- •2 Разработка модуля инерционного сенсора 8
- •7 Производственная и экологическая безопасность 93
- •8 Заключение 108
- •9 Список литературы 109 Введение и постановка задачи
- •1.1Введение
- •1.2Техническое задание на дипломный проект
- •2Разработка модуля инерционного сенсора
- •2.1Предложение и обоснование подхода к созданию сенсора
- •2.2Разработка структурной схемы модуля инерционного сенсора
- •2.3Обоснование выбора элементной базы
- •2.3.1Акселерометр
- •2.3.2Магниторезистивный сенсор
- •2.3.5Температурный датчик
- •2.3.6Операционный усилитель
- •2.3.7Мультиплексор
- •2.3.8Схема сброса
- •2.3.9Плис
- •2.3.10Микроконтроллер
- •2.4Принцип работы модуля инерционного сенсора
- •2.5Расчет потребляемой мощности
- •3Разработка технологического процесса начальной калибровки модуля инерционного сенсора
- •3.1Обоснование необходимости начальной калибровки модуля инерционного сенсора
- •3.2Разработка алгоритма технологического процесса начальной калибровки инерционного сенсора
- •3.3Результаты испытания разработанного технологического процесса начальной калибровки инерционного сенсора
- •4Разработка алгоритмов управления инерциальными приложениями
- •4.1Разработка алгоритма опроса модуля инерционного сенсора и фильтрации полученных показаний
- •4.2Разработка алгоритма распознавания базовых движений Flip
- •4.3Разработка алгоритма выделения базовых движений Push
- •5Разработка методики написания инерциальных приложений
- •5.1Специфика разработки приложений для операционной системы Palm os 4.0
- •5.2Разработка разделяемого ресурса базы данных инерционного сенсора
- •5.3Разработка демонстрационного инерциального приложения
- •6Планирование и оценка затрат создания программного продукта
- •6.1Смоляная яма программирования
- •6.2Сетевое планирование
- •6.3Создание структурной таблицы работ
- •6.4Расчет затрат на создание программного продукта
- •6.4.1Расчет затрат на непосредственную разработку программного комплекса
- •6.4.2Расчет затрат на изготовление опытного образца программного продукта
- •6.4.3Расчет затрат на технологию
- •6.4.4Затраты на эвм
- •6.4.5Общие затраты на создание программного продукта
- •7Производственная и экологическая безопасность
- •7.1Введение в производственную и экологическую безопасность
- •7.2Обеспечение производственной безопасности при разработке, производстве и эксплуатации микропроцессорных устройств
- •7.2.1Микроклимат лаборатории
- •7.2.2Требования к уровням шума и вибрации
- •7.2.3Электробезопасность
- •7.2.4Требование к защите от статического электричества и излучений при работе за компьютером.
- •7.2.5Требования к освещению на рабочем месте
- •7.2.6Воздействие вредных веществ при пайке
- •7.2.7Психофизические факторы
- •7.2.8Эргономика рабочего места
- •7.3Расчет искусственного освещения на рабочем месте
- •7.4Охрана окружающей среды
- •8Заключение
- •9Список литературы
2.3Обоснование выбора элементной базы
2.3.1Акселерометр
В качестве акселерометра лучше всего использовать микросхему ADXL202AE фирмы Analog Devices. Это - двухосевой цифровой акселерометр, работающий от напряжения питания 3, или 5.25В. Отличительными особенностями микросхемы являются:
Наличие двух акселерометров, с перпендикулярными друг другу осями.
Сверхмаленький размер (5mm x 5mm x 2mm).
Разрешение 2mg на 60Гц.
Шокоустойчивость до 1000g.
Низкая цена.
Основные характеристики микросхемы приведены в Таблица 2 .1. Конфигурация выводов изображена на Рис. 2 .3. Описания выводов даны в Таблица 2 .2.
Таблица 2.1
Основные характеристики микросхемы ADXL202AE
Характеристика |
Условия |
Мин. значение |
Типичное значение |
Макс. значение |
Единица измерения |
Диапазон измерений |
На каждую ось |
±2 |
|
|
g |
Ошибка осей |
Разброс реальной и изображенной оси |
|
±1 |
|
° |
Ошибка осей |
Перпендикулярность осей |
|
0.01 |
|
° |
Суммарная ошибка по осям |
|
|
±2 |
|
% |
Температурный дрейф |
|
|
±0.5 |
|
% |
Чувствительность каждой оси |
При VDD=5В При VDD=3В |
10 |
12.5 |
15 |
%/g |
Плотность шума |
При 25°С |
|
200 |
1000 |
g |
Напряжение питания |
|
3 |
|
5.25 |
В |
Потребляемый ток |
|
|
0.6 |
1 |
mA |
Время включения |
|
|
160xCFILT+0.3 |
|
ms |
Рабочая температура |
|
-40 |
|
+85 |
°C |
Рис. 2.3 Микросхема ADXL202AE, вид снизу
Таблица 2.2
Описание выводов микросхемы ADXL202AE
Pin |
Мнемоника |
Описание вывода |
1 2 3 4 5 6 7 8 |
ST T2 COM YOUT XOUT YFILT XFILT VDD |
Само-тест Установка T2 периода Общий Выход канала Y Выход канала X Канал фильтра X Канал фильтра Y Питание |
2.3.2Магниторезистивный сенсор
В качестве магниторезистивного сенсора целесообразно будет использовать микросхему HMC1023 фирмы Honeywell. HMC1023 – это трех осевой магниторезистивный сенсор, отличительными особенностями которого являются:
Широкий диапазон измеряемого магнитного поля.
