Проектирование малогабаритного частотомера (стр. 1 из 4)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА
в г. ТАГАНРОГЕ
Кафедра ЭГА и МТ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ПО КУРСУ: Основы проектирования приборов и систем
НА ТЕМУ: Проектирование малогабаритного частотомера
ПРОВЕРИЛ Пивнев П.П
ВЫПОЛНИЛ Топоркова Е.А. гр. В-125
Таганрог – 2009
Содержание
Введение
1.Техническое задание
1.1Назначение и область применения
1.2 Технические характеристики
1.3 Условия эксплуатации
1.4 Характеристики надежности
1.5 Порядок работы
2. Обзор литературных источников
2.1 Классификация частотомеров
2.2 Наименования и обозначения
2.3 Основные нормируемые характеристики
2.4 Нормативно-техническая документация
3. Анализ структурной схемы
4. Анализ схемы электрической принципиальной
5. Печатная плата
6. Расчет надежности
7. Расчет резонансной частоты печатной платы и частот собственных колебаний пластины
8. Расчет теплового режима
Заключение
Список литературы
Введение
Измерения частоты – наиболее точный и быстро развивающийся вид измерений. Во-первых, единица времени (частоты) является основной единицей системы СИ; во-вторых, определение секунды связано с пересчетом событий, а пересчет является самым точным методом измерений; в-третьих, повышение точности измерений частоты необходимо для прикладного использования в телекоммуникациях, навигации, космической отрасли. За последние 50 лет суммарная относительная погрешность первичных государственных эталонов на основе цезиевых реперов частоты уменьшилась с ± 1×10-10 до ± 1,5×10-15, то есть точность возрастала на порядок за каждые 10 лет. Никакой другой вид измерений не имеет такого значительного прироста, ведь возрастание точности в 2–3 раза за 10 лет уже считается отличным показателем. Но исследования в области измерения частоты продолжаются. Национальные метрологические институты США, Германии, Франции, имеющие в настоящее время эталоны на основе цезиевых фонтанов, ведут работы над оптическими эталонами частоты и эталонами частоты на основе “задержанных” ионов. Проведенные исследования и сличения уже показывают возможность достижения погрешностей ± 1×10-17… ± 1×10-19, что не исключает введения нового определения секунды взамен действующего с 1968 г. решения Международного Бюро Мер и Весов. Более того, ресурс передачи сигналов эталонных частот становится общедоступным. Например, с помощью системы GPS / ГЛОНАСС можно осуществлять прослеживаемость к государственным эталонам частоты с погрешностью ± 1×10-11… ± 1×10-13 (без учета поправок) для широкого круга пользователей. Соответственно, повышаются точности вторичных эталонов и рабочих средств измерений частоты.
Далее мы рассмотрим недорогой, простой в повторении, малогабаритный частотомер, который может пригодиться любому радиоинженеру или радиолюбителю для измерения частоты.
1.Техническое задание
1.1 Назначение и область применения
Предлагаемый частотомер имеет малые габариты, поэтому его можно назвать карманным. Кроме частоты, он измеряет её отклонение относительно зафиксированного значения и подсчитывает число импульсов. Прибор прост в повторении и содержит минимальное число деталей.
Частотомер измеряет частоту входного сигнала в диапазоне 10Гц…50МГц со временем счета 0,1с и 1с, отклонение частоты в пределах ± 10МГц, а также осуществляет счет импульсов с отображением счета (до 99с)
1.2 Технические характеристики
Потребляемый ток 9 мА
Потребляемая мощность 54 мВт
Потребляемое напряжение 9 В
Диапазон частоты входного сигнала 10Гц…50 МГц
Отклонение частоты ± 10МГц
Время счета 0,1с и 1с
Отображение счета импульсов до 99с
1.3 Условия эксплуатации
Плата вместе с батареей размещена в пластмассовом корпусе размерами 30*50*70мм. Индикатор и выключатель питания закреплены на передней панели, где для них сделаны отверстия соответствующего размера. Для питания устройства можно использовать батареи «Крона», «Корунд», 6F22, потребляемый ток составляет около 9мА. Микроконтроллер можно запрограммировать с помощью программ Pony Prog. IC Prog.
