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Analog and Microprocessor System Design The Weather Station Project PeterD.Hiscocks DepartmentofElectricalandComputerEngineering RyersonUniversity Toronto,Canada Email: [email protected] URL: http://www.ee.ryerson.ca/˜phiscock http://www.syscompdesign.com Contents Preface xi 1 TemperatureMeasurement 1 1.1 GeneralRequirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 TheThermistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 ThermistorElectricalSpecifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 ThermistorMeasuringCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.3 LookupTable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.4 ThermistorEquation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.5 Steinhart-HartEquation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.6 ThermistorCircuitDesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2.7 ResolutionoftheThermistorThermometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3 EngineeringTool: BASICProgram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3.1 EstimatingtheProductionAccuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3.2 ThermistorSelf-HeatingandThermalRunaway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.3 PlottingtheThermistorVICharacteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.3.4 EngineeringTool: GeneratingGraphswithGNUPLOT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.4 TheDiodeTemperatureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.4.1 DiodeTemperatureCharacteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.4.2 TransistorBase-EmitterVoltageFunction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.4.3 Base-EmitterVoltageFunctionofTemperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.4.4 Base-EmitterVoltageTemperatureCoefficient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.4.5 InterfaceCircuitforaTransistorTemperatureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.4.6 TheOperationalAmplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.4.7 TheeffectofPowerSupplyRippleandDrift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.4.8 TheEffectofBiasCurrents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.4.9 TheEffectofOffsetCurrent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 1.4.10 TheEffectofOffsetVoltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 1.4.11 DriftinResistorValues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 1.4.12 EstimateofAccuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 1.5 Appendix: OperationalAmplifier,StaticErrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 1.5.1 InputOffsetVoltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 1.5.2 InputBiasCurrent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 1.5.3 InputOffsetCurrent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 i ii 1.5.4 PowerSupplyRejectionRatio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 1.5.5 SoftwarefortheDiodeTemperatureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 1.5.6 CheckingtheProductionDesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 1.5.7 SpreadsheetModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 1.6 IntegratedCircuitTemperatureSensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 1.6.1 NationalLM135PrecisionTemperatureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 1.6.2 GeneratingtheTemperature-SensitiveVoltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 1.6.3 AmplifyingtheTemperature-SensitiveVoltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 1.6.4 IntegratedCircuitTemperatureSensorInterfaceCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 1.7 Temperature-CurrentTransducer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 1.7.1 TheNationalLM134TemperatureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 1.8 AHighResolutionTemperatureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 1.8.1 AnalysisoftheTemperature-FrequencyConverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 1.8.2 FrequencyMeasurementbyAccumulatingPulses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 1.8.3 MeasurementofPeriod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 1.9 TemperatureMeasurementSummary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 1.9.1 Thermistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 1.9.2 Diode-ConnectedTransistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 1.9.3 IntegratedCircuitTemperature-VoltageSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 1.9.4 IntegratedCircuitTemperature-CurrentSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 2 Humidity 79 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2.2 VapourPressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 2.3 RelativeHumidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 2.4 SaturationVapourPressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 2.4.1 VapourPressureApplied: Humidex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 2.5 TheWet-Bulb,Dry-BulbHygrometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 2.5.1 ComputerizingWet-Bulb,Dry-BulbMeasurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2.5.2 Wet-DryBulbCalculation:AnExample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2.6 DewPoint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.6.1 DewPointCalculation:AnExample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2.6.2 DewPointCalculationbyComputer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2.7 ElectronicMeasurementofHumidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.8 ACapacitance-HumiditySensorCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.8.1 SensorSpecifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.8.2 OscillatorMeasuringCircuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 2.8.3 555TimerDesignExample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2.8.4 EngineeringProverb:Doittheeasyway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 2.8.5 CMOSOscillatorandDivider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 2.8.6 HumidityOscillatorCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.9 CalibratingtheHygrometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.10 HumidityMeasurementSoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 2.10.1 HumidityTaskStateMachine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 2.10.2 HumidityTaskPseudo-Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 2.10.3 HumidityDisplayRoutine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 www.syscompdesign.com CONTENTS CONTENTS 2.10.4 ConvertingHumiditySensorFrequencytoRelativeHumidity . . . . . . . . . . . . . . . 103 2.10.5 CalibrationSoftwarefortheHumiditySensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 2.11 ProjectExploration: ResistanceHumiditySensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 2.12 ProjectExploration: MonostableInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 2.12.1 AnalysisoftheAstableMultivibrator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 2.12.2 HumidityAstableSchematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 3 WindSpeed 111 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.2 CupAnemometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.3 AnemometerusingtheCoolingEffect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 3.4 ThermalCircuits,AReview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 3.5 ThermalModeloftheCoolingEffect. