Микроконтроллерный регулятор оптимальной системы управления (стр. 3 из 6)

Таблица 1.3

Пределы основной допускаемой погрешности, %	Пределы допускаемой дополнительной погрешности, %, вызванной
	изменением температуры окружающего воздуха на каждые 10°С	изменением напряжения питания	воздействием магнитного поля
± 0,10	-	± 0,05	± 0,10
± 0,15	± 0,15	± 0,05	± 0,16
± 0,20	± 0,20	± 0,05	± 0,16
± 0,25	± 0,25	± 0,16	± 0,25
± 0,50	± 0,45	± 0,25	± 0,4

Пределы допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением сопротивления нагрузки, не выходят за пределы +0,01% от диапазона изменения выходного сигнала на каждые 100 Ом изменения сопротивления нагрузки.

Датчики герметичны при воздействии давления в 1,25 раза превышающего наибольший верхний предел измерений.

Полный средний срок службы не менее 12 лет, кроме датчиков, применяемых при измерении параметров химически агрессивных сред.

Средний срок службы датчиков, применяемых при измерении параметров химически агрессивных сред, не менее шести лет.

Средняя наработка на отказ с учетом технического обслуживания, регламентируемого РЭ, составляет 100000 ч. Критерием отказа является несоответствие датчиков требованиям 1.2.3 и нарушение герметичности рабочей камеры.

Потребляемый датчиками электрический ток при напряжении питания 36 В не более 14 мА.

Номинальная масса датчиков не более 1 кг.

Степень защиты корпусов датчиков от воздействия пыли и воды IP55 по ГОСТ 14254.

По устойчивости к механическим воздействиям (виброустойчивость и вибропрочность) датчик соответствует исполнению N1 по ГОСТ 12997.

Составные части датчика не являются источником образования горючей среды и источников зажигания в горючей среде.

Устройство и работа датчика.

Конструктивно датчик представляет собой законченное устройство, состоящее из измерительного преобразователя, электронного блока, элементов, обеспечивающих подключение датчика к магистрали, и корпуса, в котором размещены все элементы и блоки датчика. На крышке корпуса имеется совмещенный корректор нуля и верхнего предела изменения выходного сигнала и соединитель для подключения пульта для настройки, закрывающиеся винтовыми заглушками, а также кабельный ввод. Соединительный кабель несъемный, длиной 1.5 м.

Измеряемое давление подается в камеру измерительного блока и преобразуется в деформацию мембраны тензопреобразователя и, как следствие, изменение электрического сопротивления резисторов тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке. При этом на выходе тензопреобразователя появляется выходное напряжение, зависящее от давления на мембрану тензопреобразователя.

Средство контроля выходного сигнала должно иметь допускаемую основную погрешность не более, чем:

|

|≤0,15I_max/100.

Габаритные и присоединительные размеры датчика

Рис.9.Габаритные и присоединительные размеры датчика Арктур-01

Рис.10.Схема подключения датчика давления АРКТУР-01 с выходным сигналом 4-20 мА и двухпроводной линией связи.

5.2.Преобразователь ток-напряжение.

Поскольку выбранный датчик имеет токовый выход 4…20 мА, необходимо рассчитать схему таким образом, чтобы при входном токе 4 мА напряжение на выходе было 0 В, а при 20 мА – 2,5 В.

Для этой схемы можно записать следующую систему уравнений :

Тогда

(Ом)

Решая систему уравнений находим:

Пусть

кОм, тогда кОм.

Произведём расчет полученной схемы по постоянному току с помощью программы MicroCap8, чтобы убедиться в правильности работы схемы:

Рис.11. Анализ по постоянному току в случае

мА.

Рис.12. Анализ по постоянному току в случае

мА.

Рис.13. Анализ по постоянному току канала №2.

Рис.14. АЧХ и ФЧХ на выходе канала.

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ.

АЦП, имеющий разрядность n=10, встроенный в МК AVRработает по алгоритму последовательных приближений, погрешность преобразования - не более 2 единиц младшего значащего разряда, время преобразования 65 - 260 мкс. АЦП совместно со встроенным аналоговым мультиплексором обеспечивает преобразование в 10-ти разрядный двоичный код сигналов по 8 аналоговым входам (альтернативная функция линий ввода-вывода порта А) в диапазоне напряжений от О (AGND) до опорного (AREF).

