Разработка датчика для измерения вязкости жидкости нефтепродуктов
Анализ существующих методов измерения вязкости нефтепродуктов. Принцип построения структурной схемы вибрационного вискозиметра. Температурный датчик с цифровым выходом. Разработка структурной схемы датчика для измерения вязкости, алгоритм работы.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.12.2011 |
| Размер файла | 2,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Supply Voltage For LED- Напряжение питания для LED-
0V 0 В
3.1.9 Устройство управления
Нередко в устройстве, собранном с применением микроконтроллеров, предусмотрен ввод данных с использованием кнопок, переключателей или других контактных групп. Реализовать такое схемное решение очень просто учитывая то, что кроме собственно кнопки и подтягивающего резистора (и то, в некоторых случаях он не нужен) больше ничего не надо. Но простое подключение контактных групп к линиям ввода/вывода микроконтроллера может породить проблему нехватки этих самых линий, если таких контактных групп много. Решение проблемы довольно простое - использование клавиатурной матрицы.
Схема клавиатурной матрицы представлена на рисунке. Кнопки включены таким образом, что при нажатии кнопка замыкает строку на столбец. Из схемы видно, что часть линий контроллера используется в качестве сканирующих (столбцы), а часть в качестве считывающих (строки). Количество кнопок, подключенных таким образом, определяется как количество сканирующих линий умноженное на количество считывающих. Отсюда следует, что использование матричной клавиатуры для случая, когда кнопок меньше или равно четырем, не имеет смысла, так как понадобятся те же четыре линии, а схема и прошивка усложнятся.
Рисунок3.1.4 - Схема матричной клавиатуры
Технические характеристики
|
Вид клавиатуры |
универсальная |
|
|
Рабочая температура |
-20...60°C |
|
|
Ресурс |
1·106 cycles |
|
|
Рабочий ток макс. |
20 мА |
|
|
Рабочее напряжение макс. |
24 V DC |
|
|
Сопротивление контакта макс. |
200 мОм |
|
|
Ход кнопки |
1,2 мм |
|
|
Высота |
64 мм |
3.1.10 Интерфейс
Интерфейс -- совокупность средств, методов и правил взаимодействия (управления, контроля и т. д.) между элементами системы.
Этот термин используется во многих областях науки и техники. Его значение относится к любому сопряжению взаимодействующих сущностей (как естественнонаучных, так аппаратных и человеко-машинных). Под интерфейсом понимают не только устройства, но и правила (протокол) взаимодействия этих устройств.
Интерфейсы в вычислительной технике
Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами (например, научившись работать с одной программой под Windows, пользователь с легкостью освоит и другие -- потому, что они имеют одинаковый интерфейс).
В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях. Соответственно, согласно этому, интерфейсы могут существовать как:
Способ взаимодействия физических устройств («Железный» интерфейс, чаще всего речь идёт о компьютерных портах)
§ Сетевой интерфейс
§ Сетевой шлюз -- устройство, соединяющее локальную сеть с более крупной, например, Интернетом
§ Шина (компьютер)
Способ взаимодействия виртуальных устройств (Программный интерфейс)
§ Интерфейс функции
§ Интерфейс программирования приложений (API): набор стандартных библиотечных методов, которые программист может использовать для доступа к функциональности другой программы.
§ Вызов удалённых процедур
§ COM-интерфейс
§ Интерфейс (ООП)
3.1.11 Источники питания
Источник питания это готовое устройство с определенными
электротехническими параметрами, предназначенное для обеспечения электроэнергией электронной аппаратуры. Основные виды источников питания:
- ИБП - источники бесперебойного питания, обычно предназначенные для резервного обеспечения энергией, когда основной источник электропитания не работает,
- импульсные источники питания,
- преобразователи напряжения и инверторы, с помощью которых в общую электросеть можно подключать разнотипное электрооборудование,
- зарядные устройства,
- аккумуляторы, батареи, элементы питания, предназначенные для автономной работы,
- сетевые источники питания.
Для бесперебойной надежной работы электронного оборудования необходим правильно подобранный источник питания. При его выборе нужно учесть условия эксплуатации, параметры нагрузки, которая будет подключаться, требования безопасности.
Важнее всего обеспечить соответствие электрических параметров источников питания требованиям нагрузки - устройства, подключаемого к источнику питания:
- потребляемый ток,
- напряжение,
- уровень стабилизации напряжения.
Несоответствие хотя бы одного параметра может привести к неправильной эксплуатации оборудования и даже поломке, поэтому к выбору источников питания нужно подойти со всей серьезностью.
Также достаточно важными характеристиками источников питания можно назвать его размеры и массу, а также систему автоматической защиты.
