Обобщенная структурная схема системы сбора данных.

ФИЛИАЛ МОСКОВСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АКАДЕМИИ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

В Г. УГЛИЧ

Кафедра « ТОЧНЫЕ ПРРИБОРЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ »

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Микропроцессорная измерительная техника»

на тему : «Проектирование системы сбора данных»

 

 

Студент Алещенко Д. А.	Шифр 96207
Вариант 1	преподаватель Канаев С.А.

 

 

Подпись студента	Подпись преподавателя
Дата 2.06.2000	Дата

 

 

 г. Углич 2000 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ	3
2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ	4
3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ. ОБОБЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ РАБОТЫ	5
4. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 4.1 Выбор микропроцессорного комплекта 4.1.1 Аппаратное сопряжение ПК и микроконтроллера        4.1.2 Выбор кварцевого резонатора        4.1.3 Выбор с корости приема/передачи по RS-232        4 .1.4 Разработка формата принимаемых и передаваемых данных по RS-232 4 .2 Выбор буфера RS-232 ………………………………………………………………. 4.3 Выбор АЦП.   4.3.1 Расчет погрешности вносимой АЦП. 4.4 Выбор сторожевого таймера. 4.5 Выбор интегральной микросхемы операционного усилителя   4.5.1 Расчет погрешностей от нормирующего усилителя 4.6 Выбор и расчет внешних элементов гальванической развязки	7 7 7 8 8 9 9 10 11 12 12 14 16
5 . АПРОКСИМАЦИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНОГО ДАТЧИКА 5.1 Оценка погрешности от аппроксимации	18 19
6 . ВЫБОР ФОРМАТА ДАННЫХ 6.1 Оценка погрешности от перевода коэффициентов	20 20
7. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ	21
8. РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОШНОСТИ ОСНОВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СХЕМЫ	22
ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 Приложение 4 Приложение 5	23 24 25 26 27
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	34

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время проектированию измерительных систем уделяется много времени. Делается большой акцент на применение в этих системах электронно-цифровых приборов. Высокая скорость измерения параметров, удобная форма представления информации, гибкий интерфейс, сравнительно небольшая погрешность измерения по сравнению с механическими и электромеханическими средствами измерения все эти и многие другие преимущества делаю данную систему перспективной в развитии и в дальнейшем использовании во многих отраслях производства.

Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса.

Использование микроконтроллеров в изделиях не только приводит к повышению технико-экономических показателей (надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров), но и позволяет сократить время разработки изделий и делает их модифицируемыми, адаптивными, а также позволяет уменьшить их стоимость. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение высоких показателей эффективности при низкой стоимости.

Системы сбора данных в наши дни сделали большой шаг в вперед и в плотную приблизились к использованию совершенных электронных технологий. Сейчас, многие системы сбора данных состоящие из аналогового коммутатора, усилителя выборки-хранения, АЦП, стали размещать на одной интегральной микросхеме, что сравнительно повлияло на скорость обработки данных, удобство в использовании, и конечно же на их стоимость.

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Требуется спроектировать систему сбора данных предназначенную для сбора и первичной обработки информации поступающей с четырех датчиков давления и датчика контроля за давлением.

Основные характеристики:

Количество каналов подключения датчиков давления	4
Количество линейных датчиков статическая характеристика диапазон измеряемого давления собственная погрешность измерения	3 U(p)=a0p+b a0=0.1428 b=-0.71 5..50 КПа 0.1%
Количество нелинейных датчиков статическая характеристика   диапазон измеряемого давления собственная погрешность измерения	1 U(p)=a0p+a1p2+a2p3+b a0=0.998, a1=0.003 a2=-0.001 b=-2.5 0.01..5 Мпа 0.1%
Максимальная погрешность одного канала не более	0.5%
Количество развязанных оптоизолированных входов для подключения датчика контроля за давлением Активный уровень Выходное напряжение логического нуля Выходное напряжение логической единицы Максимальный выходной ток логического нуля мА логической единицы мА	1 1 уровень ТТЛШ уровень ТТЛШ   2.5 1.2
Режим измерения давления	Статический
Базовая микро-ЭВМ	89С51 фирмы Atmel

 

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ. ОБОБЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ РАБОТЫ

Структурная схема системы сбора данных представлена на рис.1

Обобщенная структурная схема системы сбора данных.

ДД1,ДД2,ДД3 – линейные датчики давления,

ДД4- нелинейный датчик давления,

ДКД1, ДКД2 – датчики контроля за давлением

AD7890 – АЦП, УВХ, ИОН, аналоговый коммутатор,

98С51 – микро-ЭВМ,

WDT –сторожевой таймер.

Рисунок 1.

Датчики давления преобразовывают измеренное давление в электрический сигнал.

Нормирующие усилители преобразовывают выходное напряжение с датчиков давления к входному напряжению АЦП.

AD7890 (далее АЦП) служит для того чтобы, переключать требуемый канал коммутатора, преобразовать аналоговую величину напряжения в соответствующий ей двоичный цифровой код.

Однокристальная микро-ЭВМ предназначена для того чтобы:

· производить расчет - Р(код) по известной статической характеристике датчика давления;

· передавать рассчитанное давление по последовательному интерфейсу RS-232 в ПК.

Буфер последовательного интерфейса RS-232 введен в схему, для того чтобы преобразовывать логические уровни между ПК и микро-ЭВМ и микро-ЭВМ и ПК.

Т.К. работа системы производится в автономном режиме и она не предусмотрена для работы с оператором, то в состав системы дополнительно вводится интегральная микросхема сторожевого таймера, предназначенная для вывода микро-ЭВМ из состояния зависания и ее сбросе при включении питания.

Временная диаграмма работы сторожевого таймера представлена на листе 2 графической части.

Блок схема обобщенного алгоритма работы представлена в приложении 4.

При включении питания микро-ЭВМ 89С51 реализует подпрограмму инициализации (1. инициализация УАПП, 2. установка приоритета прерываний, 7. разрешение прерываний). По запросу от ПК «Считать измеренное давление с датчика N» (где N – номер датчика давления), МП последовательно выдает с линии 1 порта 1(Р1.1), байт данных (в котором 1-ый, 2-ой и 3-ий биты указывают на выбор канала мультиплексора) на вход АЦП — DATA IN. Прием каждого бита этого байта происходит по фронту импульсов сигнала поступающего на вход SCLK от МП с линии 2 порта 1 (Р 1.2). Передача этого байта стробируется сигналом (низкий уровень), поступающего на вход  от МП с линии 4 порта 1 (см. графическую часть лист 2) Приняв байт информации АЦП производит переключение требуемого канала. После этого МП выдает отрицательный импульс на вывод с линии 7 порта 1 и по положительному переходу этого импульса начинается процесс преобразования напряжение в двоичный код, которое поступает от датчика давления – N. По истечении 5.9 mс (время преобразования ) АЦП готов к последовательной передачи полученного 12-ти разрядного двоичного кода. Процесс передачи данных от АЦП к МП производится при стробировании сигнала (низкий уровень), поступающего с линии 5 порта 1 на вывод (см. графическую часть лист 2). Формат посылки состоит из 15-ти бит (первые три бита несут за собой номер включенного текущего канала, а остальные 12 бит двоичный код ). Приняв двоичный код, МП путем математических вычислений(см. п.5) находит зависимость Р(код) и посылает в ПК по последовательному интерфейсу RS-232 полученное значение давления P. На этом цикл работы системы заканчивается.