Информационно измерительная система удалённого действия для контроля светового излучения (стр. 4 из 6)
Определяем коэффициент фильтрации напряжения промежуточной частоты элементами схемы детектора:
- фильтром, образованным RВХ Д, C1
K/Ф = 2 p fПЧ C1 RВХ Д ,
- фильтром, образованным R1, C2
K//Ф = 2 p fПЧ (C2 + CВХ УЗЧ) R1 ,
- общий коэффициент фильтрации
KФ = K/Ф * K//Ф .
Рассчитываем угол отсечки тока диода
и коэффициент передачи детектора
Оцениваем напряжение на входе УЗЧ на средних частотах модуляции
UВХ УЗЧ = UВХ Д mН KДW (RНW - R1) / RНW .
Рассчитываем требуемый коэффициент усиления УЗЧ
KУЗЧі (3...5) * UВЫХ НОМ / UВХ УЗЧ ,
где UВЫХ НОМ - номинальное напряжение звуковой частоты на динамической головке, имеющей сопротивление RДГ (UВЫХ НОМ =
).Расчет детектора ЧМ сигнала
Типовая структура ИМС, выполняющих функции ЧД, (К174УР1, К174УР3, К174ХА6 и др.) включает в себя несколько каскадов усилителя-ограничителя, аналоговый перемножитель и каскад УЗЧ. На рис.2 приведена нумерация выводов ИМС К174УР3. Нумерацию выводов ИМС других типов следует уточнить с использованием справочной литературы.
Работа ЧД основана на преобразовании частотно-модулированного колебания (ЧМК) в колебание с частотно-фазовой модуляцией (ЧФМК) и последующего фазового детектирования путем перемножения принятого и преобразованного колебаний. Роль преобразователя ЧМК в ЧФМК выполняет параллельный фазосдвигающий контур LКC1 и два конденсатора малой емкости C, обеспечивающие начальный фазовый сдвиг между
и 
, равный p / 2. Контур настроен на промежуточную частоту fПЧ. Его ФЧХ вблизи резонансной частоты практически линейна. Для получения требуемой полосы пропускания контур зашунтирован резистором RШ.Следует заметить, что функции фазосдвигающей цепи может выполнять и последовательный колебательный контур, образованный LК и 2C, с частотой настройки wПЧ =
. В этом случае емкость C1 составляет несколько пикофарад и включается только для стабилизации собственной емкости катушки LК.Основной задачей расчета ЧД является определение параметров элементов фазосдвигающей цепи. Ниже приведен расчет для параллельного колебательного контура.
Задаемся требуемым значением полосы пропускания эквивалентного контура DFКЭ = (2...3) DFС, учитывая, что при увеличении значения DFКЭ снижаются нелинейные искажения сигнала, но одновременно происходит уменьшение крутизны детекторной характеристики. Определяем требуемое значение добротности эквивалентного контура QКЭ = fПЧ / DFКЭ.
Выбираем емкость конденсатора C1. При fПЧ = 10.7 МГц емкость конденсатора должна составлять 300...470 пФ. С учетом влияния емкости монтажа и входной емкости ИМС принимаем значение емкости контура CК приблизительно на 10...15 пФ больше емкости конденсатора C1. Рассчитываем индуктивность контура LК. Задавшись конструктивной добротностью контура QК = 80...100, рассчитываем проводимости:
gК = 1 / (wПЧ LК QК),
gКЭ = 1 / (wПЧ LК QКЭ) .
Определяем сопротивление шунтирующего резистора
RШ = 1 / ( gКЭ - gК - gВХ),
где gВХ - проводимость ИМС со входов, к которым подключен фазосдвигающий контур. Ее значение приблизительно 3*10-5 См.
Выбираем значение емкостей последовательных конденсаторов
C Ј 0.2 gКЭ / wПЧ.
Далее рассчитываем параметры цепи коррекции предыскажений (RКЦ, CКЦ). Принимая сопротивление RКЦ = (0.07...0.1)RВХ УЗЧ, определяем
CКЦ = tКЦ / RКЦ,
где tКЦ = 50 мкс - значение постоянной времени корректирующей цепи в системах радиовещания.
На выходе ИМС помимо низкочастотного сигнала присутствует постоянное напряжение приблизительно равное половине напряжения питания, поэтому потенциометр регулятора громкости R2 подключают через разделительный конденсатор CР1. Между потенциометром и входом ИМС УЗЧ необходим еще один разделительный конденсатор CР2. Задаемся сопротивлением R2 = (0.3...0.5) RВХ УЗЧ. Рассчитываем
Входная проводимость детектора (gВХ Д = 1 / RВХ Д) равна входной проводимости ИМС.
