Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут автоматики, електроніки та компютерних систем управління

Кафедра МПА

ДВОКАНАЛЬНА Інформаційно – вимірювальна

система ТЕМПЕРАТУРИ

Пояснювальна записка

з дисципліни “Інформаційно - вимірювальні системи”

до курсового проекту за спеціальністю

”Метрологія та вимірювальна техніка”

08-03.ІВС. 000.01.000 ПЗ

Керівник курсового проекту

к.т.н., доц. Кулаков П.І.

(прізвище та ініціали)

_____________________

(підпис)

“___” ____________ 2008 р.

Розробив студент гр. 1АМ-04

_______ Паламарчук Т.Б.

( підпис, прізвище та ініціали)

“___” ____________ 2008 р.

Нормоконтролер Ігнатенко О.Г.

_____________________

(підпис)

“___” ____________ 2008 р.

Вінниця ВНТУ 2008

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут автоматики та компютерних систем управління

ЗАТВЕРДЖУЮ

Зав. кафедри МПА, проф. д.т.н.

___________ В.О. Поджаренко

(підпис)

“____” __________ 2008 р.

Технічне ЗАВДАННЯ

на курсовий проект з дисципліни “ Інформаційно – вимірювальні системи ”

студенту Паламарчук Т.Б. факультету АКСУ групи 1АМ-04

Тема: “ Двоканальна інформаційно – вимірювальна система температури”

Вхідні дані:

Діапазон вимірювань – 0 - 80 ,

Відносна похибка вимірювань – 3%.

Кількість каналів – 2

Інтерфейс для зв’язку з ПЕОМ – RS485

Зміст пояснювальної записки:

Вступ

1.Технічне обґрунтування варіанту реалізації системи.

2. Розробка структурної схеми.

3. Розробка принципової схеми.

4. Електричні розрахунки.

5. Розрахунок похибки вимірювання.

Висновки

Дата видачі “___” _________ 20__ р. Керівник _____________

(підпис)

Завдання отримав_____________

(підпис)

Анотація

В даному курсовому проекті розробляється двоканальна інформаційно-вимірювальна система температури, діапазон вимірювання температури . В основу даної системи входить мікроконтролер, цифровий датчик температури та інтерфейс.

Ця система відповідає всім вимогам сучасних нормативів і стандартів. Отже, розроблений прилад дає можливість практичного його використання для вирішення реальних завдань

Зміст

Вступ……………………………………………………………………………….

1 Технічне обґрунтування варіанту реалізації системи...............……………..

2 Розробка структурної схеми……………………………………………………

3 Розробка принципової схеми..............................................................................

4 Електричні розрахунки………………………………………………………….

5. Розрахунок похибки вимірювання……………………………………………..

Заключення………………………………………………………………………….

Література…………………………………………………………………………...

Додатки

Додаток А – Перелік елементів

Додаток Б – Креслення електричної принципової схеми

Вступ

Згідно з технічним завданням, в даному курсовому проекті необхідно спроектувати двоканальну інформаційно – вимірювальну систему температури.

Інформаційно-вимірювальною системою називається сукупність програмних та апаратних засобів призначених для отримання, обробки, передачі вимірювальної інформації, представлення вимірювальної інформації у необхідному вигляді.

Інформаційно-вимірювальні систем (ІВС) як правило працюють у комплексі із системою автоматичного керування, яка на основі інформації отриманої від ІВС приймає рішення та забезпечує управління.

Всі ІВС поділяють на чотири групи:

1. Вимірювальні системи;

2. Системи технічної діагностики;

3. Системи розпізнавання образів;

4. Системи контролю.

Вимірювальними системами називають такі ІВС, які здійснюють отримання, обробку, передачу та представлення у зручному вигляді вимірюваної інформації.

Системи технічної діагностики – це такі ІВС, які на основі результатів вимірювань визначають місце та причину виникнення несправності об’єкта.

Системою розпізнавання образів називається така ІВС, яка на основі результатів вимірювань відносить об’єкт до певного класу.

Системою контролю називають ІВС, яка на основі вимірюваної інформації визначає чи відповідає об’єкт контролю заданим нормам чи не відповідає.

Узагальнена структурна схема ІВС зображена на рисунку 1.

Рисунок 1 – Узагальнена структурна схема ІВС

ПП – первиний вимірювальний перетворювач;

ВП – вториний вимірювальний перетворювач;

– аналогово цифровий перетворювач;

– цифро аналоговий перетворювач;

CPU – процесор;

RAM – оперативно запам’ятовуючий пристрій;

ROM – постійно запам’ятовуючий пристрій;

MX – мультиплексер;

I – інтерфейс;

HG – засоби відображення інформації;

ППр – периферійний пристрій;

ЗНІ – засоби накопичення інформації;

ЩОД – шина обміну даними

Дану структурну схему ІВС можна умовно поділити на чотири рівні. До першого рівня відноситься первинний перетворювач – ПП. Він здійснює перетворення роду фізичної величин, вимірювання яких здійснюється за допомогою ІВС. Вихідний сигнал функціональних вузлів першого рівня за допомогою ШОД, шина обміну даними, передається на другий рівень ІВС. На другому рівні знаходиться вторинний перетворювач – ВП, який здійснює нормалізацію вихідного сигналу ПП. За допомогою ШОД ВП сигнал передається до третього рівня. На третьому рівні знаходиться аналогово цифровий перетворювач та цифро аналоговий перетворювач, оперативна та постійна пам’ять (RAM,ROM), процесор, який здійснює необхідні обчислення , мультиплексер та інтерфейсні засоби, які призначенні для забезпечення обміну даними в середині третього рівня та з іншими рівнями. Ви хідні дані третього рівня передаються на четвертий. На четвертому знаходяться периферійні пристрої, засоби відображення інформації та інтерфейсні засоби, які призначенні для забезпечення обміну даними із зовнішнім світом (наприклад, із системами автоматичного управління).