Налаживание прибора сводиться к регулировке точности измерения частоты. Для этого от образцового генератора подают непрерывный сигнал с частотой около 1 МГц, амплитудой 0,5В и подстроечным конденсатором С5 добиваются совпадения показаний индикатора с частотой входного сигнала. Затем подборкой резистора R1 устанавливают максимальную чувствительность частотомера.
1.4 Характеристики надёжности
Наработка на отказ, не менее 5*10
часовПрибор должен обладать ремонтопригодностью в течении 3лет
Срок службы прибора 8 лет
1.5 Порядок работы
После включения питания микроконтроллер выполняет подпрограмму измерения частоты с временем счета 0,1 с. При кратковременном нажатии на кнопку SB1 значение частоты фиксируется и микроконтроллер измеряет отклонение частоты от зафиксированного значения с последующим отображением этого отклонения на табло индикатора HG1. Повторное кратковременное нажатие на кнопку SB1 возвращает устройство в исходное состояние. Для перехода в режим измерения частоты и её отклонения с временем счета 1с следует нажать на кнопку SB1 и удерживать её не менее 2с. Еще одно длительное нажатие на кнопку SB1 переводит устройство в режим счета импульсов. В этом режиме по коротким нажатиям на кнопку последовательно происходят запуск, остановками обнуление счетчика и индикатора времени измерения.
Частота и её отклонения отображаются на табло частотомера в герцах. При интервале измерения 0,1 с показания выглядят следующим образом: «1Fxxxxxxxx» для частоты или «1F_xxxxxxx»(«1F-xxxxxxx») для отклонения частоты, где хххххххх- частота или её изменение, а знак показывает на её увеличение или уменьшение. Поскольку в индикаторе не предусмотрен знак «+», он отображается как «_». При интервале измерения 1с на первой позиции индикатора присутствует цифра 2. В режиме счета импульсов до старта на табло индикатора будут нули, в режиме счета – СС уууууу, где СС- время счета в секундах, уууууу- число импульсов. По окончании счета показания фиксируются.
2. Обзор литературных источников
Частотоме́р — измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.
2.1 Классификация частотомеров
· По методу измерения - приборы непосредственной оценки (напр. аналоговые) и приборы сравнения (напр. резонансные, гетеродинные, электронно-счетные).
· По физическому смыслу измеряемой величины — для измерения частоты синусоидальных колебаний (аналоговые), измерения частот гармонических составляющих (гетеродинные, резонансные, вибрационные) и измерения частоты дискретных событий (электронно-счетные, конденсаторные).
· По исполнению (конструкции) — щитовые, переносные и стационарные.
· По области применения частотомеры включаются в два больших класса средств измерений — электроизмерительные приборы и радиоизмерительные приборы. Следует заметить, что граница между этими группами приборов весьма прозрачна.
o В группу электроизмерительных приборов входят аналоговые стрелочные частотомеры различных систем, вибрационные, а так же, отчасти, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.
o В группу радиоизмерительных приборов входят резонансные, гетеродинные, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.
· Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени. Интервал времени измерения также задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из внешнего источника (например стандарта частоты). Таким образом ЭСЧ является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от точности эталонной частоты.
· ЭСЧ является наиболее распространенным видом частотомеров благодаря своей универсальности, широкому диапазону частот (от долей герца до десятков мегагерц) и высокой точности. Для повышения диапазона до сотен мегагерц — десятков гигагерц используются дополнительные блоки — делители частоты и переносчики частоты.
· Большинство ЭСЧ кроме частоты позволяют измерять период следования импульсов, интервалы времени между импульсами, отношения двух частот, а также могут использоваться в качестве счетчиков количества импульсов.
· Некоторые ЭСЧ (например Ч3-64) сочетают в себе электронно-счетный и гетеродинный методы измерения. Это не только повышает диапазон измерения, но и позволяет определять несущую частоту импульсно-модулированных сигналов, что простым методом счета недоступно.
· НАЗНАЧЕНИЕ: обслуживание, регулировка и диагностика радиоэлектронного оборудования различного назначения, контроль работы радиосистем и технологических процессов
· ПРИМЕРЫ: Ч3-54, Ч3-57, Ф5137, Ч3-84
Резонансные частотомеры
Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный контур, отрезок волновода (объемный резонатор) или четвертьволновой отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает частоту.