Реферат: Разработка устройства регистрации сигналов с датчиков
· Для работы с датчиками необходимы измерительные преобразователи (ИП ), которые усилили бы сигналы для последующего аналого-цифрового преобразования и произвели фильтрацию сигнала. Так как с выхода ПДУ поступает физическая величина «ускорение», а нам нужна «скорость», то измерительный преобразователь должен еще и проинтегрировать сигнал с датчика. Также проектируемое устройство должно обрабатывать сигнал поступающий с ПДУ с допустимой погрешностью, как указано в ТЗ.
· Далее нужно оцифровать полученный аналоговый сигнал. Функцию оцифровки сигнала выполнит аналогово-цифровой преобразователь (АЦП ).
· Для контроля измерения по определенным уровням необходимо использовать устройство сравнения (УС ), которое будет сравнивать полученные результаты с заданными уровнями контроля.
· Для соглосования работы всех блоков входящих в состав УРС необходимо устройство управления (УУ ).
· Для связи с ЭВМ нам нужен интерфейсный модуль (ИМ ), который преобразовывал бы уровни напряжения, соответствующие цифровым величинам в форму понятную для интерфейса последовательного обмена RS232C. Так как по ТЗ величина линии связи устройства с ЭВМ составляет 20 м., а как известно, интерфейс RS232C поддерживает связь только на 15 м, то необходимо осуществить гальваническую развязку между УРС и ЭВМ.
П
олучается пять блоков. Далее на РИС 2. следует структурная схема системы «УРС - ЭВМ»:
ИМ передает сигналы управления от пользователя устройству управления. УУ должно управлять всеми блоками в устройстве кроме ИП, так как в их работе никакого управления не требуется. Потоки данных распределяются так: с ИП идут 16 аналоговых величин и поступают на аналоговый коммутатор ( служит для переключения нескольких входных аналоговых входов на один выходной), затем на аналоговые входы АЦП, с выхода которого данные попадают в модуль УС и анализируется им. Сравнив значения измерений и порогового уровня результаты записываются во внутрений регистр. Далее ИМ передает в ЭВМ два байта данных, каждый бит которого соответствует одному каналу. Если бит равен 1, то уровень сигнала данного канала превышает пороговое значение.
3.2. Аналоговая часть проектируемого устройства
К аналоговой части проектируемого устройства относятся пьезо-датчики ускорения, измерительные преобразователи, коммутатор и АЦП.
В состав ИП входят:
· усилитель заряда (УЗ ), для для усиления сигнала с выхода высокоимпедансных датчиков
· масштабный усилитель (МУ ). МУ должен иметь восемь коэффициентов усиления для восьми диапазонов
· интегрирующий усилитель (ИУ )
· аналоговый коммутатор для переключения диапазонов и регистр состояния диапазонов.
Поскольку существует немало микросхем АЦП, которые имееют несколько аналоговых входов и осуществляют переключение между ними, то можно подключить сразу несколько ИП к одному АЦП. Исходя из ТЗ и главным образом из задачи макимально возможной аппаратной минимизации возможно использовать два 8-ми разрядных АЦП, к которым будет подключено по 8 ИП.
3.3. Устройство управления
Для того, чтобы выделить узлы УУ, опишем работу УРС. От пользователя поступает команда «Начать », которой является управляющее слово, задающее диапазон и уровень контроля. После этой команды, которая передается устройству управления через ИМ, УУ запускает все блоки УРС. В регистре состояния запоминается диапазон (1-8). Сигналы с датчиков подаются на входы ИП. На входы АЦП попадает отфильтрованный, отмасштабированный, проинтегрированный сигнал. Внутри АЦП производится поочередный выбор входов (каждому датчику соответствует свой вход АЦП) и идет преобразование аналоговой величины в цифровую. С выхода АЦП цифровая величина попадает в блок сравнения. УУ формирует на входе УС код, соответствующий пороговому уровню текущего канала В нем сравнивается это измерение с уровнем контроля, и, в зависимости от результата, передает байт соответствия контрольному уровню через ИМ по каналу связи в ЭВМ. Работа, как уже упоминалось, начинается и заканчивается по командам пользователя: команда окончания работы попадает в ИМ, который передает ее УУ.
В итоге в устройстве управления можно выделить три блока:
· блок установки и сравнения уровня контроля управляющий работой УС
· блок управления выбором диапазона
· блок запуска и окончания работы УРС
4. Реализация функциональных узлов в УРС.
1.ИП реализуются на операционных усилителях, причем один усилитель является усилителем заряда, поступающего с датчиков, один масштабный усилитель с переключаемым коэффициентом усиления (по ТЗ в УРС восемь диапазонов и соответственно восемь Ку ) и один интегрирующий усилитель. В итоге получаем три усилителя на каждый канал.
2.АЦП, как отмечалось выше необходимо реализовать на 2 микросхемах, имеющих по 8 аналоговых входа.
3.Блок УС и УУ из-за их сложности удобнее реализовать на процессоре, чтобы все вычисления выполнялись программно, а не аппаратно.
4.Блок ИМ можно реализовать на однокристальной микро-ЭВМ, со встроенным последовательным портом. Так как по ТЗ УРС удален от ЭВМ на 20м, а интерфейс RS232C обеспечивает только 15м, то требуется дополнительная схема для преобразования уровня сигнала. В качестве такой схемы подойдет «токовая петля». Эта схема, во-первых, осуществит гальваническую развязку УРС и ЭВМ, а, во-вторых, по необходимости обеспечит связь более чем на 200м
4.1. Выбор АЦП
Ядром аналоговой части является АЦП. Выделим требования, предъявляемые к АЦП:
· Как уже говорилось, АЦП должен иметь 8 аналоговых входа с внутренним переключением.