1 Технічне обґрунтування варіанту реалізації системи

В даному розділі курсового проекту потрібно визначити оптимальний варіант структурної схеми інформаційно-вимірювальної системи. Для цього розглянемо три варіанти структурних схем, порівняємо їх між собою за шістьма критеріями, коротко охарактеризуємо кожну та обрану оптимальну структурну схему, на основі якої буде розроблена інформаційно вимірювальна система. При виборі оптимальної структурної схеми слід врахувати кількісні та якісні характеристики кожної з них, а саме швидкодія, надійність, простоту реалізації, низьку собівартість, точність, а також відстань, на точку можлива передача даних. Врахувавши, що кількість вимірювальних каналів два, розглянемо детальніше варіанти реалізації системи.

Розглянемо першу структурну схему, яка приведена на рисунку 2

Рисунок 2 – Перший варіант реалізації структурної схеми інформаційно вимірювальної системи вимірювання теплофізичних властивостей будівельних матеріалів з використанням мультиплексора

Позначення на схемі:

ПП – первиний вимірювальний перетворювач;

ВП – вториний вимірювальний перетворювач;

– аналогово цифровий перетворювач;

MX – мультиплексер;

I – інтерфейс;

HG – засоби відображення інформації;

MCU – мікроконтролер.

Принцип роботи даної схеми наступний: по двом каналам проводяться вимірювання двох різних параметрів складного сигналу. На виході цих каналів після вимірювання утворюються аналогові величини, які потім перетворюються в напругу за допомогою ПП та ВП. Після чого уніфікований сигнал поступає на вхід мультиплексора. Мікроконтролер подає на мультиплексом код відповідний номеру вимірювального каналу, після чого сигнал з виходу МХ поступає на вхід аналогово – цифрового перетворювача, перетворюється у цифровий код і зчитується процесором для подальшої обробки. Результати вимірювань відображаються за допомогою засобів відображення інформації. За допомогою інтерфейсних засобів здійснюється обмін даними із зовнішнім світом.

Одна з основних її переваг є простота та порівняно не висока вартість, тому що використовується лише один цифро аналоговий перетворювач. Однак ця схема поступається іншим схемам в швидкодії

Другий варіант реалізації системи вимірювання має наступний вигляд - рисунок 3.

Рисунок 3 – Другий варіант реалізації структурної схеми інформаційно- вимірювальної системи вимірювання теплофізичних властивостей будівельних матеріалів з використанням ШОД

Дана схема має кращу швидкодію, досить проста, проте потребує декількох АЦП. Вона значно дорожча за перший варіант, однак не поступається в точності вимірювань. Принцип дії даної схеми полягаю в наступному : фізична величина перетворюється в уніфікований сигнал за допомогою первинного та вторинного вимірювального перетворювача, після чого поступає на вхід аналогово цифрового перетворювача. АЦП працює в режимі постійного перетворення – Free run. Кожний вимірювальний канал має свою адресу. Виходи всіх АЦП підключені до шини обміну даними – ШОД, до якої підключені усі інші функціональні вузли ІВС.

Якщо необхідно в певний час провести вимірювання фізичної величини у будь-якому каналі процесор виставляє на шину адресу відповідного каналу, після цього канал виставляє на шину цифровий код, який зчитується процесором.

Підвищення швидкодії здійснюється за рахунок того, що реалізовано

безпосередній доступ до результатів вимірювання в будь-який момент часу.

У випадку коли основним параметром є швидкодія доцільно реалізувати вимірювальну систему за другим варіантом, якщо ж швидкодія немає особливого значення, доцільно реалізувати перший варіант. Можливі також комбіновані варіанти реалізації вимірювальної системи.

Третій варіант реалізації структурної схеми представлений на рисунку 4.

Рисунок 4 – Третій варіант реалізації структурної схеми інформаційно вимірювальної системи вимірювання теплофізичних властивостей будівельних матеріалів з використанням персонального комп’ютера

Звичайно дана схема не буде поступатись в точності попереднім двом. Основним недоліком даної схеми її собівартість та складність реалізації.

Для того, щоб порівняти визще наведені структурні схеми занесемо основні параметри системи до таблиці і порівняємо.

Таблиця 1. - Порівняльна характеристика структурних схем

Параметр	Схема №1	Схема №2	Схема №3	Ідеальна система
Швидкодія	0	1	0	1
Точність вимірювання	1	1	1	1
Складність	0	1	1	1
Собівартість	1	0	0	1
Надійність	0	1	1	1
Габаритність	0	1	0	1
Σ	2	5	3	6

Визначимо ефективність кожної із систем, обчисливши узагальнений критерій якості, який знаходиться за наступною формулою

(1.1)

Узагальнений критерій якості першої схеми

; (1.2)

Узагальнений критерій якості другої схеми

; (1.3)

Узагальнений критерій якості третьої схеми

; (1.4)

Як бачимо критерій якості другої схеми більший ніж для інших структурних схем. Виходячи з цих розрахунків можна зробити висновки, що для поставленої нами задачі найкраще підходить структурна схема представлена на рис. 2. Отже ми запропонували оптимальний варіант структурної схеми. Використаємо цю структурну схему для побудови електричної принципової схеми системи, що розробляється.