3.2 Разработка схемы электрической принципиальной вибрационного вискозиметра
3.2.1 Источник излучения
Светодиодное освещение -- одно из перспективных направлений технологий искусственного освещения, основанное на использованиисветодиодов в качестве источника света. Активное использование данных источников света в России началось только в начале двухтысячных. Вскоре использование светодиодных ламп в освещении стало занимать не менее 6% рынка (по данным 2006 года). Развитие светодиодного освещения непосредственно связано с технологической эволюцией светодиода. Разработаны так называемые сверхъяркие светодиоды, специально предназначенные для искусственного освещения. Излучение возникает в процессе рекомбинации носителей заряда, которые образуются при прохождении тока через диод. Поскольку, оно имеет спонтанный характер, который определяется случайными характеристиками, можно использовать только модуляцию по интенсивности излучения. Мощность излучения светодиодов может достигать нескольких десятков мкВт, ширина спектра - до 200 нм, а ширина диаграммы направленности (ширина пучка) - до 120°. Для достижения максимальной эффективности было идеально, если бы все излучение от источника поступало в линию. Для светодиодов потери мощности при переходе в линию составляют 10 дБ. Кроме того, поскольку излучение - не когерентное, то есть оно происходит в некотором спектральном диапазоне, будет происходить дополнительное искажение передаваемого сигнала (уширение импульсов), за счет различий в распространении разных спектральных составляющих. Понятно, что не плохо было бы добиться сужения пучка излучения и его спектра. Направленность излучения можно улучшить путем применения линз.
Экономично используют энергию по сравнению с предшествующими поколениями электрических источников света -- дуговых, накальных и газоразрядных. Так, световая отдача светодиодных систем уличного освещения с резонансным источником питания достигает 120 люменов наватт[4], что сравнимо с отдачей натриевых газоразрядных ламп -- 150-220 люмен на ватт. Люминесцентные лампы имеют световую отдачу 60-100 люмен на ватт, а лампы накаливания -- 10-24 люмен на ватт (включая галогенные). датчик вязкость вибрационный вискозиметр
Возможность получать различные спектральные характеристики без применения светофильтров (как в случае ламп накаливания).
Отсутствие ртутных паров (в отличие от газоразрядных люминесцентных ламп и других приборов), что исключает отравление ртутью при переработке и при эксплуатации.
Малое ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.
Незначительное тепловыделение (для маломощных устройств).
Среди производителей именно светодиодные источники света считаются наиболее функционально-перспективным направлением как с точки зрения энергоэффективности, так и затратности и практического применения. В основном применяются приборы на белых светодиодах.
Основной недостаток -- высокая цена. Отношение цена/люмен у сверхъярких светодиодов в 50 -- 100 раз больше, чем у обычной лампы накаливания. Впрочем, на начало 2011 года в продаже уже появились светодиодные лампы по ценам (за люмен), конкурентоспособным скомпактными люминесцентными лампами.
Технические параметры
|
Материал |
GaP |
|
|
Цвет свечения |
красный |
|
|
Длина волны,нм |
690 |
|
|
Минимальная сила света Iv мин.,мКд |
0.5 |
|
|
Максимальная сила света Iv макс.,мКд |
0.5 |
|
|
при токе Iпр.,мА |
20 |
|
|
Цвет линзы |
прозрачный |
|
|
Форма линзы |
круглая |
|
|
Размер линзы,мм |
5 |
|
|
Максимальное прямое напряжение ,В |
2.8 |
|
|
Максимальное обратное напряжение ,В |
2 |
|
|
Максимальный импульсный прямой ток,мА |
60 |
|
|
Рабочая температура ,С |
-60...70 |
|
|
Цена |
10 грн |
Резисторы с углеродным проводящим слоем предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Являются заменой отечественных резисторов С1-4 Номинальная мощность: 0.25 Вт, 0.5 Вт, 1 Вт, 2 Вт Диапазон номинальных сопротивлений: 1 Ом - 10 МОм; ряд E24 Точность: 5% (J) Диапазон рабочих температур: -55 …+125°C
|
D,мм |
L, мм |
I ,мм |
D ,мм |
Масса ,г |
|
|
6,0±0,2 |
2,4±0,2 |
27,5±1,0 |
0,6±0,06 |
0,24 |
3.2.2 Приемник излучения
Приемник излучения должен преобразовать оптический сигнал в электрический. Поскольку информационный сигнал содержится в модулированном световом потоке, этот поток должен быть принят как можно полнее и без искажений. Так как рабочая поверхность приемника - намного больше сечения световода, потери при переходе излучения в приемник будут намного меньше, чем при переходе от источника в линию. Для приема излучения могут использоваться фотодиоды. Это - полупроводниковые приборы на основе кремния, германия и соединений элементов третьей и пятой групп. В обычных фотодиодах формируется ток, зависящий от интенсивности падающего излучения, их отличают хорошая линейность и стабильность работы, малое время отклика, но они не обеспечивают усиление фототока
Навесные элементы:
Фотодиод ФД 297М
- двухкристалльный кремниевый p-i-n-фотодиод;
- отсутствие электрической взаимосвязи между фоточувствительными элементами (ФЧЭ);
- повышенная стойкость к ионизирующему излучению;
- герметичное исполнение;
- металлостеклянный корпус с плоским входным стеклянным окном;
- применение: датчики ближнего ИК-излучения.
