Рефераты. Проектирование системы сбора данных

Проектирование 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»

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 |7 |
|4.1 Выбор микропроцессорного комплекта | |
|4.1.1 Аппаратное сопряжение ПК и микроконтроллера |7 |
|4.1.2 Выбор кварцевого резонатора |7 |
|4.1.3 Выбор скорости приема/передачи по RS-232 |8 |
|4.1.4 Разработка формата принимаемых и передаваемых данных по RS-232 |8 |
|4.2 Выбор буфера RS-232………………………………………………………………. |9 |
|4.3 Выбор АЦП. |9 |
|4.3.1 Расчет погрешности вносимой АЦП. |10 |
|4.4 Выбор сторожевого таймера. |11 |
|4.5 Выбор интегральной микросхемы операционного усилителя |12 |
|4.5.1 Расчет погрешностей от нормирующего усилителя |12 |
|4.6 Выбор и расчет внешних элементов гальванической развязки |14 |
| |16 |
|5. АПРОКСИМАЦИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНОГО ДАТЧИКА |18 |
|5.1 Оценка погрешности от аппроксимации | |
| |19 |
|6. ВЫБОР ФОРМАТА ДАННЫХ |20 |
|6.1 Оценка погрешности от перевода коэффициентов |20 |
|7. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ |21 |
|8. РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОШНОСТИ ОСНОВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СХЕМЫ | |
| |22 |
|ПРИЛОЖЕНИЯ | |
|Приложение 1 |23 |
|Приложение 2 |24 |
|Приложение 3 |25 |
|Приложение 4 |26 |
|Приложение 5 |27 |
|СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ |34 |

1. 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.

3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ. ОБОБЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ РАБОТЫ
Структурная схема системы сбора данных представлена на рис.1

Обобщенная структурная схема системы сбора данных.

[pic]

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 [pic] 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 [pic]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
(с (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 [pic](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.

4. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
4.1 Выбор микропроцессорного комплекта
В соответствии с заданием ядром системы послужила однокристальная микро-
ЭВМ 89С51 фирмы Atmel.
Основные характеристики однокристальной микро-ЭВМ 89С51:
• Совместима с однокристальной микро-ЭВМ серии MCS-51™
• 4Kb ре-программируемой флешь памяти
- допустимо: 1000 циклов Записи/Стирания
• Рабочий диапазон частоты синхронизации : от 0 Гц до 24 МГц
• 128 x 8-бит встроенного ОЗУ
• 32 программируемых I/O линии
• Два 16-разрядных таймер/счетчика
• Семь источников внешних прерываний
• Программируемый УАПП
• Возможность включения режима пониженного энергопотребления

4.1.1 Аппаратное сопряжение ПК и микроконтроллера
Для решения задачи сопряжения ПК и микроконтроллера было решено использовать интерфейс RS-232C.
Последовательный порт используется в качестве универсального асинхронного приемопередатчика (УАПП) с фиксированной или переменной скоростью последовательного обмена информацией и возможностью дуплексного включения.
Последовательный интерфейс микроконтроллера МК-51 может работать в следующих четырех режимах:
. Режим 0. Информация передается и принимается через вход RxD приемника

(вывод P3.0). Через выход передатчика TxD (вывод P3.1) выдаются импульсы синхронизации, стробирующие каждый передаваемый или принимаемый бит информации. Формат посылки – 8 бит. Частота приема и передачи – тактовая частота микроконтроллера.
. Режим 1. Информация передается через выход передатчика TxD, а принимается через вход приемника RxD. Формат посылки – 10 бит: старт-бит (ноль), восемь бит данных, программируемый девятый бит и стоп-бит (единица).

Частота приема и передачи задается таймером/счетчиком 1.
. Режим 2. Информация передается через выход передатчика TxD, а принимается через вход приемника RxD. Формат посылки – 11 бит: старт-бит (ноль), восемь бит данных, программируемый девятый бит и 2 стоп-бита (единицы).

Передаваемый девятый бит данных принимает значение бита ТВ8 из регистра специальных функций SCON. Бит ТВ8 в регистре SCON может быть программно установлен в «0» или в «1», или в него, к примеру, можно поместить значение бита Р из регистра PSW для повышения достоверности принимаемой информации (контроль по паритету). При приеме девятый бит данных принятой посылки поступает в бит RB8 регистра SCON. Частота приема и передачи в режиме 2 задается программно и может быть равна тактовой частоте микроконтроллера деленной на 32 или на 64.
. Режим 3. Режим 3 полностью идентичен режиму 2 за исключением частоты приема и передачи, которая в режиме 3 задается таймером/счетчиком 1.
Для реализации обмена информацией между ПК и микроконтроллером наиболее удобным является режим 2, т.к. для работы в этом режиме не требуется таймер/счетчик. Этот режим полностью удовлетворяет предъявленным требованиям.

Страницы: 1, 2, 3