Маленький размер
Прочный корпус
Низкое энергопотребление
Невысокая цена
Основные характеристики микросхемы приведены в Таблица 2 .3. Расположение выводов показано на Рис. 2 .3. Описание выводов микросхемы приведено в Таблица 2 .4.
Таблица 2.3
Основные характеристики микросхемы HMC1023
Характеристика |
Условия |
Мин. значение |
Типичное значение
|
Макс. значение |
Единица измерения |
Питание мостов |
|
3 |
5 |
12 |
В |
Сопротивление мостов |
При токе 5mA |
250 |
350 |
450 |
Ом |
Рабочая температура |
|
-40 |
|
+125 |
°С |
Диапазон измеряемого магнитного поля |
|
-6 |
|
+6 |
Гс |
Ошибка линейности |
При температуре 25 °С и поле: ±1 Гс ±3 Гс ±6 Гс |
|
0.05 0.4 1.6 |
|
%FS |
Ортогональность осей |
Отличие от 90° |
|
±1 |
|
° |
Чувствительность |
При питании мостов 5В |
0.8 |
1.0 |
1.2 |
мВ/В/Гс |
Разрешение |
Частота 10Гц, питание мостов 5В |
|
|
85 |
µГс |
Наводки осей одна на другую |
|
|
+0.3 |
|
%FS |
Максимально допустимое поле |
|
|
|
200 |
Гс |
Рис. 2.4 Микросхема HMC1023, вид снизу.
Таблица 2.4
Описание выводов микросхемы HMC1023
Pin |
Мнемоника |
Описание вывода |
1 |
Y-Out- |
Отрицательный вывод моста Y |
2 |
S/R- |
Установка/Сброс - |
3 |
Y-Off+ |
Положительный вывод моста смещения по оси Y |
4 |
Z-Off+ |
Положительный вывод моста смещения по оси Z |
5 |
Z-Off- |
Отрицательный вывод моста смещения по оси Z |
6 |
X-Off+ |
Положительный вывод моста смещения по оси X |
7 |
X-Off- |
Отрицательный вывод моста смещения по оси X |
8 |
X-Out+ |
Положительный вывод моста X |
9 |
X-Out- |
Отрицательный вывод моста X |
10 |
S/R+ |
Установка/Сброс + |
11 |
Z-Out+ |
Положительный вывод моста Z |
12 |
Z-Out- |
Отрицательный вывод моста Z |
13 |
VCC |
Питание |
14 |
Y-Out+ |
Положительный вывод моста Y |
15 |
GND |
Общий |
16 |
Y-Off- |
Отрицательный вывод моста смещения по оси Y |
2.3.3АЦП
В качестве АЦП лучше всего использовать микросхему AD7864AS-2 фирмы Analog Devices. Это 4-х канальный, высокоскоростной, 12-и битный АЦП, отличительными особенностями которого являются:
Высокая скорость (1.25 s).
Одновременное аналого-цифровое преобразование с четырёх каналов.
Несколько диапазонов входных значений (от 0 до 2.5В, и от 0 до 5В).
Высокоскоростной параллельный интерфейс.
Низкое энергопотребление.
Энергосберегающий режим.
Защита от превышения диапазона входного напряжения на аналоговых входах.
Основные характеристики микросхемы приведены в Таблица 2 .5. расположение выводов изображено на Рис. 2 .5. Описание выводов микросхемы приведено в Таблица 2 .6.
Таблица 2.5
Основные характеристики микросхемы AD7864AS-2
Характеристика |
Значение |
Единица измерения |
Комментарий |
Разрешение цифрового выхода |
12 |
бит |
|
Относительная точность |
±1 |
LSB |
Максимум |
Нелинейность |
±0.9 |
LSB |
Максимум |
Диапазон входных, аналоговых, напряжений |
+2.5, +5 |
В |
|
Входное сопротивление |
9 |
кОм |
В диапазоне входного напряжения: 0 – 5 В |
Время преобразования |
1.65 |
s |
|
Напряжение питания |
+5 |
В |
|
Потребляемый ток |
24 20 |
mA A |
Нормальный режим Энергосберегающий режим |
Потребляемая мощность |
120 100 90 20 |
mW W mW W |
Макс. Нормальный режим Макс. Энергосберегающий режим Тип. Нормальный режим Тип Энергосберегающий режим |
Рис. 2.5 Микросхема AD7864, вид сверху.
