмекиижРЕСПж ЛИК. 3/0 НИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБ ЕТЕНИЯМ И ОПЕЪТИЯМПРИ ПЛАНТ СССР21) 4772529/1022) 28, 11,89(56) Авторское свидетельство СССР Р 373516, кл, С 01 К 3/02, 1971,Авторское свидетельство СССР й 1006935, кл, С 01 К 7/00, 1983, (5 Й) цифРовой теРмомктР,(57) Изобретение относится к термометрии и позволяет расширить функ. ЯО 1732182 А 1 циональные возможности цифровоготермометра за счет обеспечения возможности измерения эффективной температуры, Для определения эффективной температуры в регистры каналов10 заносятся пороговые значения температур и обнуляются одни накаплива"ющие сумматоры, Среднее значениетемпературы, полученное другим сумматором и записанное в регистр 7,через коммутатор 8 поступает на выходы каналов 10, где сравнивается спороговыми значениями. По результа"там сравнения производится суммирование или вычитание кодов, пропорциональных разности между текущей 1732182 4 температурой и пороговым значением,Знацение эффективной температуры хра- нится в сумматоре, 1 з,п, ф-лы, 4 ил, Изобретение относится к областитемпературных измерений и может применяться в информационно-измерительных системах например, в сельскохозяйственном производстве для определения значений эффективных температур,Известен цифровой термометр, используемый для измерения положительных температур, а также цифровой термометр содержащий датчик температуры, подключенный к аналого-цифровому преобразователю (АЦП), выход которого подключен к регистрирующемуустройству.Недостатком указанных цифровыхтермометров является невозможностьопределения средней по времени температуры.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяцифровой термометр, содержащий ртутный датчик температуры преобразователь дискретных значений температу"ры, накапливающий сумматор, блокиндикации, коммутатор, блок регист"ров, распределитель импульсов, элемент задержки, группу элементов И.Недостатком указанного цифровоготермометра является невозможностьизмерения значений эффективнойтемпературы,Целью изобретения является расширение функциональных воэможностейэа счет обеспецения возможности измерения эффективной температуры,Поставленная цель достигается тем, что в цифровой термометр, содержащий датчик температуры, элемент, задержки, подключенный выходом к входу обнуления накапливающего сумматора, блок индикации и регистр, подключенный выходами к первой группе входов коммутатора, введены аналогоцифровой преобразователь, подключенный входом к выходу датчика температуры, дешифратор, блок управления, и каналов интегрирования и шинный Формирователь, шинный формирователь первой группой входов подключен к вы 30 входам каналов интегрирования, вторые входы которых объединены и порключены к выходу элемента задержки,третьи группы входов каналов интегрирования объединены и подключены квыходам коммутатора и второй группевходов шинного формирователя, объединенного выходами с выходами каналов40 интегрирования и подклюценного кблоку индикации,10 15 О 25 455055 3ходам аналого-цифрового преобразователя и группе входов накапливающегосумматора, соединенного входом разрешения суммирования с первым выходомблока управления, второй выход блокауправления подключен к входу элементазадержки и входу записи регистра,подключенного входами к выходам накапливающего сумматора, третий выхорблока управления соединен с входомуправления коммутатора, вторая группавходов которого соединена с первойгруппой выходов блока управления иподключена к первым группам входовканалов интегрирования, вторые группы выходов которых объединены и подключены к второй группе выходов блокауправления, третья группа выходовблока управления подключена к входам дешифратора, подключенного выходами соответственно к управляющему вхо-,ду шинного Формирователя и к первым Значения эффективной температуры определяются в каналах интегрирования, каждый иэ которых содержит первый, второй, третий, цетвертый и пятый элементы И, регистр, выцитатель, схему сравнения, элемент ИЛИ, накап" ливающий сумматор, шинный формирователь, входы первой группы канала интегрирования соединены.