Технические характеристики
|
Наименование параметра, единица измерения |
Типичное значение |
|
|
Площадь ФЧЭ, мм2 |
1,55х2,0 |
|
|
Режим работы - фотодиодный. Напряжение смещения Uсм, В, не более |
3 |
|
|
Темновой ток каждого ФЧЭ при Uсм=3 В, нА, не более |
50 |
|
|
Область спектральной чувствительности, мкм |
0,4-1,1 |
|
|
Токовая монохроматическая чувствительность каждого ФЧЭ (л=0,85 мкм), А/Вт, не менее |
0,31 |
|
|
Токовая интегральная чувствительность каждого ФЧЭ, мА/лм, не менее |
4,8 |
Алюминиевые электролитические конденсаторы, благодаря электрохимическому принципу работы, обладают следующими преимуществами: * высокая удельная емкость, позволяющая изготавливать конденсаторы емкостью свыше 1Ф; * высокий максимально допустимый ток пульсации; * высокая надежность.
Технические параметры
|
Тип |
К50-35 |
|
|
Рабочее напряжение,В |
6.3 |
|
|
Номинальная емкость,мкФ |
100 |
|
|
Рабочая температура,С |
-40...105 |
|
|
Выводы/корпус |
радиал.пров |
|
|
Производитель |
Тайвань |
Конденсатор К10-17Б имп. 47пФ NPO,5%,0805
Конденсаторы керамические многослойные изолированные с радиальными выводами предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Типы ТКЕ: NP0, X7R, Y5V Диапазон номинальных значений емкости: 1 пФ - 4.7 мкФ Точность: ±5%, ±10%, ±20%, +80-20% Рабочее напряжение: 50 В Диапазон рабочих температур: -25…+85°C
Технические параметры
|
Тип |
К10-17Б |
|
|
Рабочее напряжение,В |
50 |
|
|
Единица измерения |
пФ |
|
|
Допуск номинала,% |
5 |
|
|
Температурный коеффициент емкости |
NP0 |
|
|
Рабочая температура,С |
-55...125 |
|
|
Выводы/корпус |
Рад.пров. |
|
|
Длина корпуса L,мм |
4.2 |
|
|
Ширина корпуса W,мм |
3.2 |
3.2.3 Генератор прямоугольных импульсов
Аналоговый таймер NE555 это по сути типичный генератор, в котором можно с помощью комбинаций резисторов и конденсаторов задавать частоту и продолжительность импульса. За более чем 30 лет существования генератор NE555 претерпел множественные изменений и усовершенствований. До нашего времени данная микросхема, невзирая на почетный возраст, штампуется миллионными тиражами и есть фактически в любом специализированном магазине радиоэлектроники.
Генератор предназначен для формирования импульсов прямоугольной формы с частотой 250 - 16000 Гц. Питание схемы осуществляется источником постоянного напряжения 5 - 15 В при максимальном токе потребления 50 мА.
Технические характеристики
|
Форма импульсов |
прямоугольная. |
|
|
Напряжение питания |
5 - 15 В. |
|
|
Амплитуда выходного сигнала (определяется напряжением питания) |
5 - 15 В. |
|
|
Максимальный ток пот ребления |
50 мА. |
|
|
Производитель |
Мастер Кит |
|
|
Цена |
200 грн |
Этот вывод является одним из входов компаратора №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня, который должно быть не более 1/3 напряжения питания, происходит запуск таймера и на выводе №3 появляется напряжение высокого уровня на время, которое задается внешним сопротивлением Ra+Rb и конденсатором С. Данный режим работы называется - режим моностабильного мультивибратора. Импульс, подаваемый на вывод №2, может быть как прямоугольным, так и синусоидным и по длительности он должен быть меньше чем время заряда конденсатора С.
Вывод №3 - Выход.
Высокий уровень равен напряжению питания минус 1,7 Вольта. Низкий уровень равен примерно 0,25 вольта. Время переключения с одного уровня на другой происходит примерно за 100 нс.
Вывод №4 - Сброс.
При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) произойдет сброс таймера и на выходе его установится напряжение низкого уровня. Если в
схеме нет необходимости в режиме сброса, то данный вывод необходимо подключить к плюсу питания.
Вывод №5 - Контроль.
Обычно, этот вывод не используется. Однако его применение может значительно расширить функциональность таймера. При подаче напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера, а значит отказаться от RC времязадающей цепочки. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в и до напряжения питания. Соответственно на выходе получится FM модулированный сигнал.
Если этот вывод не используется, то его лучше подключить через конденсатор 0,01мкФ к общему проводу.
Вывод №6 - Стоп.