Определяем из справочных данных на используемую ИМС значение напряжения звуковой частоты на выходе ЧД (UВЫХ ЧД). Это напряжение поступает на вход УЗЧ, поэтому UВХ УЗЧ = UВЫХ ЧД. Аналогично п.1 рассчитываем требуемый коэффициент усиления УЗЧ (KУЗЧ).
3 Описание принципа работы разработанной структурной схемы
В данной курсовой работе представлена информационно-измерительная система удаленного действия для измерения и контроля светового излучения. Она была реализована на базе модулей ADAM-5017, 10 датчиков видимого светового излучения LUX LITE и центрального компьютера, управляющего процессом измерения светового излучения при помощи выше перечисленных устройств.
Световое излучение контролируется при помощи датчиков видимого светового излучения LUX LITE, в которых при облучении кремниевых фотодиодов светом возникает напряжение, определенным образом зависящее от силы света. Эффект, вызывающий возникновение этого напряжения, называется внутренним фотоэффектом. Преобразование ток – напряжение с обеспечением линейности выходного напряжения осуществляется с помощью резистора в цепи обратной связи операционного усилителя. Для больших усилений слабых фотопотоков применяют операционные усилители на полевых транзисторах с высоким входным сопротивлением (10нОм) и высокоомные резисторы.
Цифровой сигнал по линии связи, в качестве которой выступает двухпроводный экранированный низкочастотный кабель марки RG-6/4, поступает на блок усиления, где компенсируется затухание уровня полезного сигнала, внесенного линией связи протяженностью 10000 м.
Устройство ADAM-5000/017 является устройством ввода сигнала от датчиков. Он является вторичным ИПД (получает сигнал от датчиков, обрабатывает его, накапливает, отображает и передает на персональный компьютер). 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.
Устройство ADAM-5000/TCP функционирует как центр обработки данных ввода-вывода в составе сети Ethernet. Использование технологии Ethernet обеспечивает обмен данными о состоянии процесса и передачу сигналов управления со скоростью 10/100 Мбит/с. Этот новый продукт позволяет в рамках сети Ethernet выполнять не только ввод-вывод данных, но также достаточно просто реализовывать для разнообразных приложений функции локального управления, заменяя различные программируемые устройства, использующие коммуникационный протокол ModBus.
Устройства объединяются в сеть с использованием интерфейса EIARS-485, который является одним из наиболее распространенных промышленных стандартов для двунаправленной последовательной передачи данных по симметричной двухпроводной линии связи. Интерфейс EIARS-485 был специально разработан для применения в промышленной автоматизации для передачи высокоскоростной информации на большие расстояния. Во всех модулях серии устройств реализована оптическая изоляция интерфейса последовательной передачи данных для предотвращения влияния гальванической связи между территориально расположенными устройствами на качество функционирования системы, а также для снижения вероятности повреждения модулей импульсными помехами и выбросами напряжения в цепях питания и линии связи.
Управление многоточечной системой модулей осуществляется центральным компьютером путем передачи через последовательный порт символьных команд и приема ответных сообщений от модулей. Команды представляются в формате ASCII. При помощи компьютера полученные результаты измерения уровня представляются на анализ оператору в удобной для него форме, что обеспечивается наличием соответствующего программного обеспечения. Так же реализуется функция удаленной программной настройки типов и диапазонов принимаемых сигналов, что обеспечивает возможность их применения для сопряжения с различными датчиками и преобразователями непрерывных параметров. Тип и диапазон входного сигнала устанавливается путем передачи в адрес устройства АDAM - 5017, по последовательному каналу связи, соответствующей команды.
4 Описание схемы электрической и электрический расчет блока усиления
Для объединения датчиков видимого светового излучения LUX LITE и устройства ввода-вывода ADAM-5000 в многоточечную сеть передачи данных, создаваемую на базе управляющего компьютера с использованием стандарта последовательной связи RS-485, требуется одна пара проводов, образующих двухпроводную симметричную линию связи. Стандарт EIARS-485 ориентирован на применение в промышленных условиях для высокоскоростной передачи информации на большие расстояния. Для обмена данными в системах на базе устройств ADAM-5000/017 используется единственная витая пара. Для обеспечения качественной, надежной связи в устройствах реализованы специальные цепи подавления и защиты от помех. Это упрощает монтажные и пусконаладочные работы, а также позволяет снизить общую стоимость системы за счет сокращения затрат на кабельную продукцию, разъемные соединения, повторители и дополнительные фильтры.