Проектирование системы сбора и обработки информации от аналогового датчика физической величины

Использование микропроцессоров позволяет создавать очень сложные инструменты, находящие свое применение в различных областях повседневной жизни. Например, микропроцессорные системы «умеют» стирать одежду, варить кофе, воспроизводить музыку, охранять дома, а также регулировать температуру внутри помещений. Микропроцессоры являются цифровыми устройствами, работающими с двоичными кодами. В виде двоичных кодов можно представить практически любые электрические сигналы. Однако мы живем в аналоговом мире, где большинство устройств не являются цифровыми. Более того, сигналы окружающего нас мира не всегда бывают электрическими. Для того чтобы сложные интеллектуальные цифровые системы могли воспринимать информацию из внешнего мира, необходимы интерфейсные устройства, преобразующие разнообразные физические величины в электрические сигналы. Такими интерфейсными устройствами и являются датчики. Другими словами, датчики - это глаза, уши и органы обоняния кремниевых кристаллов. В настоящее время датчики стали неотъемлемой частью жизни любого человека.

Датчик - это устройство, воспринимающее внешние воздействия и реагирующее на них изменением электрических сигналов. Назначение датчиков - реакция на определенное внешнее физическое воздействие и преобразование его в электрический сигнал, совместимый с измерительными схемами. Другими словами, можно сказать, что датчик - это преобразователь физической величины (часто неэлектрической) в электрический сигнал.

Под термином электрический сигнал понимается сигнал, который может быть преобразован при помощи электронных устройств, например, усилен или передан по линии передач. Выходными сигналами датчиков могут быть напряжение, ток или заряд, которые описываются следующими характеристиками: амплитудой, частотой, фазой или цифровым кодом. Этот набор характеристик называется форматом выходного сигнала. Таким образом, каждый датчик характеризуется набором входных параметров (любой физической природы) и набором выходных электрических параметров. Любой датчик является преобразователем энергии. Вне зависимости от типа измеряемой величины всегда происходит передача энергии от исследуемого объекта к датчику. Работа датчика - это особый случай передачи информации, а любая передача информации связана с передачей энергии. Очевидным является тот факт, что передача энергии может проходить в двух направлениях, т.е. она может быть как положительной, так и отрицательной, например, энергия может передаваться от объекта к датчику, и, наоборот, от датчика к объекту. Особым случаем является ситуация, при которой энергия равна нулю, но и в этом случае происходит передача информации о существовании именно такой особой ситуации. Например, инфракрасный датчик температуры вырабатывает положительное напряжение, когда объект теплее датчика (инфракрасное излучение направлено в сторону датчика), или отрицательное напряжение, когда объект холоднее датчика (инфракрасное излучение направлено от датчика на объект). Когда датчик и объект имеют одинаковую температуру, инфракрасный поток равен нулю, и выходное напряжение также равно нулю. В этой ситуации и заключена информация о равенстве температур датчика и объекта.

Все датчики можно разделить на две группы: датчики прямого действия и составные датчики. Датчики прямого действия преобразуют внешнее воздействие непосредственно в электрический сигнал, используя для этого соответствующее физическое явление, в то время как в составных датчиках, прежде чем получить электрический сигнал на выходе оконечного датчика прямого действия необходимо осуществить несколько преобразований энергии.

На практике датчики не работают сами по себе. Как правило, они входят в состав измерительных систем, часто довольно больших, объединяющих много разных детекторов, преобразователей сигналов, сигнальных процессоров, запоминающих устройств и приводов. Датчики в таких системах могут быть как наружными, так и встроенными. Часто их располагают на входах измерительных приборов для того, чтобы они реагировали на внешние воздействия и сообщали системе об изменениях в окружающих условиях. Также они размещаются внутри измерительных систем для мониторинга их функционирования, что необходимо для поддержания корректной работы всех внутренних устройств. Датчики являются неотъемлемой частью систем сбора данных, которые, в свою очередь, могут входить в состав больших измерительных комплексов со множеством обратных связей.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

. Описать принцип действия аналогового датчика и выбрать модель датчика.

. Описать принцип действия АЦП и выбрать ИМС АЦП. Произвести расчеты АЦП, соответствующие типу АЦП.

. Согласовать датчик и ИМС АЦП (выбрать и рассчитать операционный усилитель).

. Описать заданный микроконтроллер. Составить алгоритм работы программы микроконтроллера.

. Описать заданный тип выходной нагрузки системы и выбрать ИМС для ее реализации.

. Провести расчет надежности полученной системы.

. Построить электрическую структурную схему проектируемой системы (формат А3).

. Построить электрическую принципиальную схему проектируемой системы (формат А3).

Кол-во датчиков

Аналоговый датчик

АЦП

Микро-контроллер

Выходная нагрузка

48

4

Цвета

АЦП последовательного приближения

AVR ATMega128

RS-232

 

Похожые стьтьи по экономике

Расчет однокаскадного усилителя биполярного транзистора
Транзистор - это полупроводниковый электронный прибор, управляющий током в электрической цепи, за счёт изменения входного напряжения или тока. Но по сути это обычный выключатель, включаю ...

Разработка устройства формирования управляющих сигналов
Курсовая работа состоит в разработке устройства формирования управляющих сигналов с «жесткой» логикой работы. В процессе выполнения курсовой работы необходимо рассмотреть особенности ...

Генератор синусоидальных модулированных колебаний
Невозможно назвать хотя бы одну отрасль экспериментальной, лечебной или профилактической медицины, которая могла бы рассчитывать даже на малый успех без применения электронной медицинск ...

Разделы

© 2018 - www.frontinformatics.ru