Устройство для измерения температуры в удаленных точках (стр. 6 из 7)
Округляем полученный при расчете порядок фильтра в сторону ближайшего большего целого числа. По таблице полюсов равноволновой функции, аппроксимирующей частотную характеристику находим координаты полюсов, для значения неравномерности АЧХ в полосе пропускания 1 дБ
Определяем нормированные собственные частоты полюсов и их добротности
Осуществляем переход к физически реализуемому фильтру
.Исходя из значения добротности и порядка фильтра, рассчитываем активное звено с Т-мостом приведенное на рис. 3.1.
Рисунок 3.1 – ФНЧ второго порядка
Пусть С1=С2= 3300 пФ и R1=R2 тогда
Значение сопротивлений R1 и R2 округляем до ближайшего значения из ряда Е24 равное 3 кОм.
Примем R3 равным 10кОм, тогда значение R4 определяется
Значение сопротивления R4 округляем до ближайшего значения из ряда Е24 равное 10 кОм.
3.2 Выбор номинала резисторов ограничивающих ток
Светодиоды общего назначения VD3…VD6, VD9 удовлетворительно работают при токах от 3 мА до 20 мА. Без ограничивающих резисторов, токи протекающие через диоды могут достигать значений, при которых диод может выйти из строя. В связи c этим используются резисторы ограничивающие ток, расчет которых ведется следующим образом. Выходное напряжение на элементах DD1, DA2, DA5 равно 5 В. Примем, что падение напряжения на светодиоде равно 2 В. Тогда через ограничивающий резистор должен протекать минимальный ток 5 мА, и при этом падение напряжения на нем составляет 3 В. Таким образом, номинал резистора определяется по закону Ома
600 Ом.Ближайший номинал из стандартного ряда – Е24, 620 Ом.
Диод VD4 подключен к напряжению 12 В. Соответственно падение напряжения на ограничивающем резисторе R14 состовляет 10 В. Тогда по закону Ома
Номинал из стандартного ряда – Е24, 2 кОм.
3.3 Расчет элементов схемы управления ЗУ
В устройстве используется микроконтроллер фирмы Atmel AVR ATiny13 (DD1) с встроенным компаратором и АЦП. В качестве опорного напряжения используется внутренний источник напряжения с номинальным значением
= 1,1 В. Порог срабатывания аналогового компаратора залдется делителем напряжения на резисторах R4, R5. Напряжения питания считается нормальным, если напряжение на входе стабилизатора MC78L05 (DA1) составляет не менее 
= 7,5 В. Таким образом коэффициент передачи делитеня напряжения R4- R5 состовляет 
.Примем сопротивление R5 равным 10 кОм. Тогда сопротивление R4 определяется
Ближайший номинал из стандартного ряда – Е24, 56 кОм.
Поскольку в качестве источника питания используется акумулятор с номинальным значением напряжения
= 4,5 В, а опорное напряжение АЦП = 1,1 В, то коэффициент передачи делитеня напряжения R9-R12 состовляет 
Примем сопротивление R9 равным 10 кОм. Тогда сопротивление R4 определяется
Номинал из стандартного ряда – Е24, 30 кОм.
Непосредственным источником напряжения для зарядки акумулятора является стабилизатор тока на микросхеме LM317T (DA5). Ток заряда аккумулятора согласно рекомендациям изготовителей примем равным 200 мА. Резистор R16 определяет ток заряда и рассчитывается по формуле
Номинал из стандартного ряда – Е24, 7,5 Ом.
Для включения/выключения зарядки используется каскад на транзисторах VT2, VT3. Когда на выходе 2 микроконтроллера DD1 низкий уровень, транзистор VT2 закрыт, а транзистор VT3 открыт и соединят вход ADJ микросхемы DA2 с общим проводом. При этом напряжение на выходе микросхемы DA2 уменьшается до 1,25 вольта. Если на выходе 2 микроконтроллера DD1 появляется высокий уровень, то транзистор VT2 открывается, а транзистор VT3 закрывается, и микросхема DA2 начинает работать как стабилизатор тока. Диод VD8 не даёт аккумуляторам разряжаться при выключенном стабилизаторе тока. Диод VD7 и резистор R17 создают небольшой сдвиг уровня выходного напряжения, чтобы уменьшить выходное напряжение микросхемы DA2 в выключенном состоянии. Примем сопротивление R23 равным 1 кОм.
