3.5.2 Схема включения
Так как датчик имеет сопротивление порядка десятка Ом, шунт включенный последовательно будет влиять на показания датчика.
Поэтому будет иметь смысл измерять ток питающий стабилизатор напряжения. По правилу Кирхгофа сумма токов втекающих в узел равна сумме вытекающих. Так как для нас не имеет значение абсолютное значение тока, то током земли и током текущим через делитель мы можем пренебречь.
Рис 3.4 схема включения шунта
Сигнал
с данного шунта мы будем усиливать при
помощи ОУ AD8552
включенного по дифференциальной схеме.
Как на Рис
Рис 3.5
Данный узел приводит выходной сигнала к уровню предельного входного сигнала АЦП.
(3.12)
Полученный сигнал изменятся в пределах от 2,7В до 3,1В.
4 Элементная база
4.1Архитектура усилителя
Каждый ОУ AD855x состоит из двух усилителей, основной усилитель
и вторичный усилитель, используется для коррекции напряжения смещения
основного усилителя. Оба состоят из rail-to-rail входного каскада, что позволяет уменьшить влияние входного синфазного напряжение, чтобы добраться как шин питания. Входной каскад состоит из дифференциального NMOS.
Оба усилителя параллельно работает с параллельной дифференциальной КМОП парой. Выходные сигналы из стадии дифференциальный вход объединены в другом каскад усиления, выход которого используется для управления rail to railвыходного каскада.
Размах напряжения усилителя достигается за счет использования двух
выходных транзисторов по схеме с общим коллектором.
Диапазон выходного напряжения ограничен сопротивлением коллектор эмитер этих транзисторов. Если увеличиваеться выходной ток , сопротивление коллекектор эмитер этих транзисторов увеличивается,что приводит к увеличению падения напряжения на этих транзисторах. Проще говоря,выходное напряжение не может принимать высокие значения при высоком токе нагрузке.
Это характерно для всех rail to rail выходных усилителей.Выходной каскад
AD855x имеет защитой от короткого замыкания и выходной ток не превышает 50 мА
AD855x усилители имеют огромній коєфициент усиления свыше 120 дБ при нагрузке 2 кОм, потому чтовыходные транзисторы включены по схеме с общим эмитером.
4.2 Микроконтроллер
Это элемент измерительного канала выполняет такие функции
Вычислительную, преобразуя код АЦП в значение конценртации метана.
Калибровочную, вносит поправку в результат измерения нивелируя начальное смещение напряжения вызванное неточностями измерительных элементов.
Работа в системе Аргус-контроль,распознавание корректного запроса от сервера и формирование ответа на запрос о конценртации метана
Формирование сигнала отключения оборудования.
Для этих целе мы будем использовать контроллер серии MSP430
Микроконтроллеры семейства MSP430 имеют фон-неймановскую архитектуру (Рис. 1.1) и содержат 16-битное RISC ЦПУ, периферийные модули, а также гибкую систему тактирования, объединённые общими шинами адреса (MAB) и данных (MDB). Сочетание современного ЦПУ и отображаемых в памяти аналоговых и цифровых периферийных модулей делает семейство MSP430 пригодным для работы в приложениях, связанных с обработкой смешанных сигналов.
4.2.1Архитектрура микроконтроллера
Рис 4.1Архитектура МК
Отличительные характеристики микроконтроллеров семейства MSP430x2xx:
Архитектура со сверхнизким потреблением, позволяющая увеличить время работы при питании от батарей:
ток сохранения содержимого ОЗУ — не более 0.1 мкА;
ток потребления в режиме часов реального времени — не более 0.8 мкА;
ток потребления в активном режиме — 250 мкА/MIPS.
Высокоэффективная аналоговая подсистема, позволяющая выполнять точные измерения:
таймеры, управляемые компаратором, для измерения сопротивления резистивных элементов.
16%битное RISC ЦПУ:
большой регистровый файл устраняет ограничения рабочего регистра;
произведённое по меньшему техпроцессу ядро позволяет снизить потребление и уменьшает стоимость кристалла;
оптимизировано для современных языков программирования высокого уровня;набор команд состоит всего из 27 инструкций; поддерживается 7 режимов адресации;
векторная система прерываний с расширенными возможностями.
Флэш-память с возможностью внутрисхемного программирования позволяет гибко изменять программный код (в том числе, во время эксплуатации), а также производить сохранение данных.
Система тактирования
Контроллер имеет гибкую систему тактирования.
Система тактирования разработана специально для применения в устройствах с батарейным питанием. Низкочастотный вспомогательный тактовый сигнал ACLK формируется обычным «часовым» кварцем частотой 32 кГц. СигналACLK может использоваться для периодического «пробуждения» часов реального времени, работающих в фоновом режиме. Встроенный высокочастотный генератор с цифровым управлением (DCO) может формировать основной тактовыйсигнал (MCLK), используемый ЦПУ и быстродействующими периферийными модулями. Время выхода на режим этого генератора составляет менее 2 мкс при частоте 1 МГц. Решения на базе микроконтроллеров MSP430 эффективно используют высокопроизводительное 16-битное RISC ЦПУ в течение очень коротких интервалов времени:низкочастотный вспомогательный тактовый сигнал используется для реализации режима ожидания со сверхнизким потреблением;высокочастотный основной тактовый сигнал используется для эффективной обработки сигналов.Наличие внутрисхемной эмуляции
В составе микроконтроллеров имеется специальный модуль внутрисхемной
эмуляции, доступ к которому осуществляется по интерфейсу JTAG без использования дополнительных системных ресурсов.
Преимущества внутрисхемной эмуляции:
создание и отладка кода программы с возможностью его выполнения в реальном времени;
поддержка точек останова и выполнения программы в пошаговом режиме;
отлаживаемый объект имеет те же характеристики, что и конечное устройство;
сохраняется целостность смешанных сигналов благодаря отсутствию взаимного влияния проводов.
Адрессное пространство
Семейство MSP430 имеет фон-неймановскую архитектуру с единым адресным пространством, которое разделено между регистрами специальных функций (SFR), периферийными устройствами, ОЗУ и флэш-памятью.Подробное распределение памяти для конкретной модели микроконтроллера можно узнать из соответствующей документации. Обращение к исполняемому коду всегда выполняется по чётным адресам. Доступ к данным может осуществляться как побайтно, так и пословно. В настоящее время общий объём адресуемой памяти составляет 128 КБ.
4.2.2Архитектура Фон Неймана
Архитектура фон Неймана — широко известный принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», однако соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.
Наличие заданного набора исполняемых команд и программ было характерной чертой первых компьютерных систем. Сегодня подобный дизайн применяют с целью упрощения конструкции вычислительного устройства. Так, настольные калькуляторы, в принципе, являются устройствами с фиксированным набором выполняемых программ. Их можно использовать для математических расчётов, но невозможно применить для обработки текста и компьютерных игр, для просмотра графических изображений или видео. Изменение встроенной программы для такого рода устройств требует практически полной их переделки, и в большинстве случаев невозможно. Впрочем, перепрограммирование ранних компьютерных систем всё-таки выполнялось, однако требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перекоммутации и перестройки блоков и устройств и т. п.
Всё изменила идея хранения компьютерных программ в общей памяти. Ко времени её появления использование архитектур, основанных на наборах исполняемых инструкций, и представление вычислительного процесса как процесса выполнения инструкций, записанных в программе, чрезвычайно увеличило гибкость вычислительных систем в плане обработки данных. Один и тот же подход к рассмотрению данных и инструкций сделал лёгкой задачу изменения самих программ.