Этот вывод является одним из входов компаратора №1. При подаче на этот вывод импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), работа таймера останавливается, и на выходе таймера устанавливается напряжение низкого уровня. Как и на вывод №2, на этот вывод можно подавать импульсы как прямоугольные, так и синусоидные.
Вывод №7 - Разряд.
Этот вывод соединен с коллектором транзистора Т1, эмиттер которого соединен с общим проводом. При открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор закрыт, когда на выходе таймера высокий уровень и открыт, когда на выходе низкий уровень.
Технические параметры позиции
|
Шаг контактов |
5 |
|
|
Рабочий ток,А |
16 |
|
|
Количество контактов |
2 |
|
|
Серия |
3xx |
|
|
Максимальное сечение зажимаемого провода,AWG |
22…14 |
|
|
Материал изолятора |
полибутилен |
|
|
Цвет изолятора |
синий |
|
|
Сопротивление изолятора не менее,МОм |
5 |
|
|
Материал контактов |
медь |
|
|
Покрытие контактов |
медь-никель-олово |
|
|
Рабочее напряжение,В |
250 |
|
|
Предельное напряжение не менее,В |
1500 В перем.І в 1 мин. |
|
|
Способ монтажа |
пайка в отверстия платы |
|
|
Рабочая температура,°С |
-30…120 |
|
|
Максимальное сечение зажимаемого провода,кв.мм |
2.5 |
|
|
Производитель |
Ningbo Xinya M&E |
|
|
Цена |
6 грн |
3.2.4 Операционный усилитель
Операционный усилитель-- усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы. В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем.
Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.
Они предназначены для работы в составе интеграторов, сумматоров, устройств слежения-хранения, электронных коэффициентов. Высокий коэффициент усиления, предельно малые значения смещения нуля, входного тока и дрейфа нуля, высокое быстродействие обеспечивают снижение погрешности, вносимой усилителем, ниже 0,01 %. Операционные усилители второго класса -- усилители средней точности (УСТ) также с одним входом, обладающие меньшим коэффициентом усиления и большими значениями смещения и дрейфа нуля. Эти ОУ предназначены для применения в составе электронных устройств установки коэффициентов, инверторов, электронных переключателей, в функциональных преобразователях, множительных устройствах.
Помимо этого, некоторые ОУ могут иметь дополнительные выводы (предназначенные, например, для установки тока покоя, частотной коррекции, балансировки или других функций).
Технические параметры
|
OP27DIP8Количество каналов |
1 |
|
|
Напряжение питания,В |
±18 |
|
|
Частота, МГц |
8 |
|
|
Напряжение смещения, мВ |
0.03 |
|
|
Температурный диапазон, C |
-40…+85 |
|
|
Тип корпуса |
DIP8 |
|
|
Производитель |
Analog Devices |
|
|
Цена |
46 грн |
3.2.5 Сигма дельта АЦП
Сигма-дельта модуляция - способ представления сигнала, использующий принципы избыточной дискретизации и формирования шума квантования. За счет избыточной дискретизации снижается уровень шума в полосе, содержащей полезный сигнал. За счет формовки шума этот уровень становится ещё ниже, правда, за счет увеличения уровня шума за пределами рабочей полосы. Таким образом, сигма-дельта модулятор -- это система, обеспечивающая оцифровку сигнала с заданными характеристиками в рабочей полосе.
Сигма-дельта АЦП могут обеспечивать разрешающую способность до 24 разрядов, но при этом уступают в скорости преобразования. Так, в сигма-дельта АЦП при 16 разрядах можно получить частоту дискретизации до 100К отсчетов/сек, а при 24 разрядах эта частота падает до 1К отсчетов/сек и менее, в зависимости от устройства.
Принцип работы сигма-дельта АЦП сложнее для понимания. Эта архитектура относится к классу интегрирующих АЦП. Но основная особенность сигма-дельта АЦП состоит в том, что частота следования выборок, при которых собственно и происходит анализ уровня напряжения измеряемого сигнала, существенно превышает частоту появления отсчетов на выходе АЦП (частоту дискретизации). Эта частота следования выборок называется частотой передискретизации. Так, сигма-дельта АЦП со скоростью преобразования 100К отсчетов/сек, в котором используется частота передискретизации в 128 раз больше, будет производить выборку значений входного аналогового сигнала с частотой 12.8М отсчетов/сек.