с входами регистра, выходы которого подключены к первым входам схемы сравнения, к входам вычитаемого вычитателя и к первой группе входов шинного Формирователя, подключенного второй группой входов к выходам накапливающего сумматора, выход схемы сравнения соединен с первым входом первого эле мента И, входы второй группы канала5173интегрирования соединены с первымивходами второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, вторыевходы которых соединены с первым вхо-.дом выбора канала интегрирования и суправляющим входом шинного формирователя, второй вход канала интегрирования подключен к первому входуэлемента ИЛИ, входы третьей группыканала интегрирования подключены квходам уменьшаемого вычитателя и квторым входам схемы сравнения, входызаписи и сброса регистра подключенысоответственно к выходам второго итретьего элементов И, выходы вычитателя поДключены к информационнымвходам накапливающего сумматора,вход разрешения суммирования которого подключен к выходу первого элемента И, .соединенного вторым входомс выходом элемента ИЛИ, второй входкоторого подключен к выходу четвертого элемента И, выход пятого элемента И соединен с входом обнуления накапливающего сумматора, выходышинного формирователя являются выходами канала интегрирования,Все это позволяет термометру выполнять следующие функции;измерять и отображать в блоке индикации текущее значение температуры С (й),определять и отображать среднееоза период значение температурыопределять и отображать значенияэффективной температуры йа 1,определяемые.при различных поро-,говых значениях температуры аи вы,1ражаемые следующим соотношением:оз 1 с 1, ср) фгдео о-( о ) срИ;)-а)в ср(;) а,в3 Р 0 ф (е,)с а ,йф, (1 = 0,1,2, ) - моменты времени, в которые определяют средние значениятемпературы,З = 1,2и - номер каналаинтегрирования,На фиг,1 представлена блок-схемацифрового термометра", на фиг.2 - блок,"схема канала интегрирования, наСогласно одному из возможных вариантов реализации блок 11 управления состоит из генераторов 33 тактовых импульсов, элемента И 34, счетчика 35, переклюцателей 36 и 37, групп переключателей 38 - 40, а также элемента 41 задержки. 55 2182Фиг,3 - схема одного из возможныхвариантов реализации накапливающегосумматора, на фиг,4 - временная диаграмма, поясняющая работу термометраТермометр содержит датчик 1 температуры, АЦП 2, шинный формирователь 3, блок 4 индикации, элемент 5задержки, накапливающий сумматор б,10 регистр 7. Коммутатор 8 дешифраторканалы 10 интегрирования, блок 11управлениявнутренние информационные шины 12-14, шину 15 управленияканалами,Канал содержит элементы И 16-20,регистр 21, схему 22 сравнения, элемент ИЛИ 23, накапливающий сумматор 24, шинный Формирователь 25, входы 26-31 управления, из которых2 О входы 26-29 подключены к шине 15 управления, Кроме того в состав канала входит вычитатель 32,В качестве датчика 1 температуры.могут быть использованы, например,термопара, диод транзистор, в кацестве АЦП 2 - цифровой вольтметрследящего уравновешивания, Рля построения коммутатора 8 могут использоваться микросхемы селекторов-мульти плексоров; например, К 155 КП 2 с ис.пользованием только двух каналов изчетырех имеющихся, К 531 КП 11 и др,Количество микросхем определяетсятребуемой разрядностью коммутатора 8,,Шинный формирователь 3 и шинные фор 35 мирователи 25 каналов 10 интегрирования используются для передачи информации, поступающей на первые ивторые входы шинных формирователей25 и 3, в блок, 4 индикации через ши 40 ну 14, Причем к входам блока 4 индикации подключаются выходы толькотого шинного формирователя, на управляющий вход которого поступаетсигнал разрешения с выхода дешифра 45 тора 9, Выходы остальных шинных формирователей с 3 и 25 находятся в высокоимпедансном состоянии, В качествеформирователей 3 и 25 можно использовать микросхемы шинных формирова 50 телей с высокоимпедансным состоянием на выходах,2182 8 7173В цифровом термометре выход датцика 1 температуры подключен к входуАЦП 2, выходы которого подключенык первой группе входов шинного Фор- ,/мирователя 3 и к группе входов накапливающего сумматора 6, подключенного входом обнуления к выходуэлемента 5 задержки и к входу 31 ка.