Ваттметр поглощаемой СВЧ мощности и мое участие в разработке над ним

Доброго времени суток, уважаемые читатели. Зарегистрировался на хабре я давно, но никак не решался оформить свой первый пост.

Хотелось написать что-то, что действительно может показаться интересным. Время шло, а идеи все никак не приходили.

И вот, буквально на днях, я закончил работу над одним из своих первых проектов, после чего, мне в голову пришла мысль сделать некий видео обзор и написать небольшую статью о приборе, над которым я работал достаточно продолжительный период времени. Работал не один, но речь пойдет о части, которая «висела» целиком и полностью на мне.

Для начала приведу немного сухой технической информации

Ваттметр поглощаемой СВЧ мощности М3-114 предназначен для измерения в коаксиальном тракте среднего значения мощности непрерывных и импульсно- модулированных СВЧ сигналов при электропитании от промышленной электросети 220 В, 50 Гц, так и в автономном режиме, от внутренней или внешней аккумуляторной батареи 12 В. В приборе применён четырёх строчный текстовый вакуумно-люминесцентного дисплей высокой яркости. Подготовка прибора к работе осуществляется в диалоговом режиме, что упрощает эксплуатацию. Прибор оснащён портом RS-232, что позволяет выводить данные на ЭВМ.

Диапазон рабочих частот от 0,00 до 17,85 ГГц.

Диапазон измерения средних значений мощности от 1,0 мкВт до 100 Вт.

В диапазоне измеряемой мощности более 10 мВт на частотах от 0 до 12,05 ГГц предел основной погрешности ваттметра не превышает ±4 %, а в диапазоне частот свыше 12,05 ГГц до 17,85 ГГц — ±6 %.

КСВН ваттметра не более:
1,3 в диапазоне частот от 0,02 до 12,05 ГГц;
1,4 в диапазоне частот свыше 12,05 до 17,85 ГГц.

Нестабильность показаний ваттметра с учетом дрейфа “электрического нуля” не более 40 мкВт/мин.

Мощность, потребляемая ваттметром от сети напряжением 220 ±22 В, частотой 50±0,5 Гц при работе с ППК1 – ППК3, не более 12 ВА, при работе с ППК 4 — не более 15 ВА, при работе от автономного источника питания 6,5 ВА

Теперь перейдем непосредственно к тем задачам, которые были поставлены передо мной

Во-первых, необходимо было разработать программу, управляющую зарядным устройством. Состоит оно по большому счету из микроконтроллера ADUC814 со встроенным аналого-цифровым преобразователем, пяти светодиодов, отвечающих за уровень заряда аккумулятора и кнопки включения заряда. Все достаточно просто, детально описывать смысла не вижу. По прерыванию АЦП получаем данные, которые потом переводятся в вольты, далее оперируя этим значением программа принимает те или иные решения, например какие диоды зажечь, что делать при критических уровнях заряда и т.п., а так же следит за кнопкой включения заряда.

Во-вторых, и это собственно самая сложная часть для меня, необходимо было разработать программу, управляющую блоком обработки информации и индикации. В БОИ входят такие узлы, как дисплей, клавиатура, пара вспомогательных светодиодов и управляющий всем этим микроконтроллер AT89C51RC2 (МК_БОИ). Обзор всех основных функций ваттметра представлен на видео.

К ваттметру подключается один из четырех преобразователей, в зависимости от измеряемой мощности. Данные с преобразователя поступают на аналого-цифровой преобразователь фирмы Analog Devices и далее с помощью RS232 передаются на еще одни ADUC814 (МК_АЦП), в котором проходят предварительную обработку. Программа пред. обработки и связи непосредственно с АЦП разрабатывалась не мной.

МК_АЦП по RS232 получает от МК_БОИ одну из нескольких команд, каждая из которых состоит из трех байт, далее он анализирует команду и в зависимости от нее, посылает обратно три байта номера команды и запрашиваемый результат. Это может быть номер преобразователя или, например, результаты измерений, которые подвергаются дальнейшей математической обработке. Некоторые команды отвечают за коррекцию нуля или калибровку АЦП. Всего около 8-9 команд, подробно останавливаться на них я также не вижу смысла.

В конце хотелось бы немного написать о функционале, подробней с которым можно ознакомиться на видео.
Основная часть кнопок клавиатуры выполняет двойную функцию, вспомогательные светодиоды позволяют легче сориентироваться в режимах работы, которых всего два, это режим меню, горит верхний диод и режим работы, горит нижний диод.

С помощью меню можно выполнять ряд функций

• Управлять яркостью дисплея
• Выбирать частотный диапазон, на котором проводятся измерения. В зависимости от выбранного диапазона применяются те или иные поправочные коэффициенты, влияющие на конечный результат. Коэффициенты рассчитаны путем сравнения с эталонным прибором.
• Устанавливать некую величину P, с которой сравнивается измеряемая величина. Результат выводится на дисплей в процентах
• Устанавливать диапазон измеряемой величины, при выходе из которого, на дисплей выводиться соответствующая надпись < Pmin, > Pmax

В режиме работы пользователь может:

• Проводить коррекцию нуля и калибровку АЦП.
• Включить усреднение измеряемой величины или выключить его.
• «Заморозить» дисплей, путем нажатия кнопки СТОП

Вся необходимая информация выводится на дисплее. Значение измеряемой величины, которое так же переводится в dBm и dB, во время дрейфа нуля попадаются и отрицательные значения, в этих случаях на экран выводится сообщение Err. Результат сравнения мощности с величиной Рс. Номер подключенного преобразователя. Информация о том, что нажата кнопка СТОП, а так же при выходе из возможного диапазона измерений конкретного преобразователя также выводится соответствующее сообщение.

Еще хотелось бы добавить, что помимо частотных поправочных коэффициентов так же имеется и динамический поправочный коэффициент, рассчитывается индивидуально для каждого конкретного измерения.

На этом все, надеюсь, что найдутся люди, которым данный пост понравится, а так же хотелось бы увидеть комментарии, критического характера, возможно у кого-то будут интересные идеи, которые я смогу реализовать в дальнейшем в рамках этого проекта, учитывая, что намечается замена МК_БОИ на аналогичный, с большим объемом памяти, так как эти 32 кБ забиты под завязку.

Спасибо за внимание.

Автор: yaponchik

Источник ^[1]