Пристрій виміру і реєстрації кутів нахилу і прискорень рухомих обєктів (стр. 4 из 5)

1.5.1 Зчитування з карток пам’яті

Для швидкого й зручного обміну інформацією між флеш-картами й комп’ютером використаються зчитувачі. Вони розрізняються способом й інтерфейсом підключення до ПК, а також швидкісними характеристиками.

Зовнішні зчитувачі – ці пристрої можуть підключатися через USB, LPT, і FireWire (IEEE1394) інтерфейси. Вони відрізняються один від одного тільки швидкісними показниками. Швидкість самого повільного з них – підключеного через паралельний порт, може досягати 0.34 Мбайт/с – при записі, і 0.62 Мбайт/с – при зчитуванні даних. У моделей з універсальним послідовним портом ці показники становлять 0.46 й 0.77 Мбайт/с;

Внутрішні зчитувачі – подібні пристрої вставляються в 3,5-дюймовий відсік системного блоку, і підключаються до ATA інтерфейсу. До переваг зчитувачів даного класу належить висока швидкість (0.52 Мбайт/с й 1 Мбайт/с) і відсутність сторонніх пристроїв на столі. А до недоліків – те, що він займає відсік системного блоку, і IDE канал;

Зчитувачі-перехідники – цей клас пристроїв дозволяє підключити Flash-карту до комп’ютера через дисковід. При цьому використається перехідник зовні схожий на 3.5-дюймову дискету (або PC-карту для ноутбуків). Карта пам’яті вставляється в адаптер, що згодом розміщується в дисководі. Використання PCMCIA-адаптерів дає непогані результати, швидкість передачі досягає 1Мбайт/с.

За методом зчитування інформації карти діляться на наступні:

· контактні;

· безконтактні;

· зі здвоєним інтерфейсом.

Контактні карти взаємодіють зі зчитувачем, стикаючись металевою контактною площадкою карти з контактами зчитувача. Даний метод зчитування просто реалізується, але підвищує зношування карти при частому використанні. Контактна смарт-карта складається з трьох частин, перша з яких є контактна область, ч i п (мікропроцесор карти), пластикова основа.

Безконтактні карти мають вбудовану котушку індуктивності, що в електромагнітному полі зчитувача забезпечує живленням мікросхему, що видає інформаційні радіосигнали. Такий метод зчитування дозволяє часто використовувати карту без зношування самої карти й зчитувача.

Карти зі здвоєним інтерфейсом мають одночасно й контактну площадку й вбудовану котушку індуктивності. Такі карти дозволяють здійснювати роботу з різними типами зчитувачів.

Для смарт-карт існує кілька міжнародних стандартів, що визначають практично всі властивості карт, починаючи від розмірів, властивостей і типів пластику, і завершуючи змістом інформації на картці, протоколів роботи й форматів даних.

2. ОБГРУНТУВАННЯ способу побудови ФУНКЦІОНАЛЬНОЇСХЕМИ ПРИСТРОЮ

Функціональна схема пристрою реєстрації прискорень та кутів нахилу рухомих об’єктів наведена на рис. 2.1.

В основі даного пристрою лежать два датчика, один з яких є акселерометром і фіксує прискорення, інший є датчиком кутів нахилу, за допомогою якого визначається поточний кут нахилу відносно площини землі, а також мікроконтролер на базі мікропроцесора, що виконує функції керування пристроєм. Також до складу входять аналоговий компаратор, попередній підсилювач, фільтр низьких частот та АЦП, тому мікроконтролер також виконує функції оцифровування аналогового сигналу.

З виходів датчика кутів нахилу Xout і Yout широтно-імпульсний сигнал, пройшовши через фільтр низьких частот (ФНЧ), надходить на дискретні входи мікроконтролера . Мікроконтролер вимірює тривалість імпульсу ШІМ-сигналу, а також його період, і, з допомогою відповідних алгебраїчних та тригонометричних перетворень, визначає поточний кут нахилу акселерометра відносно площини землі. Якщо датчик прискорення розташований так, що його вісь чутливості перпендикулярна до поверхні землі, вихідний сигнал відповідає прискоренню вільного падіння. При зміні кута нахилу, вихідний сигнал зменшується відповідно до U ~ g * cos (alpha), де alpha - кут між віссю чутливості датчика і абсолютним вертикальним положенням. Надалі цей сигнал у форматі інтерфейсу RS-232 надходить в комп'ютер.

