« Преобразователи информации систем управления» и «Микроконтроллерная техника систем управления»

Микросхема ADM208EAR[15] представляет собой высокоскоростной приемопередатчик, работающий от источника питания плюс 5 В. Она имеет в своем составе два приемника и два передатчика сигналов. Микросхема преобразует стандартные уровни логического нуля и единицы интерфейса RS-232 в стандартные ТТЛ/КМОП уровни при приеме, и совершает обратное преобразование при передаче. На рисунке 4.9 приведена стандартная схема включения микросхемы ADM208. Для нормальной работы буфера ADM208EAR требуется 6 электролитических конденсаторов С8, С9, С14, С15, С13,C7 для работы встроенного удвоителя напряжения и инвертора напряжения.Для дальнейшей работы и анализа данных, требуется подключить к буферу RS232/485COM-порт. COM-порт осуществляет прием и передачу данных с МК в ПК и обратно. Линию GND нужно заземлить. Линии DTR, DCD и DSR нужно замкнуть между собой.Линии RTS и CTS, так же замкнуть между собой[5].На рисунке 4.8 изображен Буфер ADM208EARРисунок 4.8 – Буфер ADM208EARДатчик направления ветра LA-14564LA-14564представляет собой анемометр, предназначенный для измерения направления и скорости ветра.Тонкая, оптимизированная по потоку внешняя геометрия обеспечивает безопасные и точные измерения.Рисунок 4.9 – Анемометр LA-14564Для максимальной устойчивости и безопасное долгосрочное использование, мы полагаемся на надежные материалы, такие как корпус из анодированного алюминия.Таблица 4.2 – Параметры датчикаLA-14564ПроизводительLambrechtДиапазон измеренийРабочая температура-30...+70 °C , в условиях обледенения окружающей средыДиапазон измерений направления, °0...360Измерение направления ветраПределы допускаемой погрешности измерения направления ветра, °± 5Общие характеристикиСтепень защитыIP53Материал корпусаАлюминийРазрешающая способность: - румбометра, ° не более 3Принцип измеренияМагнитныйСигнал0...5 ВМощность15 мА при 12 В • 18 мА при 28 ВМасса, кг0,95Питающее напряжение24 В DC (6...28 В DC)Другие характеристикимакс. скорость ветра 60 м/с (измеряемая), для монтажных отверстий Ø 30 мм при макс. толщина материала 10 мм, включая кабель длиной 5м, специальное покрытие корпуса (стойкий к морской воде), Программное обеспечение: регистратор данных, B. TROPOS или SYNMET, Монтаж: траверсы / мачты и блоки питания, 32.14567.010 000 (14567 U10) ригель5 ОЦЕНКА МАКСИМАЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИОценка максимальной погрешности для каналов АЦП определяется по формуле:, (13)где γЛД- собственная погрешность линейного датчика из задания равное (0,05%);γНУ- погрешность нормирующего усилителя;γАЦП- погрешность АЦП;γИОН- погрешность источника опорного напряжения (0,05%);γВЫЧ- погрешность вычислений.5.1 Оценка погрешности АЦПРассчитываем погрешность аналогово-цифрового преобразователя, используя данные из технической документации на микросхему MAX1276[2].Погрешность которую вносит АЦП находится по формуле: (14)где ∆у – погрешность усиления 0,002 МРЗ [2];∆см – погрешность смещения 0,05 МРЗ ;∆дн – погрешность дифференциальной нелинейности 1,5 МРЗ;∆ин – погрешность интегральной нелинейности 2 МРЗ;∆рс – погрешность разрешаемой способности 0,5МРЗ;n – количество разрядов в АЦП .Подставляя значения в формулу (12), получаем:.5.2 Погрешность нормирующего усилителяНормирующий усилитель содержит операционный усилитель, резистивный делитель и защитные диоды. Каждый из этих элементов будет вносить погрешность в величину погрешности нормирующего усилителя, который будет определен по формуле: (15)гдеγОУ– погрешность операционного усилителя;γVD – погрешность защитных диодов;γR– коэффициент погрешность вносимая резисторами.Операционный усилитель неидеальный, поэтому будет вносить погрешность в аналоговый сигнал проходящий через НУ.Погрешность операционного усилителя складывается из погрешностей напряжения смещения ОУ, тока смещения ОУ, максимальную погрешности синфазного сигнала и погрешности вызванная не бесконечным значением коэффициентом усиления при разомкнутом ОС рассчитывается по формуле:(16)Погрешность, вызванная напряжением направленного смещения операционного усилителя, определяется по формуле:(17)гдеUСМ – максимальное напряжение смещения ОУ, которое указано в технической документации микросхемы LT6014, Uсм равен 300 В [2];KСХ – коэффициент усиления для ОУ (для повторителя KСХравен 1,1684).Подставляя значения в формулу (17), получаем:Погрешность, обусловленная наличием тока утечки на обходе ОУ не превышает значение полученная по формуле: (18)где,IСМ – ток максимального смещения IСМ = 1пA [2];Rmax– максимальное значение сопротивление схемы НУ, номиналы резисторов представлены на рисунке 3.5.Подставляя значения в формулу (18), получаем:.Погрешность вызванная не бесконечным значением коэффициентом усиления при разомкнутом ОС (K∞). В документации на ОУ берем значение 2000000В/мВ [2]. Выходное напряжение рассчитывается по формуле:. (19)Подставляем значения в формулу (19) и преобразуем:.Так как Uвх равен Uоп, то найдем абсолютную погрешность вызванную не бесконечным значением коэффициентом усиления при разомкнутом ОС (∆К∞)по формуле:. (20)После подстановки значения Uоп в формулу (20) получаем ∆К∞равное2,1∙10-6.