налов 1 О интегрирования, а вход разрешения суммирования сумматора 6 подключен к выходу элемента И 34 и счетному входу счетчика 35 блока 11 управления, Выходы накапливающего сумматора 6 подключены к входам регистра 7, подключенного входом записи квходу элемента 5 задержки и к выходуэлемента 41 задержки, вход которогосвязан в блоке 11 управления с выходом переполнения счетчика 35Выходы регистра 7 подключены кпервои группе входов коммутатора 8вторая группа входов которого черезшину 12 соединена с выходами группыпереключателей 38 блока 11 управления и с первыми группами входов каналов 10 интегрирования Вход уп"равления коммутатора 8 подключен квыходу переключателя 37 блока 11управления, Шина 15 управления соединяет выходы группы переключателей 39блока 11 управления с вторыми группами входов каналов 10 интегрирования, Выходы группы переключателей40 блока 11 управления подключены квходам дешифратора 9, подключенноговыходами соответственно к управляющему входу шинного Формирователя 3 ик входам выбора 30 каналов 10 интегрирования, Выходы коммутатора 8через шину 13 подключены к второйгруппе входов шинного формирователяи к третьим группам входов каналов 10 интегрирования, объединенныхчерез шину 14 своими .выходами свыходами шинного Формирователя 3 ии 4подключенных к входам блока 4 индикации,В блоке 11 управления выход генератора 33 тактовых импульсов подключен к первому входу элемента И 34,подключенного вторым входом к выходупереключателя 36, Выходами переклю"чателей 36-40 являются выводы подвиж.ных контактов, а выводы неподвижныхконтактов этих переключателей подключены к выводам с единичным и нуле 1вым сигналами, обозначенными на чертеже "1" и "0" соответственно (уат ройства противодребезговой защитыконтактов переключателей БУ 11 не показаны),В канале 10 интегрирования (Фиг,2)входы первой группы 12 соединены синформационными входами регистра 21,выходы которого подключены к первымвходам схемы 22 сравнения, к входамвычитаемого вычитателя 32 и к первойгруппе входов шинного Формирователя25, подключенного второй группой входов к выходам накапливающего сумматора 24, Выход схемы 22 сравнениясоединен с первым входом элемента И16, входы 26-29 управления, являющиеся второй группой входов канала10 и образующие шину 15, соединены спервыми входами элементов И 17-20 со 20 ответственно, Вторые входы элементовИ 17-20 соединены с входом 30 выбораканала интегрирования и с управляющим входом шинного формирователя 25.Вход 31 подключен к первому входу25 элемента ИЛИ 23. Входы 13, являющиесявходами третьей группы, соединены свходами уменьшаемого вычитателя 32и соединены с вторыми входами схемы22 управления, Входы записи и сбросарегистра 21 подключены соответственнок выходам элементов И 17 и 18, Выходывычитателя 32 подключены к группевходов накапливающего сумматора 24,вход разрешения суммирования которого подключен к выходу элемента И 16,соединенного вторым входом с выходом ИЛИ 23, второй вход которого под"ключен к выходу элемента И 19. Выход элемента И 20 соединен с входомобнуления накапливающего сумматорао 24, Выходы шинного Формирователя 25являются выходами 12,Накапливающий сумматор (фиг, 3)содержит комбинационный сумматор 42,выходы которого подключены к информационным входам регистра 43, выходыкоторого являются выходами накапливающего сумматора. Информационныевходы накапливающего сумматора связаны с первыми входами сумматора 42,вторые входы которого подключены к выходам регистра 43, вход разрешения суммирования связан с входом записи регистра 43, а вход обнуления " с входом сброса регистра 43,Сигналы на временных диаграммах (фиг,4) обозначены номерами тех эле. ментов термометра, на выходах которых они образуются Т - период сле.17дования импульсов генератора 33,л Лс , ь,11 - задержки распространениясйгналов в элементах 5 и 41 соответственно,Рассмотрим работу цифрового термометра, который позволяет;измерять и отображать блоком 4индикации текущее знацение температуры,на заданном интервале времени определять и отображать среднее знацение температуры;определять и отооражать эффективные значения температуры с учетомзаданных пороговых знацений температуры,Измерение текущей температуры происходит следующим образом,Группой переключателей 