Разработка канала обработки и сбора данных

Введение

Курсовое проектирование является завершающим этапом изучения студентами специальных дисциплин, предусмотренных рабочим планом по специальности.

Задачи курсового проектирования - закрепление, систематизация, углубление и развитие теоретических и практических знаний, полученных в процессе изучения дисциплины, а также приобретение ими практических навыков самостоятельного решения общетеоретических, практических и методических вопросов моделирования.

Основная цель курсового проектирования состоит в изучении и анализе вопросов, связанных со специальными аспектами изучаемых дисциплин, совершенствовании общетеоретической подготовки студентов, а также самостоятельном применении полученных знаний. Цель проекта - закрепление полученной теоретической базы.

1.  Анализ технического задания

В данной курсовой работе необходимо согласовать амплитуду выходного сигнала датчика со шкалой АЦП.

Параметры датчика:

В качестве датчика возьмем измеритель уровня токсичных газов и паров САРО6. На рисунке 1.1 представлена функциональная схема.

Рисунок 1.1 – Функциональная схема CAPO6

Основные характеристики:

–  Максимальная U_вых – 3,0 V

–  Минимальная U_вых – 0,2 V

– Выходное сопротивление – 415 кΩ

– Диапазон частот – 0 … 1000 Hz

–  Величина синфазной составляющей – 2 V

На рисунке 1.2 представлена характеристика зависимости выходного напряжения от концентрации газа.

Рисунок 1.2 – Характеристика концентратомера

Характеристики АЦП

-  Сопротивление аналогового входа – 0,5 kΩ

-  Сопротивление входа управления – 1 kΩ

-  Диапазон входных напряжений – 10 V

-  Число разрядов кода – N = 12

-  Амплитуда импульса управления – 3 V

-  Время преобразования – 10 μS

2.  Построение структурной схемы

2.1 Взаимодействие блоков

По техническому заданию входной сигнал поступает с акселерометра, а преобразованный сигнал поступает на АЦП.

Согласующее устройство необходимо для согласования сопротивлений, первичного усиления, ослабления синфазной составляющей.

Фильтр низких частот необходим для ограничения частотного диапазона устройства в необходимых пределах.

Для данного датчика функциональный преобразователь не нужен так как датчик характеризуется линейной характеристикой.

Устройство выборки хранения служит для тактирования циклов выборки при преобразовании сигнала в цифровой код, т. е. для согласования устройства с АЦП.

Для снижения накопительной ошибки основное усиление должно происходить в согласующем устройстве, а остальные блоки имеют единичный коэффициент усиления.

Структурная схема приведена на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 – Схема структурная канала сбора и передачи аналоговых данных.

2.2  Расчет структурной схемы

Перед тем как перейти к расчету блоков необходимо произвести расчет параметров, которые не заданны, но их, возможно, рассчитать, опираясь на характеристики датчика и АЦП.

(2.1)

(2.2)

D=23,5

Коэффициент усиления максимальный рассчитывается по формуле (2.3)

(2.3)

K_Umax=  = 65

Минимальный коэффициент усиления рассчитывается по формуле (2.4)

(2.4)

K_Umix =  = 4,3

По формуле (2.5) рассчитываем коэффициент ослабления синфазной составляющей.

(2.5)

К_ОСС =  = 20

2.2.1 Расчет устройства выборки хранения

Устройство выборки хранения служит для квантования сигнала по времени. То есть точность этого блока влияет на характеристики оцифрованного сигнала. Погрешность данного блока не должна превышать 10^–3с. Данный блок является конечным в канале сбора и обработки аналоговых данных поэтому его выходное сопротивление должно совпадать с входным сопротивлением АЦП, а так же должно быть согласование по уровню напряжения.