ADS1210 - прецизионные 24 битный сигма- дельта АЦП
Отличительные особенности: - Сигма- дельта АЦП
- 23 битное эффективное разрешение на 10 Гц и 20 битное на 1000 Гц
- Дифференциальные входы
- Усилитель с программируемым усилением
-Гибкий SPI совместимый двухпроводный SSI интерфейс
- Программируемая верхняя граничная частота до 15.6 кГц
- Внутреннее или внешнее опорное напряжение
Рисунок 3.2.10 - Блок схема АЦП
ADS1210 и ADS1211 - прецизионные 24 битный сигма- дельта АЦП с широким динамическим диапазоном, работающие от однополярного питания +5 В. Наличие дифференциальных входов дает возможность подключаться напрямую и производить оцифровку сигналов низкого уровня. Сигма- дельта архитектура АЦП используется для получения широкого динамического диапазона и 22 битного разрешения с отсутствием потери данных. Эффективная разрешающая способность 23 бита достигается при помощи малошумящего входного усилителя при скорости преобразования 10 Гц. Эффективная разрешающая способность 20 бит может быть достигнута при частоте дискретизации 1 кГц благодаря уникальному турбо режиму модулятора. Динамический диапазон преобразователей может быть увеличен за счет применения усилителя с программируемым коэффициентом усиления, лежащим в пределах от 1 до 16 и изменяющимся двоичными шагами.
ADS1210 и ADS1211 предназначены для применения в измерительном оборудовании с высокой разрешающей способностью, применяемом в мощных передатчиках, промышленных системах управления, измерительных системах и портативных измерителях. Оба АЦП имеют гибкий последовательный SPI совместимый интерфейс, который может работать и в двухпроводном режиме.
ADS1210 - содержит одноканальный АЦП и поставляется в 18 выводных DIP и SOIC корпусах. ADS1211 содержит 4 канальный мультиплексор и поставляется в 24 выводных DIP и SOIC и 28 выводных SSOP корпусах.
Технические параметры
|
Тип архитектуры |
S-D АЦП |
|
|
Интерфейс |
2Vref/PGA |
|
|
Количество каналов |
1 |
|
|
Разрядность |
24 |
|
|
Тип корпуса |
DIP18 |
|
|
Диапазон рабочих температур, С |
0…70 |
|
|
Производитель |
Texas Instruments |
|
|
Цена |
270 грн |
Рисунок 3.2.13 - Типовая схема включения
Кварцевые резонаторы устройства, использующие пьезоэлектрический эффект для возбуждения электрических колебаний заданной частоты. При совпадении частоты приложенного напряжения с одной из собственных механических частот кварцевого вибратора в приборе возникает явление
резонанса, приводящее к резкому увеличению проводимости. Обладая среди резонаторов самой высокой добротностью Q~105107 (добротность колебательного LCконтура не превышает 102, пьезокерамики 103), кварцевые резонаторы имеют также высокую температурную стабильность и низкую долговременную нестабильность частоты (106108). Кварцевые резонаторы применяются в генераторах опорных частот, в управляемых по частоте генераторах, селективных устройствах: фильтрах, частотных дискриминаторах и т.д.
|
Резонансная частота,МГц |
10.00 |
|
|
Точность настройки dF/Fх10-6 |
30 |
|
|
Температурный коэффициент, Ктх10-6 |
30 |
|
|
Нагрузочная емкость,пФ |
32 |
|
|
Рабочая температура,С |
-20...70 |
|
|
Корпус |
HC-49U |
|
|
Длина корпуса L.,мм |
13.5 |
|
|
Диаметр(ширина)корпуса,D(W),мм |
11.5 |
|
|
Производитель: |
Китай |
|
|
Цена: |
5,6 грн |
3.2.6 Температурный датчик
8-битные AVR микроконтроллеры с 32К Байт внутрисистемно программируемой FLASH памяти.
Характеристики:
· Высокопроизводительные, мало потребляющие AVR 8- битные микроконтроллеры
· Развитая RISC архитектура: - 131 исполняемых команд, большинство за один машинный такт - 32 рабочих регистра общего назначения - полностью статический режим работы - производительность до 16 MIPS при 16 МГц - встроенный 2-х тактовый умножитель
· Энергонезависимая память программ и данных - 32К байт внутрисистемно самопрограммируемой FLASH памяти с количеством циклов перепрограммирования до 10 000. - Опционно загрузочная область памяти с независимыми ключевыми битами, внутрисистемное программирование встроенной загрузочной программой, правильное чтение в процессе записи. - 1024 байт EEPROM с допустимым количеством циклов стирания записи до 100 000. - 2К байт внутренней SRAM - программируемый ключ защиты программ
· JTAG (IEEE1149.1 совместимый) интерфейс - Сканирование памяти в соответствии с JTAG стандартом - Встроенная поддержка отладчика - Программирование FLASH, EEPROM, охранных и ключевых бит через JTAG интерфейс
· Периферийные функции - два 8-битных таймера/счётчика с программируемым предделителем и режимом сравнения - один 16-битный таймер/счётчик с программируемым предделителем, режимом сравнения и захвата - счётчик реального времени с программируемым генератором - четыре ШИМ генератора - 8-и канальный, 10-и битный АЦП - байт- ориентированный, двухпроводный интерфейс - программируемый USART - Master/Slave SPI последовательный интерфейс - Программируемыи Watchdog таймер с программируемым генератором - Встроенный аналоговый компаратор
· Специальные функции - Reset по включению питания и выключение при снижении напряжения питания - Внутренний калиброванный RC генератор - Внешние и внутренние источники прерывания - Шесть экономичных режимов: Idle, подавления шумов АЦП, экономичный, режим Выкл. , режим ожидания и режим расширенного ожидания.
