Стандартні параметри інтерфейсу  RS-485

- припустиме число передавачів / приймачів 10;

- максимальна довжина кабелю 1200 м;

- максимальна швидкість зв'язку 10 Мбіт/с;

- діапазон напруг "1" передавача +2...+10 В;

- діапазон напруг "0" передавача -2...-10 В;

- діапазон синфазної напруги передавача -3...+3 В;

- припустимий діапазон напруг приймача -7...+7 В;

- вхідний опір приймача 4 кОм;

На рисунку 3.3 наведена функціональна схема інтерфейсу RS-485.

Рисунок 3.3- Схема інтерфейсу RS-485

Мікроконтролер DD3 має у своєму складі стандартний USART за допомогою, якого здійснюється обмін даними із зовнішнім пристроєм в послідовному форматі. Сигнал TхD (передача даних) поступає на вхід мікросхеми на вхід інтерфейсу RS-485 (DD5) і перетворюється в несиметричний сигнал у форматі стандартного USART. Сигнал стандартного USART, який має рівень від 0 до 5 В.

3.3 Вибір джерела опорної напруги

Живлення всіх елементів має бути стабільним, щоб уникнути збоїв у роботі системи. Для забезпечення високої стабільності використаємо джерело опорної напруги. Найкращими джерелами, які випускаються в теперішній час є: REF-02, AD586, МС7805, LM113, TL431. Одним з найкращих джерел опорної напруги є мікросхема МС7805. Схема підключення опорного джерела живлення МС7805 показана на рисунку 3.4.

Рисунок 3.4 – Схема включення джерела живлення

Джерело опорної напруги МС7805 має такі технічні характеристики:

-         відхилення напруги від опорного значення: ± 0,02 % В;

-         струм споживання 2 μА;

-         діапазон струму навантаження: від 0 до 10 mА;

 - температурний коефіцієнт вихідної напруги: 10-5/ ºС .

3.4 Кисневий датчик А-01

Кисневі датчики для автомобільних газоаналізаторів фірми IT працюють за добре відомим принципом гальванічних осередків, що дає споживачеві

достовірний сигнал по парціальному тиску кисню в вимірювальної голівці.

Кисень проникає крізь синтетичну кіслородопроводящую мембрану в головці датчика і потім відновлюється на поверхні катода. Цей процес відновлення генерує електричний струм, прямо пропорційний парціальному тиску кисню перед датчиком.

Електрохімічна реакція, яка відбувається на поверхні катода, дуже складна. Спрощено, процес може бути виражений наступним хімічним рівнянням:

O2 + 2 H2O + 4 e-=> 4 OH-(1) .

Матеріал анода окислюється для забезпечення балансу електрохімічних реакцій осередку за формулою:

2 Pb => 2 Pb2 + + 4 e-(2) .

Повна хімічна реакція осередку:

2 Pb + O2 => 2 PbO (3) .

При наявності кисню і коли анод і катод електрично з'єднані з провідником, має місце відновний процес, і іони утворюють потік всередині датчика. Зовнішній електричний струм, потрібних для врівноваження потоку іонів, може бути виміряна на резисторі, послідовно з'єднаний з катодом і анодом, як показано на рис. (1). Відповідно до рівнянням (2), матеріал анода поступово споживається процесами, що відбуваються на аноді. Тому датчик має обмежений термін служби, який залежить від доступної маси матеріалу анода та ефективності катодного процесу.

Електрохімічна реакція, також як і процес дифузії кисню крізь мембрану, залежить від температури. У більшості практичних випадків потрібно отримувати температурно-незалежний сигнал у всьому цьому температурному діапазоні. Для компенсації температурної залежності сигналу датчик забезпечений термісторним зв'язком, що має відповідні температурні характеристики.

Датчики серії А фірми IT спроектовані для застосування в автомобільних газоаналізатора. Максимальна ефективність використання буде досягнута, якщо: датчик не буде працювати при температурах, що виходять за межі рекомендованої області, зазначеної у технічній характеристиці датчика; буде захищена від водяного конденсату головка датчика; не підключений ні до якого виду зміщених напруг або не заряджається зовнішнім електричним потенціалом; приєднаний до вимірювальної апаратури з мінімальним вхідним опором 10 кОм; установка / заміна датчика повинна здійснюватися підготовленими фахівцями

Рисунок 3.5 – Структурна схема датчика А-01

Його характеристики:

- діапазон: від 0 до 100% кисню;

- електричний інтерфейс: РCB;

- електричний роз'єм: 3 pin molex;

- робоча температура: від 0 до 50 ° C ;

- вихідна напруга: від 7 до 13 мВ, або на вимогу замовника;

- від 25.1 до 100% кисню: ± 1.0% відносно;

- рекомендоване навантаження: не менше 10 кОм;

- температурна компенсація: вбудована NTC компенсація;

- оптимальна температура зберігання: від 5 до 25 ° C;

- максимальна температура зберігання: від -15 до 60 ° C;

- вага: приблизно 25 г.

Матеріали, з якими можливий контакт: Поліамід 12, нержавіюча сталь

На рисунку 3.6 показаний зовнішній вигляд кисневого датчика А-01 [7].

