5.3 Расчет разрядности ацп и мк
Основываясь на информации о требуемой точности представления управляемых величин, их диапазоне изменения и количестве округлений в каждом используемом алгоритме первичной обработки информации, оценим длину разрядной сетки АЦП и АЛУ микроконтроллера.
Имеется три измеряемых величины: температура, давление, расход. Для их измерения используются датчики T7/MPX, 27SP, ДРК-1.
Требуемая точность контроля параметров равна:
Посчитаем разрядность АЦП, необходимую для считывания информации с датчиков, по формуле [14]:
,(5.1)
где
Dx
— диапазон изменения сигнала,
и
— коэффициенты, характеризующие доли
погрешности вычислений, приходящиеся
на датчики и АЦП соответственно. В
соответствии с техническими характеристиками
датчиков выбираем -
= 0,35;
= 0,5. Рассчитаем погрешность показаний
каждого датчика по формуле:
(5.2)
В
соответствии с (5.2) рассчитаем
для каждого измеряемого параметра:
,
,
.
Теперь
по формуле (49) найдем количество разрядов
АЦП, необходимое для каждого из каналов:
Выберем
максимальное из них:
= 10. Рассчитаем число дополнительных
разрядов в АЛУ микроконтроллера по
формуле:
,
где
-
количество округлений для каждого
алгоритма,
- коэффициент ослабления помехи,
- коэффициент преобразования.
Подставив значения количества округлений для каждого алгоритма (m1 = 9, т2 = 30, т3 = 3, т4 = 4), приняв значение коэффициента ослабления помехи = 5 и найдя значение коэффициента преобразования по формуле:
получим, что число дополнительных разрядов равно нулю.
Однако из-за погрешностей округления в алгоритме вычисления управляющего воздействия это число возрастет, но не более, чем на 4 разряда. А поскольку в микроконтроллере разрядность кратна байту, то АЛУ выбираемого микроконтроллера должно быть 16-ти разрядным.
Проверим выбранные технические средства по быстродействию. Для этого необходимо обеспечение условия:
,(5.3)
где
- время вычислений в микроконтроллере,
для заданных алгоритмов,
- время преобразований аналоговых
сигналов в цифровой код,
- время, затрачиваемое аппаратурой
передачи данных на передачу информации
от объекта управления к контроллеру и
обратно. Подставив данные для
микроконтроллера и АЦП в формулу (5.3),
получим:
.(5.4)
Так как неравенство (5.4) выполняется, следовательно микроконтроллер и АЦП подходят по быстродействию для реализации системы.
5.4 Схема соединения устройств автоматизации
Фирма Advantech [19] предлагает широкий ассортимент технических средств автоматизации, в том числе модули серии ADAM-4000, которые в сочетании с функциональными возможностями программного обеспечения TRACE MODE позволяют просто решить большинство задач разработки масштабируемых систем распределенного сбора данных и управления.
При помощи модулей ADAM можно реализовать все необходимые функции разработанной автоматизированной системы управления: организацию ввода в микроконтроллер данных с датчиков и вывода сигналов на исполнительные механизмы, сопряжение с ЭВМ PC для осуществления контроля переменных системы. Основной причиной выбора устройств ADAM для технической реализации разработанной системы является то, что они совместимы с пакетом сбора данных, управления и контроля TRACE MODE, в котором разработан мониторинг системы контроля состояния подсистем нефтеналивного танкера. К тому же модули ADAM имеют хорошие функциональные, надежностные и качественные характеристики.
Компоненты, необходимые для сборки, инсталляции и конфигурирования сети из модулей ADAM:
• Модули ADAM;
• Системный компьютер, совместимый со стандартом IBM PC/AT, способный передавать символы в ASCII формате через порт RS-232 или RS-485;
• Источник питания модулей ADAM (от 10 до 30 В постоянного тока);
• Преобразователь интерфейса (при необходимости);
• Повторитель (при необходимости).