40 блока 11управления на входах дешифратора 9устанавливается код, по которому дешифратор 9 вырабатывает на первомсвоем выходе сигнал поступающий науправляющий вход формирователя 3, Этоприводит к тому, что Формирователь3 разрешает прохождение информациисо своих входов первой и второй группы на соответствующие входы блокаиндикации, При этом нулевые сигналыс остальных выходов дешифратора 9,поступающие через входы 30 каналов10 на управляющие входы формирователей 25 каналов 10, переводят выходыэтих формирователей в высокоимпедансное состояние, запрещающее прохождение информации церез Формирователи 25, Напряжение с датчика 1, соответствующее измеряемой температуре, поступает на АЦП 2, которыйпреобразует это напряжение в цифровой код. Информация с АЦП 2 поступает на входы первой группы формирователя 3, С выходов Формирователя 3информация о текущем значении температуры поступает на блок 4 индикации, где и отображается,Следует отметить, что при этом блоком 4 индикации отображается также информация, поступающая с выходов коммутатора 8 через шину 13 на вторую группу входов Формирователя 3, Этой информацией, в зависимости от положения переключателя 37, может быть или код с выходов регистра 7, поступающий на первые входы коммутатора 8, или код, набранный переключателями 38 группы, поступаю 32182щий на вторые входы коммутатора 8через вину 12,Определение средней температуры5на заданном интервале времени производится с помощью накапливающего сумматора 6, Рля определения среднейтемпературы переключателем 36 напервый вход элемента И 34 подаетсяединичный сигнал, Элемент И 34 открывается и пропускает импульсы генератора 33 на вход разрешения суммирования сумматора б и на счетныйвход сцетцика 35, на выходе переполнения которого формируется сигнал,который через. элемент 41 задержкипоступает на вхбд записи регистра 7и через элемент 5 задержки на входобнуления сумматора б, Задержканеобходима для того, цтобы обнуление сумматора б происходило послезаписи информации о средней температуре из сумматора б в регистрЗадержка ь , необходима для того,лчтобы запись в регистр 7 произошлапосле суммирования знацения текущейтемпературы в сумматоре 6, а не вмомент изменения информации на выходах сумматора б после очередного суммирования, Эти сигналы показаны навременной диаграмме на Фиг,4, Интервал времени Т, для которого находится средняя температура, определяется.из соотношения Т = Т 2" где ш -разрядность двоичного счетцика 35,35 Интервал времени Т разбивается импульсами генератора 33 на 2 равныхучастков, на каждом из которых значение текущей температуры считывается из АЦП 2 в накапливающий суммафо тор 6 по импульсам с элемента И 34,Эти значения суммируются, Средняя тем-:опература С является среднеарифметическим из этих знацений, Она определяется после 2 сумм ирований45 считыванием в регистр 7 со старшихразрядов сумматора 6 по сигналу переполнения счетчика 35, поступающемуна вход записи регистра 7 через элемент 41 задержки, Сцитывание старших5 О разрядов сумматора без учета ш младших разрядов соответствует сдвигу информации на т разрядов вправо, чторавнозначно делению полученной суммы на 2 , Результат такого считывания и является среднеарифметическимзначением температуры на интервалевремени Т, Значение средней температуры из регистра 7 может поступать, отображения блоком 1 и для дальнейшего преобразования в каналы 10 интегрирования,Рассмотрим определение эффективной температуры,Сначала в регистры,21 каналов 10заносится Ы пороговых значений температуры, Это происходит следующимобразом, Переклюцателями 38 устанавливается пороговое значение температуры а, а переключателями ч 0 номер канала, в который это значение надо занести, При этом на выходе дешифратора 9, связанного с входом 30 соответствующего канала, появляется единицный сигнал, которыйпоступает на вторые входы элементовИ .,17-20 и на управляющий вход формирователя 25 выбранного канала 10,С этого момента блока 1 индикациичерез формирователь 25 этого каналаотображается информация с регистра21 и накапливающего сумматора 2 Й,Запись значений а в регистр 21 осуществляется по импульсу, поступающему через элемент И 17 на вход