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 3.6 AConstantPowerAnemometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3.7 ConstantTemperatureAnemometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 3.8 ComparingThermalAnemometers:AMoralityTale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 3.9 TheHotWireAnemometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 3.10 AnalogSquaringCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 3.11 AHotWireAnemometerCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 3.12 HeatedThermistorAnemometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 3.13 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 3.14 Appendix: SimplifyingKing’sLaw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 3.15 Appendix: AWindTunnelforCalibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 4 WindDirection 143 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 4.2 AccuracyandResolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 4.3 ShaftEncoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 4.4 SynchroResolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.5 ResolverInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 4.5.1 AnAsideonCircuitDesignMethodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 4.5.2 ResolverInterfaceasCommunicationsSystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 4.5.3 ResolverInterfaceBuildingBlocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 5 AirPressure 161 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 5.2 MeasuringAirPressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 5.3 AirPressureandAltimetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 5.4 ElectronicMeasurementofAirPressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 5.4.1 SensorSpecifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 5.4.2 BarometerDesignIssues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 5.4.3 BarometerResolutionandDynamicRange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 5.4.4 TransferFunction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 5.4.5 TheBarometerCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 5.4.6 BarometricSoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 5.5 BarometerCalibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 www.syscompdesign.com iv 5.5.1 ApproximateMethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 5.5.2 AccurateMethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 5.5.3 AutomaticCalibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 5.6 ReliabilityoftheDesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 5.6.1 CircuitToleranceAnalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 5.6.2 TemperatureDrift. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 6 SoftwareDesign 189 6.0.3 TheComplexityMonster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 6.0.4 OrganizationofaControlProgram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 6.0.5 ExampleControlProgram:CAPCON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 6.0.6 Example: CAPCONMainLoop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 6.1 ModuleDesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 6.1.1 ModuleExample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 6.1.2 ModuleDescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 6.1.3 ModuleHeadingExample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 6.1.4 ModuleInternalDesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 6.1.5 Decisions,Decisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 6.2 ModuleDebugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 6.2.1 DataStructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 6.2.2 DataStructureExample: TemperatureConversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 6.3 TheReal-TimeInterrupt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 6.3.1 AccurateTimeDelays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 6.3.2 FlipABit: RealTimeInterruptonthe68HC11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 6.4 StateMachineTechniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 6.4.1 StateMachineTechnique1: OutputPulseWaveform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 6.4.2 StateMachineTechnique2: MotionDetector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 6.5 TheButtonInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 6.5.1 ButtonSwitchPseudocode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 6.5.2 ButtonInterfacetoDisplayManagerTask(MainLoop). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 7 InstrumentationLaboratoryOutline 223 7.1 LabDescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 7.1.1 ProjectObjectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 7.1.2 ProjectManagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 7.1.3 Microprocessor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 7.1.4 ProjectFeatures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 7.1.5 GradingCriteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 7.1.6 ToolsandEquipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 7.1.7 ResourceMaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 7.1.8 LabSchedule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 7.1.9 ProjectReport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 7.2 LaboratoryExercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 7.2.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 7.2.2 CalibrationConstants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 7.2.3 HumiditySensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 www.syscompdesign.com CONTENTS CONTENTS 7.2.4 BarometricAirPressureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 7.2.5 WindSpeedSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 7.2.6 SystemIntegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 BibliographyandReferences 235 www.syscompdesign.com vi www.syscompdesign.com List of Figures 1.1 ThermistorResistance-TemperatureCharacteristic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 ThermistorTemperatureMeasurementCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3 LookupTable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4 ThermistorEquation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.5 ThermistorDivider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.6 TemperatureMeasurementBlockDiagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.7 A/D–TemperatureLookupTable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.8 ThermistorCircuitMeasurementAccuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.9 ThermistorVoltage-CurrentCharacteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.10 ThermistorSources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.11 ThermistorCircuitLoadLine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.12 ThermistorVoltagefromCurrent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.13 DiodeandDiode-ConnectedTransistorTemperatureSensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.14 TheMTSTemperatureMeasurementTransistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.15 V vsI fortheMTS102 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 be C 1.16 SimpleDiodeCurrentSource . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.17 SensorandA-DSignals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.18 InvertingAmplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.19 InvertingAmplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.20 SensorandA-DSignalSeesawDiagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.21 SensorandA-DSignalSeesawDiagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.22 TemperatureSensorCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.23 PowerSupplyRejectionRatioEquivalentCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.24 LM324InternalCircuitry(Simplified) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.25 OperationalAmplifierWithBiasCurrent. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 1.26 BiasVoltageDividerDesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 1.27 OffsetCurrentCalculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 1.28 OperationalAmplifierWithOffsetVoltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 1.29 OperationalAmplifierOffsetVoltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 1.30 OperationalAmplifierOffsetVoltageApplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 1.31 OperationalAmplifierBiasCurrent. