Глава3. Конструкторская часть
3.1 Синтез по для микроконтроллера
Принимая во внимание структуру модуля управления магниторезистивным сенсорным блоком (рисунок 2.6.), организуем вышеописанную методику по средствам специально разработанного программного обеспечения микроконтроллерной системы. Другими словами управление магниторезистивным датчиком будем осуществлять при помощи специально запрограммированной и отлаженной микропроцессорной системы, что позволит при минимальных массогабаритных и энергетических затратах оперировать рядом необходимых параметров [24, стр.162]. При этом следует учесть, что микроконтроллер будет генерировать ключевые импульсы требуемой скважности в режиме лог. ≪О≫ или лог. ≪1≫. Причем важно отметить, что на выходе системы возбуждения должны иметь место импульсы специальной формы, как показано на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Временные диаграммы управляющих импульсов
Таким образом, представим методику управления (в виде специального алгоритма, как показано на рисунке 3.2), считывания и предварительной обработки информации получаемой с магниторезистивного модуля типа НМС 2003. выходов трехосевого магниторезистивного модуля типа НМС 2003.
Приведенную на рисунке последовательность операций можно реализовать как аппаратно, так и программно.
Рисунок 3.2 - Алгоритм работы и управления магниторезистивным модулем
На
рисунке 3.3 рассмотрен алгоритм,
предлагаемый для организации вычисления
«индекса
»
процедуры цифровой фильтрации, и
определения погрешности, возникающей
на этапах преобразования и обработки
сигнала.
Рисунок 3.3 - Алгоритм работы ПО ПЭВМ
3.2 Подход и проектирование печатной платы
Таким образом, руководствуясь временными диаграммами, так называемых импульсов возбуждения и анализируя требуемые номинальные значения амплитуды и скважности установочных и сбросовых импульсов, произведем синтез функциональной схемы адаптации аналогового сигнала, как показано на рисунке. Причем отметим, что для повышения стабильности работы приведенной схемы, конденсатор С2 рекомендуется использовать в танталовом исполнении.
Рисунок 3.4 - Функциональная схема адаптации сигнала управления
Нормальное функционирование исследуемого устройства обеспечивается подачей напряжения различного номинала [22, стр.298]. Это в первую очередь связанно со спецификой работы магниторезистивного модуля, и системы управления им. В данном случае оправдано источник вторичного электропитания предусмотреть и организовать непосредственно в самой информационно-измерительной системы, не используя внешних преобразователей. Схемотехническим решением данного вопроса может служить схема, которая показана на рисунке 3.5.
Рисунок 3.5 - Функциональная схема преобразования напряжения
Отметим, что для увеличения стабильности работы данной схемы, а следовательно всей ИИС в целом, конденсаторы С4 и С6 рекомендуется использовать в танталовом исполнении [31, стр.222].
Таким образом, непосредственно на плате имеем необходимый ряд следующих номиналов напряжений:
+5 Вольт;
+12 Вольт;
+20 Вольт.
В рамках подхода к технической реализации ИИС регистрации геомагнитных возмущений, был произведен анализ тестового образца ИИС. Данный образец был изготовлен на проектировочной печатной плате, в лабораторных условиях.
Анализируя произведенные исследовательские работы, были сформулированные следующие рекомендации к технической реализации ИИС:
- нецелесообразность использования ручного управления системой слежения и регистрации параметров ГМП;
-отсутствие металлизированной области соединенной с аналоговой «землей», в районе АЦП, что уменьшает помехозащищенность системы обработки аналогового сигнала в целом ;
- сложности, возникающие с анализом результатов эксперимента у специально не подготовленного человека;
- ряд малоинформативных светодиодных индикаторов;
- некоторые соединения обладают чрезмерной длиной соединительных проводов, что учитывая импульсный характер работы системы в целом, приводит к появлению гармоник высшего порядка и как следствие - помехам.
В результате исследовательских работ были также сформулированы следующие выводы:
- необходимо максимально автоматизировать систему по средствам ПО, что в свою очередь сведет к минимуму негативное влияние воздействия
человеческого фактора;
- на печатной плате предусмотрим область сплошной металлизации под
аналоговую «землю». Аналоговая часть микроконтроллера и аналоговая часть устройства должны располагаться над этой областью. Аналоговая и
цифровая «земли» должны соединяться друг с другом в единственной точке
печатной платы, а соединения, по которым должны распространяться аналоговые сигналы должны быть как можно короче и располагаться над аналоговой «землей». Кроме того они должны быть размещены как можно дальше от быстродействующих цифровых сетей;
- выход AVcc АЦП необходимо подключить к источнику питания VCc
через LC- фильтр;
- выводы портов микроконтроллера, использующиеся как фильтр не должны переключаться во время преобразования аналогового сигнала ;
- предусмотреть процесс отображения текущего значения m-индекса непосредственно на плате, что при необходимости позволит системе работать автономно без эксплуатации ПК.
Таким образом, имеем ряд обоснованных рекомендаций.