3.4 Расчет аттенюатора и согласующего устройства
С выхода пироэлектрического датчика через ФНЧ, аттенюатор и СУ напряжение поступает на АЦП. В качестве пироэлектрического датчика используется датчик фирмы Banner Engineerihg M18TUP14Q. Максимальное выходное напряжение датчика
= 10 В. В качестве DD3 используется 8 битный АЦП AD7478. Микросхема работает от униполярного питания +5 В. В качестве источника опорного напряжения АЦП используют внутреннее напряжение питания, что позволяет достичь широчайший динамический диапазон входных напряжений, так как этот диапазон лежит в пределах от 0 В до Uпит. Таким образом, максимальное входное напряжение АЦП состовляет 
= 5 В. Тогда коэфициент ослабления аттенюатора определяется 
Примем сопротивление R11 равным 10 кОм. Тогда сопротивление R10 определяется
Номинал из стандартного ряда – Е24, 10 кОм.
Поскольку минимально выходное сопротивление датчика M18TUP14Q состовляет 2,5 кОм для согласования выходного сопротивления датчика и входного сопротивления АЦП используется повторитель напряжения. АЦП имеет широкую полосу пропускания – 100 кГц при отношения сигнал/ шум = 70 дБ. Для избежания дополнительной погрешности в качестве DA3 использован прецызионный ОУ AD8628 со следующими хорактеристиками:
– коэффициент усиления без цепи обратной связи 1,7 В/мкВ;
– коэффициент ослабления синфазного сигнала 120 дБ;
– начальное смещение 5 мВ;
– начальный ток смещения 100 пА;
– спектральная плотность шума
;– скорость наростания напряжения 1 В/мкс;
– частота единичного усиления 2,5 МГц;
– напряжение питания +5 В.
ЛИТЕРАТУРА
1. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник для вузов по специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов». – 3-е изд., перераб. – Москва: «Энергия», 1978. – 704 с.
2. Чистяков С. Ф., Радун Д. В. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Высшая школа, 1972, - 392 с.
3. http://detect-ufo.narod.ru/pribor/detect_ir/index.html
4. http://www.murata.com/
5. http://www.newic.ru/catalog/sensors/temperature/
Приложение А
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
на курсовой проект
“ Устройство для измерения температуры в удаленных точках ”
1 Наименование работы
Устройство для измерения температуры в удаленных точках.
2 Основания для выполнения
Работа проводится на основании задания на курсовой проект в соответствии с вариантом 32.
3 Цель и актуальность работы
Целью работы является разработка устройства для измерения температуры в удаленных точках, функциональной и принципиальной схемы, расчет его основных узлов, овладение методикой проектирования электронной аппаратуры и правилами оформления технической документации на проектируемое устройство.
4. Основные технические характеристики устройства для измерения температуры в удаленных точках
4.2.1 Диапазон измеряемых температур 0…300 °С.
4.2.2 Разрешающая способность – 2 °С.
4.2.3 Погрешность измерения – 1 %.
4.2.4 Оптическое разрешение – 14:1.
4.2.5 Время установления – не более 500 мс.
4.2.6 Диапазон ИК волн – 8…14 нм.
4.2.7 Источник питания – 4,5 В.
4.2.8 Зарядное устройство – 12 В, 300 мА.
4.2.9 Тип индикатора – жидкокристаллический.
5 Требования к технологичности
Устройство должно быть выполнено на элементной базе широкого применения и содержать минимум специализированных элементов.
6 Требования к безопасности
В отношении безопасности работающее устройство должно отвечать требованиям ГОСТ 12.2.006 и обеспечивать электробезопасность, пожаробезопасность, механическую прочность и другие требования при монтаже, эксплуатации, обслуживании и ремонте.
7 Экономические показатели
Разрабатываемое устройство должно быть эффективно в отношении его производства с экономической точки зрения. Схемные решения должны иметь минимальную стоимость реализации.
8 Требования к уровню унификации
В разрабатываемой конструкции необходимо стремится к максимальному использованию стандартных компонентов и унифицированных изделий, а также заимствованных сборочных единиц и деталей.