· 32 программируемых вывода вход-выход и 1 вход
· 40 выводной корпус PDIP, 44 выводной корпус TQFP, и 44 контактный MLF
· Напряжение питания: - 2.7 В до 5.5 В для ATmega32L - 4.5 В до 5.5 В для Atmega32
· Тактовая частота: 0-8 МГц Atmega32L - 0-16 МГц Atmega32
· Производитель - Atmel
· Цена - 175 грн.
Рисунок 3.2.15 - Блок схема микроконтроллера
Рисунок 3.2.16 - Расположение выводов на микроконтроллере
Atmega32/L является КМОП 8- битным микроконтроллером построенным на расширенной AVR RISC архитектуре. Используя команды исполняемые за один машинный такт, контроллер достигает производительности в 1 MIPS на рабочей частоте 1 МГц, что позволяет разработчику эффективно оптимизировать потребление энергии за счёт выбора оптимальной производительности.
ATmega32/L содержит 32Кбайт внутрисистеммно программируемой FLASH памяти программ, допускающей чтение во время записи, 1024 байт EEPROM, 2К байт SRAM , 32 рабочих регистра, JTAG интерфейс сканирования внутренних регистров, встроенную систему отладки и программирования, три гибких таймера- счётчика с модулем сравнения, внутренние и внешние прерывания, последовательный программируемый интерфейс USART, байт-ориентированный двухпроводный последовательный интерфейс, 8-и канальный, 10-и битный АЦП с дифференциальным программируемым усилителем ( только для TQFP ), программируемый Watchdog таймер с внутренним генератором, порт SPI и шестью режимами сбережения энергии. В режиме Idle ЦПУ не функционирует в то время как функционируют USART, двухпроводный интерфейс, АЦП, SRAM, таймеры- счётчики, SPI порт и система прерываний. В Atmega32 существует специальный режим подавления шума АЦП, при этом в целом в спящем режиме функционирует только АЦП и асинхронный таймер для уменьшения цифровых шумов преобразования. В режиме Выкл. процессор сохраняет содержимое всех регистров, замораживает генератор тактовых сигналов, приостанавливает все другие функции кристалла до прихода внешнего прерывания или поступления внешней команды Reset. В режиме ожидания работает один тактовый генератор, при остановке остальных функцийй контроллера. Благодаря быстрому переходу в нормальный режим работы в том числе и по внешнему прерыванию Atmega32 успешно приспосабливается к внешним условиям работы и требует меньше энергии, чащще оказываясь в режиме Выкл. В расширенном режиме ожидания в рабочем состоянии находятся основной генератор и асинхронный генератор.
3.2.8 Устройство отображения и органы управления
Индикатор и клавиатура подключаются к микроконтроллеру с помощью разъемов.
Гнездо; IDC; "папа"; PIN:8; прямой; THT; позолота; 2,54мм
Технические характеристики
|
Разъем |
гнездо |
|
|
Тип разъема |
IDC |
|
|
Тип разъемов |
"папа" |
|
|
Кол-во выводов |
8 |
|
|
Версия разъема |
прямой |
|
|
Монтаж |
THT |
|
|
Покрытие контакта |
позолота |
|
|
Шаг контактов |
2.54мм |
3.2.8 Интерфейс
Трансиверы MAX200-211/MAX213 разработаны для применения в информационных интерфейсах RS-232 и V.28, где недоступны источники питания ±12 В. Встроенные насосы подкачки заряда преобразуют входное напряжение +5 В в напряжение ±10 В, необходимое для выходных уровней интерфейса RS-232. ИС MAX200 и MAX209 работают от +5 В и +12 В, и содержат преобразователи с перекачкой заряда из +12 В в -12 В.
Драйверы и приемники MAX200-211/MAX213 отвечают всем спецификациям стандартов EIA/TIA- 232E и CCIT V.28 на скорости передачи данных 20 Кбит/с. Драйверы обеспечивают выходные уровни сигнала ±5 В, на скоростях свыше 120 Кбит/с, когда имеет нагрузку, соответствующую спецификации EIA/TIA- 232E.
ИС MAX211 и MAX213 выпускаются в корпусах 28-pin wide small-outline (SO), и 28-pin SSOP, который занимает всего 40% от площади корпуса SO. MAX207 выпускается в корпусах 24-pin SO и 24-pin SSOP. ИС MAX203 и MAX205 не требуют внешних элементов, и рекомендованы к применению в системах с пространственными ограничениями на печатной плате.