Для снижения уровня помех цепи питания (AGND, AVCC) схем преобразования аналоговых сигналов подключаются отдельно (рис. 1), напряжение питания AVCC не должно отличаться от напряжения питания VCC более чем на ±0,3 В. Опорное напряжение должно лежать в диапазоне от 2 В до напряжения питания AVCC. Код АЦП $000 соответствует нулевому входному сигналу, максимальный код $3FF соответствует сигналу, равному опорному, минус вес единицы младшего значащего разряда.

Номер входа мультиплексора, с которого поступает сигнал для преобразования в АЦП, определяется тремя младшими битами MUX2, MUX1, MUXO управляющего регистра ADMUX. Любой из восьми входов может быть выбран через ADMUX записью в него соответствующего кода в любой момент времени, однако переключение входов фактически производится только после завершения очередного цикла преобразования АЦП.

АЦП может работать в режиме однократного преобразования или циклически с автоматическим повторным запуском после каждого преобразования. По окончании преобразования формируется флаг прерывания ADIF со стандартной процедурой вызова вектора прерывания ADC с адресом $00е и записью 10-разрядного кода в двухбайтовый регистр ADCL (младшие 8 бит результата), ADCH (старшие 2 бита результата). Чтение данных из регистра результата ADC должно начинаться обязательно с младшего байта (см. примечание на с. 20). Точность АЦП зависит от тактовой частоты преобразования, рекомендуется диапазон тактовых частот 50 - 200 кГц, при более высоких частотах точность преобразования снижается. Стандартный цикл преобразования требует 13 тактов работы и при рекомендуемом значении тактовой частоты 100 кГц определяет время преобразования 130 мкс.

Кроме регистров ADMUX, ADCH, ADCL, работа АЦП определяется регистром ADCSR, который также содержится в файле регистров ввода-вывода.

Символические имена битов управления в регистре ADCSR

ADEN - бит разрешения: 0 - АЦП выключен, 1 - АЦП включен.

ADSC - бит запуска преобразования, в режиме однократного преобразования. Единица должна записываться при каждом запуске, в циклическом режиме - один раз для запуска первого преобразования.

ADFR - бит режима преобразования: 1 - циклический режим, 0 - однократный.

ADIF - флаг прерывания, устанавливается после завершения преобразования и записи кода в выходной регистр АЦП. Очищается автоматически при вызове вектора прерывания либо записью 1 в этот бит.

ADIE - бит разрешения прерывания АЦП, 1 разрешает прерывание.

ADPS2, ADPS1, ADPS20 - биты управления тактовой частотой АЦП, определяют коэффициент деления тактовой частоты микроконтроллера следующимобразом:

0 - коэффициент деления 2,

1 - коэффициент деления 2,

10 - коэффициент деления 4,

11 - коэффициент деления 8,

100- коэффициент деления 16,

101- коэффициент деления 32,

110- коэффициент деления 64,

111- коэффициент деления 128.

Дополнительное снижение уровня помех для повышения точности преобразования можно получить, если на время преобразования АЦП приостановить работу процессора в микроконтроллере переходом в режим "idle". Возврат в рабочее состояние должна обеспечивать подпрограмма обработки прерывания АЦП.

Рис.15. Структурная схема модуля АЦП.

4. МИКРОКОНТРОЛЛЕР.

Микроконтроллеры фирмы ATMEL с усовершенствованной RISC архитектурой обладают эффективными программно-аппаратными ресурсами для решения различных задач. Семейство микроконтроллеров AVR содержит и простые модели (AT90S1200, AT90S2313) с минимумом необходимых ресурсов, и весьма сложные модели megaAVR с существенно увеличенным объемом памяти, количеством портов ввода-вывода и других средств. Высокая эффективность микроконтроллеров AVR обеспечивается развитой системой команд, выполняющихся, как правило, за один рабочий такт, аппаратной реализацией многих стандартных функций (таймеры, модуляторы ШИМ, параллельные и последовательные порты ввода-вывода, компаратор, АЦП и др.) и возможностью внутрисистемного программирования, т.е. записи программ и данных в ПЗУ микроконтроллера непосредственно в схеме работающего устройства.