Найдем погрешность вызванная не бесконечным значением коэффициентом усиления при разомкнутом ОС по формуле: . (21)После подстановки значений в формулу (21) получаем:.Максимальная приведенная погрешность, обусловленная конечным значением коэффициента ослабления синфазного сигнала (КОСС) , определяется по формуле:гдеKусф– коэффициент усиления синфазного сигнала.Абсолютная погрешность синфазного сигнала (∆усф) будет выражена по формуле: (22)Поставляя значения в формулу (22) получим ∆усфравное 5∙10-4В.Найдем максимальную погрешность синфазного сигнала по формуле: (23)Поставляя значения в формулу (23) получим:Подставляя в формулу (16) значения, полученные выше найдем погрешность операционного усилителя:Погрешность, вызванная токами утечки диодов, не превысит значение рассчитанной по формуле: (24)гдеIУТ – ток утечки диодов, IУТ = 25А [2];Rmax – максимальное сопротивление резисторов в схеме НУ;KСХ – коэффициент усиления для ОУ (для повторителя KСХ равен1,1684).Подставляя в формулу (24) значения, полученные выше, а так же подставляем значения резисторов из рисунка 3.4 найдем погрешность вызванную токами утечки диодов:Определим погрешность, которую вносят резисторы в нормирующий усилитель по формуле: (25)где ∆UR – абсолютная погрешность напряжения на резисторах.Для нахождения абсолютной погрешности напряжения на резисторах воспользуемся формулой: (26)где URИД – идеальное напряжение на резисторах,URРЕАЛ – реальное напряжение на резисторах. Выбираем максимальное ∆UR равное0,00305 и подставляем в формулу (25) и получаем: Подставим значения рассчитанные выше в формулу (15) погрешности нормирующего усилителя:5.3 Максимальная погрешность для канала АЦПНайдем максимальную оценку погрешности для каналов АЦП подставляя значения рассчитанных выше, а так же погрешность вычислений γВЫЧ из формулы (12):Общая максимальная погрешность для каналов АЦП в соответствии с проведёнными расчётами данных равна 0,378%.Исходя из условия, видно, что погрешность в 0,25 % достигнута не была.Для уменьшения полученной погрешности стоит использовать прецизионные резисторы с погрешностью от 0,0005% до 0,5%6 РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ6.1 Расчёт потребляемой мощностиЗначения потребляемого тока элементами схемы можно узнать из технической документации. Потребляемая мощность прибора определяется по формуле: ,(27)где Р– потребляемая мощность отдельного элемента прибора;U – напряжение питания отдельного элемента прибора;I – ток потребляемый отдельным элементом прибора.Расчет потребляемой мощности спроектированной системой сбора данных представлен в таблице 1.Таблица 1 – Расчёт потребляемой мощности системы сбора данныхНаименованиеэлементаПотребляемыйток, АНапряжение, ВПотребляемаяМощность, ВтМикроконтроллерAtmega320,00550,025АЦП MAX12760,001850,009СтабилизаторLM3170,006100,06СупервизорMAX63890,0150,07БуферADM208EAR0,002550,0125ИОНADR2910,0001250,0003ОУLT60140,0150,06Триггер74HC140,001850,009Общее значение0,037-0,246Из таблицы 1 видно, что значение потребляемой мощности составляет 246мВт, а потребляемый ток составляет 37 мА.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данном курсовом проекте была спроектирована микропроцессорное устройство для измерения направления и скорости ветра сбора данных, которая удовлетворяет поставленным условиям. Для оценки направления ветра применен датчик LA-14564. Максимальная приведенная погрешность всей схемы γ равна 0,283%. При оценке погрешности принимались наихудшие характеристики работы отдельных компонентов, поэтому реальная погрешность будет намного меньше. Так же для уменьшения полученной погрешности стоит использовать прецизионные резисторы с погрешностью от 0,0005% до 0,5%Значение потребляемой мощности составляет 246 мВт.При проектировании прибора были использованы разработки фирмы "Atmel", а также получен навык разработки устройства сбора данных.Для написания программы на языке программирования ассемблер, для микроконтроллера ATmega32, использовалась программа AVR Studio 4.Была разработана принципиальная электрическая и структурная схема микропроцессорной системы сбора данных на базе микроконтроллера ATmega32, с ядром AVR.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВATmega32 Техническая документация [интернет ресурс]http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Atmel/micros/avr/atmega32.htmMAX1276Техническая документация[интернетресурс]http://datasheet4u.com/datasheet/M/A/X/MAX1276MaximIntegratedProducts.pdf.htmlLT6014Техническая документация [интернет ресурс] http://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/104397/LINER/LTC6800HMS8.html74HC14Техническая документация[интернет ресурс]http://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/15537/PHILIPS/74HC14.htmADM208Техническая документация [интернет ресурс] http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/48747/AD/ADM208EAR.htmlМетодические указания по оформлению надежностиЛачин В.И. «Дипломное проектирование» Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR–микроконтроллеров.: Пер. с нем.– Киев.: «МК-Пресс», 2006. – 208с.; ил.Кравченко А.В. 10 Практических устройств на AVR-микроконтроллерах. Книга 1 – М.:Издательский дом «Додэка-XXI», Киев «МК-Пресс», 2008.–224с.; Ил.