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 1.32 OperationalAmplifierBiasCurrentApplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 1.33 OperationalAmplifierOffsetCurrent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 1.34 OperationalAmplifierOffsetCurrentApplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 vii viii 1.35 OpAmpPowerSupplyRejection,EquivalentCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 1.36 OpAmpPowerSupplyRejection,ApplicationCircuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 1.37 DiodeTemperatureSensorBlockDiagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 1.38 CheckingComponentVariation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 1.39 DiodeTemperatureSimulationBlockDiagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 1.40 IntegratedCircuitTemperatureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 1.41 TemperatureCoefficientCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 1.42 TheEffectofVaryingCollectorCurrent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 1.43 TemperatureSensorAmplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 1.44 Temperature-VoltageInterfaceCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 1.45 Temperature-CurrentTransducerConcept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 1.46 Temperature-CurrentTransducer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 1.47 LM134AdjustableCurrentSource . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 1.48 ConversionofCurrenttoVoltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 1.49 SchematicDiagram,HighResolutionTemperatureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 1.50 TemperaturetoFrequencyConversionResults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 1.51 InternalDetails,HighResolutionTemperatureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 1.52 BlockDiagram,HighResolutionTemperatureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 1.53 Count-TemperatureCurve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 1.54 CountVSTemperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 1.55 FinalThermistorCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 1.56 TemperatureSensorCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 1.57 Temperature-VoltageFinalCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 1.58 SchematicDiagram,HighResolutionTemperatureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 2.1 VapourPressureDemonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 2.2 TemperatureandSaturationVapourPressureofWater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 2.3 VapourPressurevsTemperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 2.4 Wet-DryBulbHygrometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 2.5 AutomaticMeasurementofHumidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2.6 PsychrometricCalculation,DataFlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2.7 VapourPressureDemonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.8 CapacitancevsRelativeHumidityforHumiditySensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 2.9 LCvsRCOscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 2.10 HumiditySensorOscillatorWaveform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 2.11 TimerCircuitandAstableConfiguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 2.12 HumidityMeasurementWithVariableFrequencyOscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.13 HygrometerCalibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 2.14 SaltsforHumidityCalibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 2.15 HumidityTaskStateDiagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 2.16 HumidityTaskFlowChart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 2.17 VariableResistanceHumiditySensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 2.18 HumiditySensorusingMonostables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 2.19 AstableMultivibratorOperation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 2.20 HumiditySensorusingMonostables,Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 www.syscompdesign.com LISTOFFIGURES LISTOFFIGURES 3.1 BeaufortWindScale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.2 HighestWindSpeedfor1Hour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.3 RotatingCupAnemometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 3.4 OpticalEncoderDisc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 3.5 ThermalCircuitExample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 3.6 ThermalEquivalentCircuit,CoolingEffect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3.7 ConstantPowerAnemometerConcept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.8 ConstantPowerAnemometer,BasicCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.9 ConstantPowerAnemometerCircuit,FinalVersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 3.10 ConstantTemperatureAnemometerConcept. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 3.11 ConstantTemperatureAnemometerCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 3.12 ConstantPowerAnemometer,BasicCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 3.13 ConstantTemperatureAnemometerConcept. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 3.14 MeasuringLampTimeConstant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 3.15 HotWireAnemometerCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 3.16 CoolingFunctions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 3.17 SquareFunctionCircuitConcept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 3.18 HotWireAnemometerwithSquarer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 3.19 LampVoltage-CurrentCharacteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 3.20 ThermistorAnemometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 3.21 ThermistorAnemometer,OutputSignal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 3.22 WindTunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 4.1 CompassRose. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 4.2 ShaftEncoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.3 GrayCode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 4.4 Resolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 4.5 ResolverSINEOutput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 4.6 ResolverCOSINEOutput. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 4.7 ResolverStatorVoltageWaveformvsShaftAngle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 4.8 ResolverInterfaceBlockDiagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 4.9 ResolverSpectumDiagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.10 WeinBridgeOscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 4.11 PhaseSensitiveRectifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 4.12 Phase-SensitiveRectifierOutput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 4.13 LowPassFilter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 4.14 LowpassFilterResponse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 4.15 ResolverInterfaceSchematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 5.1 MercuryColumnBarometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 5.2 PressureUnits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 5.3 AneroidBarometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 5.4 BarometerScale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 5.5 PressureSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 5.6 ResistorBridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 5.7 BarometerInterfaceTransferFunction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 www.syscompdesign.com

Description:
However, because this book 3 Feb 1947. -89.2oC, Vostok, Antartica,. 21 July 1983. Ideally, our temperature measuring circuit should be able to cope with the maximum possible range of of the common programs for generating graphs is GNUPLOT, a public domain utility with a large number of.
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Analog and Microprocessor System Design The Weather Station Project PDF

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by Unknow| 2012| 258 pages| 1.37| English

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About Analog and Microprocessor System Design The Weather Station Project

However, because this book 3 Feb 1947. -89.2oC, Vostok, Antartica,. 21 July 1983. Ideally, our temperature measuring circuit should be able to cope with the maximum possible range of of the common programs for generating graphs is GNUPLOT, a public domain utility with a large number of.

Detailed Information

Author:Unknown
Publication Year:2012
Pages:258
Language:English
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