Інформаційно-вимірювальна система температури (стр. 4 из 4)
– Однополярне живлення VDD 2,35 В і 5 В;
– Мала споживана потужність:
max 3.6 мВт при 1 MSPS і 3 В живленні;
max 15 мВт при 1 MSPS і 5 В живленні;
– Широка смуга вхідного сигналу:
SINAD = 70 дБ на частоті вхідного сигналу 100 кГц;
– Гнучке управління потужністю зміною частоти тактових імпульсів;
– Відсутність конвеєрної затримки;
– Сумісність з швидкодіючими послідовними інтерфейсам SPI/ QSPI / MICROWIRE/ DSP;
– Мале споживання в черговому режимі: 1 мкА max;
– 6 вивідний SOT-23 корпус.
Рисунок 13 – Функціональна схема AD7476
Рисунок 14 – Розташування виводівAD7476
Загальний опис:
AD7476 - 12 бітовий швидкодіючий малопотужний аналого-цифровий перетворювач послідовного наближення (SAR). Прилад працює від однополярного джерела живлення 2,35 В або 5 В і має швидкість перетворення 1MSPS відповідно. Прилад має малошумовий широкосмуговий диференціальний пристрій вибірки-зберігання (ПВЗ), який може обробляти вхідні сигнали з частотою більше 1 Мгц
Процеси початку перетворення і видачі даних синхронізуються сигналом на вході non CS і послідовними тактовими імпульсами, що дозволяє передавати дані в мікропроцесори або DSP. Вибірка вхідного сигналу, перетворення і видача даних починаються на вході сигналу nonCS. Прилади не мають конвеєрної затримки перетворення. При виготовленні AD7476 використовуються новітні технологічні прийоми, що дозволяють мінімізувати споживану потужність при високій продуктивності.
4.4 Вибір мікроконтролера
Мною вибраний мікроконтролер AT90S8515 фірмиAtmel. Даний мікроконтролер є 8-ми розрядним мікроконтролер з 8 Кб флеш-пам`яттю. Містить внутрішню ОЗУ 512 Кб. Живлення від 2,7 до 6,0 В. Виходи сумісні з RS інтерфейсом.
Рисунок 15 – Блок-схема мікроконтролера AT90S8515
Рисунок 16 - Розташування виводів мікроконтролера AT90S8515
В схемі використовується живлення +5В.
Оскільки усі мікросхеми в даній принциповій схемі живляться напругою 5 В, то я вибрав лінійний стабілізатор напруги MC7805 фірми Motorola. Його характеристики повністю задовольняють вимоги моєї схеми.
5 Електричні розрахунки елементів електричної принципової схеми
Розрахуємо резистор R1 та R2.
Оскільки максимальна напруга, що можлива на вході АЦП становить 5 В, а зміна сигналу датчика при зміні температури в максимальній точці вимірювальної напруги становить 1,65 В, то спад напруги на даних резисторах повинен становити приблизно 2 В. Сила струму повинна не перевищувати 5 мА. Тобто,
.Розрахуємо резистор R5.
Встановлюємо сигнали DTR та RTS в рівні логічного нуля, тобто встановлюємо вихідну напругу на даних виходах +12 В. За допомогою ввімкнення діодів VD1 та VD2 за схемою «або» досягається навантажувальна здатність в 30 мА. Так як спад напруги на лінійному стабілізаторі становить 7 В, то
.Діоди VD1та VD2 обираємо за умовою
, (5.1)Таким параметрам підходить діод BAV17 (
).Резистори R1та R2 обираємо C5 – 42В. Із стандартного ряду Е24 вибираємо номінал 1,5 кОм.
Підключення мікросхем DD1, DD2, DD4, DD4, DA3 мають свої електричні схеми підключення, які рекомендовані виробниками, тому є не доцільним розрахунок решти елементів. Їх номінали беруться рекомендовані виробником і вони зазначені у додатку.
6 Алгоритмічне забезпечення
Живлення усіх елементів відбувається від послідовного інтерфейсу RS232.