Отличительные особенности:
· Внешние конденсаторы от 0.1 мкФ до 10 мкФ
· Скорость передачи данных 120 Кбит/с
· 2 приемника активны в режиме shutdown
· Малогабаритный корпус 28 - pin SSOP, использует на 60% меньшую площадь, чем SOIC
· Низкий потребляемый ток в режиме shutdown: 1 мкА
· Разработаны для применения в RS-232 и в приложениях V.28
· Выходы приемника TTL/CMOS с тремя состояниями
· Производитель: Texas Instruments
· Цена: 36 грн.
Области применения:
· Компьютеры
· Laptops, Palmtops, Notebooks
· Оборудование с автономным питанием
· Ручное оборудование
3.2.9 Блок питания
Рисунок 3.2.21 - Блок питания
Технические параметры
|
Максимальное постоянное обратное напряжение,В |
50 |
|
|
Максимальное импульсное обратное напряжение,В |
60 |
|
|
Максимальный прямой(выпрямленный за полупериод) ток,А |
0.5 |
|
|
Максимальный допустимый прямой импульсный ток,А |
30 |
|
|
Максимальный обратный ток,мкА |
5 |
|
|
Максимальное прямое напряжение,В |
1.1 |
|
|
при Iпр.,А |
0.5 |
|
|
Рабочая температура,С |
-65...150 |
|
|
Способ монтажа |
SMD |
|
|
Корпус |
DB-1MS |
|
|
Количество фаз |
1 |
|
|
Производитель |
Китай |
|
|
Цена |
10 грн |
Линейка трансформаторов питания для печатного монтажа представлена моделями различной мощности с широким спектром напряжений вторичных обмоток. Конструкция каркаса обеспечивает усиленную изоляцию между первичной и вторичной обмотками. Электрическая прочность изоляции: первичная - вторичная 4000 В, вторичная - вторичная 600 В. Напряжение питания 220 В ± 10%, частота 50 Гц ± 0,5 Гц. Трансформаторы изготавливаются в пожаробезопасном исполнении, класс трудногорючести по UL94 V-0 или V-2. Допустимые отклонение вторичных напряжений ±5%. Имеются модели в герметичном исполнении.
Технические параметры
|
Тип трансформатора |
ТП |
|
|
Выходное напряжение, В |
9 |
|
|
Выходной ток, А |
0.5 |
|
|
Мощность, Вт |
7 |
|
|
Производитель: |
НПК «Комплекс» |
|
|
Цена |
36 грн |
Рисунок 3.2.23 - Типовая схема включения
4. Описание алгоритма работы микроконроллера
Алгоритм работы микроконтроллера начинается с его запуска, то есть с подачи на него питающего напряжения.
В порте D используем две линии порта - D0 и D1, настраиваем на ввод и вывод соответственно (поступает информация на МАХ232). А линии порта D (PD4-PD7) настраиваем на вывод «1».
Настраиваем четыре младшие линии порта А на вывод, и четыре старшие линии порта А на вход.
Настраиваем порт В: для инициализации ЖК индикатор линии РВ0-РВ2 на вывод, а для настройки АЦП линии РВ4,РВ5 и РВ6 на вывод, остальные линии оставляем по умолчанию на ввод.
В порте С используем две линии РС0, РС1 и настраиваем их на вывод, а все остальные не используем.
Работа передатчика УСАПП разрешается путем установки бита разрешения передачи в регистре UCSRB. В регистре UCSRA в бите RXC0 устанавливаем «0», так как «1» устанавливается только в том случае, когда в приемном буфере находятся непрочитанные данные и сбрасывается, когда приемный буфер свободен. В бит TXC0 - флаг завершения передачи УСАПП - «1» установлена, поскольку всю посылку из сдвигового регистра передатчика, в момент запроса полностью передано и в UDR0 отсутствуют новые данные для передачи. В остальные биты по умолчанию задаем «0», поскольку нет особых требований, которые необходимо учесть. В регистре UCSRB даем разрешение на прерывание после завершения передачи и не разрешаем после завершения приёма, поэтому комбинация старших битов «01». В бите UDRIE0 и RXEN0 устанавливаем «00», так как не используем разрешение на прерывание после освобождения регистра и разрешение на работу приемника. При условии записывания в бит RXEN0 логической «1», разрешается работа приемника УСАПП, но нам требуется разрешить работу передатчика, поэтому в бит TXEN0 записываем «1». После этого передатчик генерирует сигнал отключения, что активизирует альтернативную функцию вывода Tx0. В остальные биты мы записываем логический «0», поскольку по умолчанию они не используются. В регистре UCSRС старший бит зарезервирован, поэтому определяем как «0». В бите UMSEL мы выбираем синхронную связь режимами последовательной связи. Биты UPM 1:0 разрешают и устанавливают тип генерирующего и контролирующего паритета, мы устанавливаем «01» - режим паритета «зарезервировано». В бите USBS0 мы определяем количество стоповых битов вставляет передатчик во время генерации посылки, нам необходим 1 стоп бит, поэтому устанавливаем «0». Биты UCSZ01:0 вместе с битом регистра UCSRВ задают количество данных в посылке как для приемника, так и для передатчика, нам необходим формат посылки «резерв», поэтому устанавливаем «110».