записирегистра 21 от соответствующего переключателя (кнопки) группы 39 блока11 управления,Следует отметить, что хотя сигналы о знацении а с переключателейгруппы 38 поданы на инФормационныевходы регистров 21 других каналов1 О, запись в эти регистры не производится, так как на входы 30 этихканалов с дешифратора 9 подаются нулевые сигналы, запрещаюшие прохождение сигнала записи в регистр 21через элемент И 17, Аналогицным способом осуществляется запись пороговыхзначений температуры а -, а в остальные каналы,Перед началом определения эффективной температуры необходимо обнулить накапливающие сумматоры 21 каналов 10, Для этого поочередно с по.мощью переключателей ч 0 группы, наби"раются номера каналов 10, в результате чего с входов дешифратора 9 по" 50очередно подаются единичные сигналына входы 30 каналов 10, а соответ"ствующим переключателем (кнопкой)39 группы на входы обнуления сумматоров 21 через открытый элемент И 20 Яподаются импульсные сигналы, пооцеред.но обнуляющие сумматоры 24 каналов10, ЦиФровой термометр готов для определения эффективных температур,Так как измерение текущей температуры и определение средних значений температуры описано выше, тоостановится на определении эффективной температуры в каналах 10 Среднеезначение температуры, полученное сумматором 6, записанное в регистр 7,через коммутатор 8 поступает на выходы 13 каналов 1 О, где сравнивается всхемах 22 сравнения с соответствующими пороговыми значениями а из ре-гистров 21, Кроме того, среднее знаочение с в каждом канале уменьшаетсяв выцитателе 32 на велицину порогового знацения а , а разность с выходовВвычитателя 32 поступает на входы сумматора 2 ч, В слуцае если йа(где 1 - номер канала)на выходесхемы сравнения формируется единичный сигнал, открывающий элемент И 16,Это позволяет сигналу с выхода элемента 5 задержки через вход 31 канала 10 второй вход элемента ИЛИ 23и элементы И 16 поступить на входразрешения. суммирования сумматора 21,Определение эффективной температурыдля разных пороговых значений а(11, 2.И) происходит одновременно во всех каналах один раз в интервал времени Т по сигналу с выходасчетчика 35, задержанного элементами 41 и 5 задержки,Задержка сигнала вводится для то"го цтобы сигнал разрешения суммирования на накапливающие сумматоры 2 Мпоступал после смены информации врегистре 7. При этом следует учестьзадержку распространения сигналасреднего значения температуры в коммутаторе 8, в вычитателе 32 и в схеме 22 сравнения, Значения эффективной температуры, получаемые в сумматорах 21, можно отобразить, поочередно набирая переключателем ч 0 группы номера каналов, При этом блоком Ьпоочередно для каждого канала 10отображаются знацения эффективнойтемпературы совместно с соответствующим пороговым значением температуры. Кроме того, в циФровом термометре имеется возможность для контроля прохождения информации через каналы 10 интегрирования, В режиме контроля переклюцатель 37 устанавливается в положение, когда с его подвижного контакта снимается сигнал, поступающий на вход управления коммутатора 8,32182 10 1317который коммутирует шину 12 с шиной13 отключая от последней выходырегистра 7, Переключателями 38 группы на шину 12 и, следовательно, на .входы 13 каналов 10 можно подать про.извольные коды имитирующие среднюютемпературу, После выбора соответствующего канала на блоке 4 индикацииможно увидеть пороговое значение,записанное в регистре 21 этого канала, и содержимое сумматора 24. Подавая импульсный сигнал с соответствующего переключателя (кнопки) 39группы на вход 28, имитируем поступление сигнала на вход 31, Сигнал свхода 28 этого канала проходит черезэлемент И 19, открытый сигналом с соответствующего выхода дешифратора 9,и элемент ИЛИ 23 на второй вход элемента И 16, В случае если значение,имитирующее среднюю температурубольше соответствующего порогового значения, этот сигнал поступает на входразрешения суммирования сумматора 24,который увеличивает свое содержимоена величину разницы между имитируемой информацией и пороговым значением, что и отображается блоком 4, Вслучае если значение, имитирующеесреднюю температуру, меньше порогового, этого не происходит,Это подтверждает