Информационно измерительная система удалённого действия для контроля светового излучения (стр. 3 из 6)
Рисунок 1.5 –Эквивалентная схема пироэлектрического детектора.
2 Выбор, обоснование и предварительный расчет структурной схемы
В качестве датчиков были выбраны датчики видимого светового излучения LUX LITE, вследствии приведенных выше методов контроля светового излучения. Значит в данной курсовой работе представлена информационно-измерительная система удаленного действия для измерения и контроля светового излучения. Она была реализована на базе модуля ADAM-5017 и десяти датчиков светового излучения.Структурная схема разработанной ИИС представлена на рисунке 6.
2.1 Модули серии ADAM-5018
Новые серии компактных устройств распределенного сбора данных и управления ADAM-5017 предназначены для реализации систем с использованием протоколов Fieldbus. Устройства этой серий базируются на стандарте EIARS-485. Базовый блок ADAM-5000 содержит модуль процессора, преобразователь постоянного напряжения, 4 или 8-позиционную объединительную плату и порты последовательной связи. Блок процессора выполняет следующие функции:
-прием и дешифрация команд от центрального управляющего компьютера по последовательному каналу связи;
-управление модулями ввода/вывода;
-ввод, предварительная обработка и преобразование аналоговых и дискретных сигналов;
-сравнение величин аналоговых сигналов с предварительно заданными значениями (уставками);
-вывод аналоговых и дискретных сигналов;
-автоматическая самодиагностика;
-формирование и передача данных по последовательному каналу связи.
Устройства ADAM-5000/017 предназначены для реализации распределенных систем, в которых сбор данных и управление исполнительными устройствами осуществляются удаленными многоканальными модулями ввода-вывода. Для организации связи таких модулей с центральным компьютером используется многоточечная сеть на базе интерфейса RS-485 с двухпроводной линией связи.
Основные технические характеристики:
Модуль процессора.
• Тип процессора: 16-разрядный микропроцессор.
• Количество обслуживаемых модулей ввода-вывода:до 8.
• Сторожевой таймер: встроен.
• Потребляемая мощность: 1,0 Вт.
Гальваническая изоляция
• Напряжение изоляции интерфейса RS-485:2500 В пост, тока.
• Напряжение изоляции цепей питания: 3000 В пост, тока.
• Напряжение изоляции модулей ввода-вывода: 3000 В пост, тока.
Подсистема последовательной связи
• Сетевой интерфейс: RS-232 или RS-485 для подключения к управляющему устройству.
• Скорость обмена: 1200, 2400,4800, 9600,19200, 38400, 57600, 115200 бит/с.
• Максимальная протяженность линии связи: 1200 м.
• Сетевой протокол: полудуплексный, символьный ASCII.
• Поиск ошибок: с использованием контрольной суммы.
• Формат асинхронной передачи данных: 1 старт-бит, 8 бит данных, 1 стоп-бит, без контроля четности
• Максимальное количество узлов сети, управляемых через один последовательный порт: до 256.
• Защита портов последовательной связи: подавление импульсных помех в линии связи интерфейса RS-485.
Подсистема электропитания
• Напряжение питания: нестабилизированное от 10 до 30 В пост, тока
• Защита от непредвиденного изменения полярности напряжения питания
• Подавление импульсных помех во входных цепях встроенного преобразователя напряжения
Механические характеристики
• Корпус: KJW с монтажными элементами
• Извлекаемые клеммные колодки с винтовой фиксацией; сечение жил проводников от 0,5 до 2,5 мм.
Условия эксплуатации
• Диапазон рабочих температур: от -10 до +70°С
• Диапазон температур при хранении: от -25 до +85°С
• Относительная влажность воздуха: от 5 до 95% без конденсации влаги
2.2 LUX LITE - Датчики видимого светового излучения.
Датчик LUX LITE предназначен для измерения видимого светового излучения. Датчик запроектирован специально для:
мониторинга силы света,
инженерского дела освещения,
контроля освещения.
Датчик LUX LITE можно применять в любых атмосферных условиях. Датчик имеет спектральную характеристику согласную требованиям CIE (Comission International d'Eclairage).
В датчике LUX LITE употреблен полупроводниковый элемент (фотодиод), которого выходное напряжение пропорциональное падающему излучению. Благодаря уникальной конструкции окошка (диффузора) его чувствительность пропорциональная косинусу угла падения излучения, что обеспечивает точность измерения.