Следующий этап будет заключаться в опрашивании каждого из инициализированных блоков (кроме ЖК), на наличие сформировавшихся флагов запроса на прерывание, с периодичностью (по желанию) не ниже 7 раз в секунду. В случае если флаги сформированы, осуществляется вывод данных на жк индикатор (если нет опрос повторяется). Для каждого из блоков существует отдельная процедура приема-передачи данных.
При окончании получения данных от TWI, завершается процесс обработки.
Заключение
В данном курсовом проекте рассмотрен электронный блок цифрового прибора для измерения вязкости жидкости нефтепродуктов. В пояснительной записке рассмотрены основные методы измерения вязкости жидкости, структурная и электрическая принципиальная схемы устройства, работающего на основе вибрационного метода измерения, алгоритм работы микропрограммного вычислителя.
В графической части прилагается структурная и электрическая принципиальная схемы измерительного устройства для измерения вязкости жидкости, алгоритм работы микропрограммного вычислителя.
Результатом данного проекта является разработанный прибор измерения вязкости жидкости нефтепродуктов.
Список используемой литературы
1. В. С. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Ленинград. 1988 - 303;
2. Алексеев С. Применение микросхем. 1986 - 30;
3. Шарапов В. М., Минаев И. Г., Бондаренко Ю. Ю. и др. Пьезоэлектрические преобразователи. Черкассы: ЧГТУ, 2004;
4. Мамонкин И. Г.Усилительные устройства. - М. 1977;
5. Бейтс Р., Определение рН. Теория и практика, пер. с англ., Л., 1968;
6. Никольский Б. М., Матерова Е. А. Ионоселективные электроды. Л.,1980, с. 114;
7. Шульц М. М. Стеклянный электрод. Теория и применение. Сороссовский образовательный журнал. № 1. 1998
8. Шульц М. М. Стеклянный электрод. Теория и применение. Сороссовский образовательный журнал. № 1. 1998
9. Руководство по эксплуатации pH-150МИ(ГРБА.414318.001РЭ). Измерительная техника, 1977 - 30;
10. Поляков К.П. Конструирование приборов и устройств радиоэлектронной аппаратуры. М.1982.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Теоретический обзор существующих методов измерения влажности. Сравнительный обзор существующих подсистем контроля влажности, выбор датчика влажности. Описание датчика влажности QFM3160 и контроллера SYNCO 700. Разработка схемы и элементной базы датчика.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 13.10.2017Модернизация поплавкового датчика угловой скорости (ДУС) путем введения цифровой обратной связи, разработка его структурной схемы с процессором. Математическая модель ДУС с цифровым регулятором. Расчет основных параметров. Анализ погрешностей датчика.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 30.01.2012Выбор датчика температуры. Разработка структурной и функциональной схем измерительного канала. Основные технические характеристики усилителей. Настройка программного обеспечения. Оценка случайной погрешности. Классы точности измерительных приборов.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 19.11.2012Разработка функциональной схемы измерительного устройства для измерения температуры раскаленного металла. Определение оптимальной конструкции датчика и устройства. Выбор основных элементов: микроконтроллера, фотодиодов, оптической системы и блока питания.
курсовая работа [13,1 M], добавлен 15.04.2015Емкостные датчики измерения влажности: требования и функции. Технические характеристики датчика измерения температуры. Устройство и принцип работы датчиков измерения качества воздуха, основные требования в соответствии с условиями их эксплуатации.
реферат [968,1 K], добавлен 17.06.2014Разработка датчика для измерения давления, развиваемого мощными энергетическими установками и агрегатами выдачи сигнала, пропорционального давлению на вход системы автоматического регулирования. Анализ работоспособности датчика и преобразователя энергии.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.07.2014Описание структурной схемы генератора. Описание работы схемы электрической принципиальной блока. Выбор и обоснование элементной базы. Разработка конструкции печатной платы. Разработка конструкции датчика сетки частот. Описание конструкции генератора.
дипломная работа [287,2 K], добавлен 31.01.2012Необходимость измерения скорости и направления кровотока. Доплеровские методы и аппараты. Доплеровские системы с двухмерной визуализацией. Разработка электрической принципиальной схемы и конструкции ультразвукового датчика прибора для измерения кровотока.
дипломная работа [611,7 K], добавлен 07.05.2010Анализ существующих методов и устройств для измерения высоты и дальности. Разработка структурной схемы микропроцессорного блока отображения информации и электрической принципиальной схемы блока измерительного преобразователя. Описание функций выводов.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 13.03.2012Разработка и сборка устройства передачи данных по каналу GSM. Принцип измерения расстояния при помощи датчика. Изготовление печатной платы устройства. Основные технические характеристики ультразвукового датчика HC-SR04 и микроконтроллера PIC16F628A.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 10.11.2017