Таблица 2.6
Описание выводов микросхемы AD7864AS-2
Pin |
Мнемоника |
Описание |
1 |
BUSY |
Выход занят. Сигнал установлен, пока идёт преобразование. |
2 |
FRSTDATA |
Первый цифровой выход. Когда сигнал установлен, указатель регистра выходных данных указывает на Register 1 |
3 |
|
Старт преобразования. Положительный перепад на данном входе сигнализирует о начале аналого-цифрового преобразования |
4 |
|
Устройство выбрано. Устройство активно, когда на данном сигнале низкий потенциал. |
5 |
|
Считка данных. Низкий потенциал на данном выводе говорит о том, что данные можно считывать. |
6 |
|
Запись данных. Данный сигнал запирает выводы DB0 – DB3 и по их содержимому выбирает регистр канала. |
7-10 |
SL1-SL4 |
Аппаратный выбор каналов. С помощью данных выводов можно задать последовательность каналов. |
11 |
|
Аппаратный/Программный выбор каналов. В состоянии 0 – последовательность каналов устанавливается сигналами SL1-SL4, в состоянии 1 – последовательность каналов задаётся регистром каналов. |
12 |
AGND |
Общий (аналоговый). |
13-16 |
VIN4X ,VIN3X |
Аналоговые входы. |
17 |
AGND |
Общий (аналоговый). |
18-21 |
VIN2X ,VIN1X |
Аналоговые входы. |
22 |
|
Переключатель в режим пониженного энергопотребления (пониженное энергопотребление включено при низком потенциале). |
23 |
VREFGND |
Reference Ground. |
24 |
VREF |
Reference Input/Output. |
25 |
AVDD |
Питание (аналоговое). |
26 |
AGND |
Общий (аналоговый). |
27 |
|
Переключатель Внешнее/Внутреннее тактирование. |
28 |
CLKIN |
Тактовый вход (для внешнего тактирования). |
29-34 |
DB11-DB6 |
Цифровые выходы. Биты 11-6. |
35 |
DVDD |
Питание (цифровое). |
36 |
VDRIVE |
Питание цепи
цифровых выходов, сигналов BUSY,
|
37 |
DGND |
Общий (цифроовой). |
38,39 |
DB5, DB4 |
Цифровые выходы. Биты 5 и 4. |
40-43 |
DB3-DB0 |
Цифровые выходы. Биты 3-0. |
44 |
|
Преобразование завершено. Если сигнал имеет низкий уровень – преобразование завершено. |
2.3.4ЦАП
В качестве ЦАП будем использовать микросхему AD7305BRU фирмы Analog Devices. Это 4-х канальный 8-и битный ЦАП, отличительными особенностями которого являются:
4 8-и битных ЦАП в одном корпусе.
Компактный размер.
Быстрый параллельный интерфейс.
Низкое энергопотребление
Основные характеристики микросхемы AD7305BRU приведены в Таблица 2 .7. Расположение выводов изображено на Рис. 2 .6. Описание выводов приведено в Таблица 2 .8.
Таблица 2.7
Основные характеристики микросхемы AD7305BRU
Характеристика |
Напр. пит 3В |
Напр. пит. 5В |
Напр. пит. ±5В |
Единицы измерения |
Разрешение |
8 |
8 |
8 |
бит |
Интегральная нелинейность |
±1 |
±1 |
±1 |
LSB |
Дифференциальная нелинейность |
±1 |
±1 |
±1 |
LSB |
Опорное входное сопротивление |
7.5 |
7.5 |
7.5 |
кОм |
Опорная входная емкость |
5 |
5 |
5 |
пФ |
Диапазон выходного напряжения |
-5.5 - +3 |
-5.5 - +5 |
-5.5 - +5 |
В |
Выходной ток |
±3 |
±3 |
±3 |
мА |
Напряжение логического нуля |
0.6 |
0.8 |
0.8 |
В мин. |
Напряжение логической единицы |
2.1 |
2.4 |
2.4 |
В макс. |
Положительный ток питания |
6 |
6 |
6 |
мА |
Отрицательный ток питания |
|
|
6 |
мА |
Потребляемая мощность |
15 |
30 |
60 |
мВт |
Рис. 2.6 Микросхема AD7305BRU, вид сверху.
Таблица 2.8
Описание выводов микросхемы AD7305BRU
Pin |
Мнемоника |
Описание |
1 2 3 4 5 6 7-14 15 16 17 18 19 20 |
VOUTB VOUTA VSS VREF GND
DB7-DB0
А1 А0/SHDN VDD VOUTD VOUTC |
Выход канала B Выход канала A Отрицательное напряжение питания Опорный вход Общий Строб ЦАП преобразования Цифровые входы Запись данных в регистр Бит адреса №1 Бит адреса №0 / Аппаратное выключение Положительное напряжение питания Выход канала D Выход канала C |