Диапазон измерения 0...200 kLx
Чувствительность 10 mV/100 kLx (номинально)
Область спектра отвечает области спектра глаза человека
Ошибка измерения напряжения <5%
Ошибка измерения направления <10% (до 80)
Время отклика <0,1сек
Диапазон температур работы -30...+70 °С
Зависимость чувствительности от температуры < +/- 0,2% / °C
В качестве линии связи (ЛС) в разработанной системе применим двухпроводный экранированный низкочастотный кабель марки RG-6/4, образующий двухпроводную симметричную линию связи. Известно, что для выбранного нами кабеля (α) составляет 1,02 дБ на каждые 100 м. В разрабатываемой системе протяженность каждого участка линии связи (L) составляет 5000 метров, а, следовательно, полное затухание будет составлять:
αл = α.L/100 = 1,02.100 = 102 дБ
Таким образом, блок усиления должен обеспечивать коэффициент усиления 100 дБ, т.е. усиливать в 30 раз.
Коэффициент усиления каскада по напряжению:
Рисунок 2.1 – Структурная схема ИИС удалённого действия для измерения и контроля светового излучения.
2.3 РАСЧЕТ ДЕТЕКТОРОВ
Принципиальная схема усовершенствованного варианта детектора приведена на рис. 1. На транзисторах VT1 и VT2 выполнен двухполюсник с отрицательным сопротивлением. Транзистор VT2 создает необходимую ПОС для возбуждения незатухающих колебаний.
Puc.1
Частота генерации определяется параметрами контура L1C1C2 и внутренними емкостями транзисторов VT1, VT2. Резистор R1 определяет режим работы генератора по постоянному току. Резистор R2. вместе с конденсатором С5 образуют фильтр нижних частот с частотой среза, равной приблизительно 300 кГц. Глубина ПОС задается резистором R3 и катушкой индуктивности L3. Сигналы ЧМ блоков выделяются широкополосным контуром L2C4, настроенным на среднюю частоту УКВ диапазона, а, через конденсатор С3 подаются на базу транзистора VT1.
Оптимальный режим работы детектора устанавливается подбором величины ПОС (положительная обратная связь) по минимуму помех приему при достаточной величине полосы удержания принимаемых блоков. Величина ПОС регулируется подстроечником катушки индуктивности L3. При большом уровне принимаемых сигналов возможны помехи, связанные с прямым детектированием соседних по частоте блоков. Этот вид помех можно устранить, подобрав оптимальную длину кабеля.
Исходными данными для расчета всех детекторов являются:
- значение промежуточной частоты fпч;
- значения нижней (Fн) и верхней (Fв) частот модуляции;
- допустимые амплитудные искажения на нижних и верхних частотах модуляции Mн = Mв = 1.1...1.2;
- входное сопротивление (Rвх узч) и емкость (Cвх узч) выбранной ИМС УЗЧ (при отсутствии справочных данных можно принять Cвх узч = 20...30 пФ).
Расчет диодного детектора АМ сигнала
Принципиальная схема диодного АД приведена на рис.1. Для снижения искажений и улучшения фильтрации сопротивление нагрузки детектора разделено на две части (R1 и R2). Потенциометр R2 является одновременно регулятором громкости.
Для расчета АМ детектора дополнительными исходными данными будут:
- нормальное и максимальное значения коэффициента модуляции mН = 0.3, mМАКС = 0.9;
- значения прямого (rПР) и в обратного (rОБР) сопротивления выбранного диода. Если в справочной литературе отсутствуют сведения о rПР и rОБР, их можно приближенно определить, используя значения прямого и обратного токов и соответствующих напряжений:
rПР = UПР / IПР , rОБР = UОБР / IОБР .
Расчет детектора проводим для режима сильных сигналов. Выбираем сопротивление нагрузки детектора для постоянного тока RПТ = 10...20 кОм. Далее рассчитываем значения R2 и R1:
, R1 = RПТ - R2.
Рассчитываем сопротивление нагрузки детектора для переменного тока с частотой модуляции
RНW = R1 + R2 RВХ УЗЧ / (R2 + RВХ УЗЧ ).
Определяем входное сопротивление детектора
Выбираем емкость нагрузки детектора из двух условий:
- допустимых линейных искажений на максимальной частоте модуляции
- малых нелинейных искажений, обусловленных избыточной постоянной времени нагрузки детектора
Из двух значений выбираем меньшее и подбираем стандартные конденсаторы с емкостями:
C1 = CН / 2 , C2 = CН - C1 - CВХ УЗЧ
Определяем емкость разделительного конденсатора, исходя из допустимых искажений в области нижних частот модуляции