работоспособность канала, С помощью этой процедуры можно записать в сумматор 24выбранного канала произвольное число, набранное на переключателях 38,предварительно записав в регистр 21этого канала нулевое число. Обнуление регистра 21 выбранного каналаможно осуществить подачей импульсас соответствующего переключателягруппы 39 на входы 27 каналов 10,Этот импульс пройдет на вход обнуления регистра 21 выбранного канала через открытый элемент И 18,Таким образом, предлагаемый цифровой термометр позволяет измерятьэффективную температуру в сельскохозяйственном производстве при уходе за растениями,Формула изобретения 1, Цифровой термометр, содержа-. щий датчик температуры, элемент задержки, подключенный выходом к входу обнуления накапливающего сумматора, блок индикации и регистр, подключенный выходами к первой группе вхо" 25 30 35 40 45 50 55 дов коммутатора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностейза счет обеспечения возможности измерения эффективной температуры,в него введены аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом квыходу датчика температуры, дешифратор, блок управления,п каналов интегрирования и шинный формирователь, первой группой входов подключенный к выходам аналого-,цифрового преобразователя и группе входовнакапливающего сумматора, соединенного входом разрешения суммирования с первым выходом блока управ"ления, подключенного вторым выходомк входу элемента задержки и входузаписи регистра, подключенного входами к выходам накапливающего сумматора, третий выход блока управления соединен с входом управления коммутатора, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов блока управления и подключенак первым группам входов. каждого канала интегрирования, вторые группывходов которых объединены и подклюцены к второй группе выходов блокауправления, подключенного третьейгруппой выходов к входам дешифратора, подключенного выходами соответственно к управляющему входу шинного формирователя и к первым входамканалов интегрирования, вторые входы которых объединены и подключенык выходу элемента задержки, третьигруппы входов каналов интегрирования объединены, и подключены к выхо"дам коммутатора и второй группе входов шинного формирователя, объеди-.ненного выходами с выходами каналОвинтегрирования и подключенного кблоку индикации,2, Термометр по п,1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что каналыинтегрирования содержат первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы И, регистр, вычитатель, схемусравнения, элемент ИЛИ, накапливающий сумматор, шинный формировательпри этом первая группа входов каналаинтегрирования соединена с входамирегистра, выходы которого подключенык первым входам схемы сравнения, квходам вычитаемого вычитателя и кпервым входам шинного формирователя,подключенного вторыми входами к вы"173218ходам накапливающего сумматора,выход схемы сравнения соединен спервым выходом элемента И, входы управлейия каналов интегрирования соединены с первыми входами второго,третьего, четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соединены с третьим входом выбора каналаинтегрирования и с управляющим входом шинного формирователя, четвертыйвход канала интегрирования подключенк первому входу элемента ИЛИ, пятыевходы канала интегрирования соединены с входами уменьшаемого вычитателя и с вторыми входами схемы сравнения, входы записи и сброса регистг 1па подключены соответственно к выходам второго и третьего эЛементов И,выходы вычитателя подключены к информационным входам накапливающего сумматора, вход разрешения суммированиякоторого подключен к выходу первогоэлемента И, соединенного вторым входом с выходом элемента ИЛИ, второйвход которого подключен к выходучетвертого элемента И, а выход пятого элемента И соединен с входом обнуления накапливающего сумматора,выходы шинного формирователя являются выходами канала интегрирования.1732182 Фиг. 4 Составитель Н.СоловьевРедактор В,Петраш Техред А,Кравчук Корректор АеОбруцаретщаутщ аие Заказ 1575 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5пиите тт ета ещееиетитаеще таищиатетещи Производственно-издательский комбинат Патент , г. Ужгород, ул, аг рНл Гага ина 101