Фіксація температури на датчиках проходить безперервно. Вихідний сигнал датчиків поступає на мультиплексом. Який керується мікро контролером. В залежності від коду сигналів на входах мультиплексора А0 та А1 відбувається комутація вихідного сигналу одного з датчиків на АЦП. Вхід EN мультиплексора вмикає його. Тому в робочому режимі мультиплксора на ньому завжди повинен бути рівень логічної «1». Для того, щоб закомутувати вихід датчика DA2 на АЦП потрібно сформувати на виході AD0 та AD1 рівні логічного нуля. А для комутації датчика DA1 на виході AD0 формується рівень логічної одиниці, а на AD1 формується рівень логічного «0».
Таблиця 3 – Таблиця істинності ADG604
| A1 | A0 | EN | Відкритий канал |
| Х | Х | 0 | - |
| 0 | 0 | 1 | S1 |
| 0 | 1 | 1 | S2 |
| 1 | 0 | 1 | S3 |
| 1 | 1 | 1 | S4 |
Після комутації відповідного датчика на АЦП DD2, на його виході формується відповідний цифровий код. Даний код у відповідний момент після формування сигналу
на виході мікроконтролера DD3 зчитується мікроконтролером. Далі цифровий код надходить до інтерфейсу RS232 через перетворювач рівнів.7 Метрологічні характеристики
Похибка вимірювання даного пристрою буде складатися похибки ПВП і похибки квантування АЦП .
Абсолютна максимальна похибка ПВП на всьому діапазоні вимірювань без калібруванняΔ=20С;
Розрахуємо середньо-квадратичне відхилення (СКВ) похибки вимірювання ПВП:
(7.1)Розрахуємо похибку квантування АЦП за формулою:
(7.2)де n- розрядність АЦП ,
- опорна напруга АЦП, = 5 (В).В нашому випадку n=12.
При підставленні значень, отримаємо:
Розрахуємо СКВ похибки квантування
. (7.3)Підставивши значення, отримаємо:
Далі розрахуємо загальне СКВ похибки системи:
. (7.4)При підставленні значеннь, отримаємо:
Отже, абсолютна похибка системи розраховується за формулою:
При підставленні значень, отримаємо
(7.5)Фактично, вийшло, що похибка нашої системи залежить лише від похибки ПВП, так як ΔПВП>>ΔАЦП.
Висновки
В даному курсовому проекті розроблена багатоканальна система вимірювання температури. В огляді літературних джерел були викладені основні поняття про температуру, методи та засоби її вимірювання. Була обґрунтована техніко-економічна доцільність даного проекту та вибрана відповідна структурна схема. Були проведені відповідні розрахунки базових елементів принципіальної схеми та виконані метрологічні розрахунки.
На мою думку даний проект повністю відповідає поставленим вимогам до багатоканальних вимірювальних систем. Даний пристрій може бути використаний для вимірювання температури як в приміщеннях так і ззовні.
Література
1 Измерения и компьютерно-измерительная техника: Учеб. пособие / В.А. Поджаренко, В.В. Кухарчук. – К.: УМК ВО, 1991. – 240 с. – На укр.яз.
2 Хазанов Б.И. Интерфейсы измерительных систем.- М.: Энергия, 1979. – 169с.
3 Метрологическое обеспечение измерительных информационных систем (теория, методология, организация)./Е.Т. Удовиченко, А.А.Брагин, А.Л.Семенюк, В.И.Бородатый, Э.С. Браилов, Ю.И. Койфман, А.Д. Пинчевский. – М.: Изд-во стандартов, 1991.-192 с.
4 Вострокнутов Н.Н. Цифровые измерительные устройства. Теория погрешностей, испытаний, поверка. –М.: Энергоатомиздат, 1990.-208с.
5 Проектирование микропроцесорных измерительных приборов и систем/В.Д. Циделко, Н.В. Нагаец, Ю.В. Хохлов и др.- К.: Техніка, 1984.-215 с.
6 www.analog.com
7 www.atmel.com
8 www.alldatasheet.com
9 Метрологія та вимірювальна техніка: Підручник/ За ред. _роф..Є.С. Поліщука. – Львів: Видавництво «Бескіи Біт», 2003. – 544 с.
10 Конспект лекційз дисципліни „Інформаційно-вимірювальні системи”