Стандартний інтегральний датчик прискорень являє собою ємнісну мікромеханічну поверхневу структуру з КМОП-схемою обробки сигналу з ASIC-функціями, які включають в себе підсилюючу і обробляючу електроніку, фільтр низьких частот, схему температурної компенсації з аналоговим виходом. Дана структура зроблена з полі кремнію, в якій рухома підкладка, закріплена в декількох точках на підкладці, здатна переміщуватись під дією прискорення між нерухомими верхнім та нижнім електродами. Функціонуючи на основі методів переключаючого конденсатора, датчик видає сигнал прискорення, використовуючи фільтрацію. Нульове зміщення, чуттєвість і налаштування фільтру задаються при виробництві, а в надалі для роботи пристрою необхідно тільки декілька зовнішніх пасивних компонентів. Акселерометр детектує статичне прискорення, даючи на виході датчика середньоквадратичну напругу (половину напруги живлення).

Сигнал з виходів обох датчиків йде на відповідні АЦП, з виходу яких він поступає на вхід мікроконтролер. Мікроконтролер здійснює перерахунок кодів, що відповідають вихідній напрузі датчиків у швидкість та кут нахилу. За допомогою інтерфейсу інформація відображається на рідкокристалічному моніторі та інтерфейсі USB.

Живлення елементів схеми здійснюється від акумулятора напругою 4,5В за допомогою DC – DC перетворювача. В якості зарядного пристрою використовується готовий не стабілізований мережевий адаптер БНП 12-03 з вихідною напругою 12 вольт і струмом навантаження 300 мА.

3. РОЗРАХУНКИ, ЩО ПІДТВЕРДЖУЮТЬ ДІЄЗДАТНІСТЬПРИСТРОЮ

3.1 Розрахунок ФНЧ

У пристрої ФНЧ виконує функцію фільтрації перешкод. Оскільки в якості датчика вимірювання кутів нахилу використовується датчик фірми Analig Devices ADXL 202, час відгуку якого складає 75 мс, то частота зрізу ФНЧ буде

В якості апроксимуючої передавальної функції приймемо апроксимацію Чебишева. Тоді порядок фільтра визначається

де

– гарант оване затухан ня , =40 дБ;

– нер і вном і рн і сть АЧХ фильтр у в полос і пропускан н я, =1 дБ.

Округляємо отриманий при розрахунку порядок фільтра в бік найближчого більшого цілого числа. По таблиці полюсів равноволновой функції, апроксимуючої частотну характеристику знаходимо координати полюсів, для значення нерівномірності ачх в смузі пропускання 1 дБ

Визначаємо нормовані власні частоти полюсів і їх добротності

Здійснюємо перехід до фізично реалізованого фільтру

Виходячи зі значення добротності та порядку фільтра, розраховуємо активну ланку з Т-мостом наведену на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 – ФНЧ друг ого порядк у

Нехай С19 = С20 = 3300 пф і R4 = R5 тоді

Значення опорів R 4 і R 5 округляємо до найближчого значення із ряду Е24 рівне 3 кОм.

Приймемо R 6 рівним 10кОм, тоді значення R4 визначається

Значення опору R 7 округляємо до найближчого значення із ряду Е24 рівне 10 кОм.

ЛІТЕРАТУРА

1. ДСТУ 3008-95. Документація. Звіти у сфері науки і техніки. Структура і правила оформлення. – К.: Видавництво стандартів, 1995.– 37с.

2. ГОСТ 19.701-90. Единая система программной документации. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения. – М..: Изд-во стандартов, 1991.-25с

3. Weinberg H. Dual Axis, Low g, Ffully Integrated Accelerometers. Analog Dialogue. 1999. Vol. 33. P. 23–26.

4. Лапин А.А. Интерфейсы. Выбор и реализация. М.: Техносфера, 2005. – 168 с.

5. Сигма-дельта АЦП фирмы Analog Devices // Электронные компоненты и системы. – Киев: VD MAIS. – Май 1996. – C. 20–25.

ДОДАТКИ

Додаток А

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

на курсовий проект

"Пристрій виміру та реєстрації кутів нахилу та прискорень рухомих об’єктів"

1 Назва роботи

Пристрій виміру та реєстрації кутів нахилу та прискорень рухомих об’єктів.

2 Основа для виконання

Робота проводиться на основі завдання на курсовий проект у відповідності з варіантом 34.

3 Ціль та актуальність роботи

Ціллю роботи являється розробка пристрою для виміру та реєстрації кутів нахилу та прискорень рухомих об’єктів, функціональної і принципової схеми, розрахунок його основних вузлів, оволодіння методикою проектування електронної апаратури і правилами оформлення технічної документації на проектувальний пристрій.

4 Основні технічні характеристики пристрою виміру та реєстрації кутів нахилу та прискорень рухомих об’єктів

4.2.1 Діапазон кутів 0…90°.

4.2.2 Діапазон прискорень – 0…350 км/год.

4.2.3 Похибка вимірювань – 1 %.