Рисунок 3.6 – Кисневий датчик А-01

4 Електричні розрахунки компонентів системи вимірювального контролю вологості та температури в теплицях

Здійснимо електричний розрахунок елементів принципової схеми системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів.

З документації на мікросхему AD780 визначаємо номінали конденсаторів С2, С1. Отже, обираємо конденсатори С2 =С1= 100 мФ.

До портів мікроконтролера ХТAL1 та ХТAL2 під’єднано конденсатори  та , між якими розташований кварцовий резонатор ZQ, призначений для того, щоб задавати такт роботи мікроконтролера. Його частота f=1 МГц.

 (4.1)

Візьмемо  пФ.

Схема інтерфейсу RS 485 зображена на рисунку 3.3. Для забезпечення подавлення високочастотних завад живлення кожної мікросхеми, безпосередньо близько до її корпусу шунтуються керамічні конденсатори, а саме С5, С6, С7 ємність яких не перевищує 0,1 мкФ . Звідси випливає, що ємність конденсаторів С5=С6=С7 = 0,1 мкФ.

З документації на мікросхему MC7805 визначаємо номінали конденсаторів С8 – С9.. Отже, обираємо конденсатори С8= С9=0,1 мкФ.

Для забезпечення стабілізації п’яти-вольтового живлення для мікросхем DA1, DA4 використовуємо діоди VD1, VD2, VD3 - діоди напівпровідникові імпульсні 1N4148, які мають такі характеристики:

-         постійна зворотна напруга, UR - 75 В;

-         робоча температура навколишнього середовища - від –65 до +150 °C;

5 Розрахунок похибки вимірювання системи вимірювального контролю вологості та температури в теплицях

Розрахуємо похибку квантування АЦП мікроконтролеру за такою формулою:

     (5.1)

де n- розрядність АЦП n=12;

 - напруга АЦП;  = 10 (В).

Підставивши значення, отримаємо:

.

Похибка розробленої системи в основному буде складатись із похибки датчика, похибки джерела опорної напруги та похибки перетворення АЦП мікроконтролера. І буде знаходитись у межах 1%.

Розрахуємо середньоквадратичне значення похибки мікроконтролера за такою формулою:

                                        (5.2)

Підставивши значення маємо:

Висновки

У курсовому проекті була розроблена система для вимірювання складу вихлопних газів автомобілів.

Висвітлено питання забруднення атмосфери пересувними джерелами, наведені статистичні дані з цього питання, проведена коротка характеристика вмісту викидів автомобілів з бензиновими та дизельними двигунами. Крім цього, в першому розділі охарактеризовано автомобільний транспорт як одне з основних джерел забруднення повітря навколишнього середовища.

Описано шляхи покращення екологічних показників автомобілів. Також цей розділ містить визначення масових викидів шкідливих речовин автомобілів і соціально-економічних збитків, що наносяться довкіллю.

В першому розділі ми розглянули вплив речовин, що утворюються при горінні на навколишнє середовище та на людину, розглянули методи за допомогою яких можливо визначити концентрацію шкідливих речовин у вихлопних газах автомобілів. Зробили огляд існуючих газоаналізаторів.

В другому розділі було подано різні варіанти структурних схем систем для визначення складу вихлопних газів автомобілів. З запропонованих нами варіантів ми обрали один найоптимальніший.

В третьому розділі ми вибрали мікроконтролер фірми Atmel моделі ATMega48 з вбудованим аналого-цифровим перетворювачем, інтерфейс зв’язку між вимірювальною системою і персональним комп’ютером – RS-485, джерело живлення MC7805 та вимірювальний датчик А-01.

В четвертому розділі були проведені розрахунки основних вузлів системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів.

В п’ятому розділі розрахували загальну похибку системи.

Розроблена система має високі метрологічні характеристики та придатна до використання.

Перелік посилань

1.                             Антропогенные проблемы экологии: Методическое пособие. – К.: Вища школа, 1997. – 144 с.

2. Аксенов И.Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. – М.: Транспорт, 1986. – 176 с.

3. Желібо Е.П., Заверуха Н.М., Зацарнкий В.В. “Безпека життєдіяльності”. – Вінниця: ВНТУ, 2004. – 185 с.

4. Клименко Л.П. Техноекологія – О: Таврія, 2000. – 542 с.

5. Бреслер П.І. Оптичні абсорбційні газоаналізатори і їх використання.– Л.: Енергія, 1980. - 164с.

6. ДСТУ 4277 – 2004: Норми і методи вимірювань вмісту оксиду вуглицю та вуглеводнів у відпрацьованих газах автомобілів з двигунами, що працюють на бензині або газовому паливі.

7. Ю.Ф.Гутаревич, Д.В.Зеркалов, А.Г.Говорун, А.О.Корпач, Л.П.Мержиєвська Екологія автомобільного транспорту: Навч. Посібник – К.: Основа, 2002. – 312с.

8. http://www. atmel.сom

9. Проектирование микропроцесорных измерительных приборов и систем/В.Д. Циделко, Н.В. Нагаец, Ю.В. Хохлов и др.- К.: Техніка, 1984.-215с.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5