Разработка и описание структурной схемы.

Рис.14

На рисунке 14 представлена структурная схема системы контроля сопротивления резисторов.

На схеме приняты следующие обозначения:

R_x - преобразуемое сопротивление.

U_пит - напряжение питания

Сх. Изм.- схема измерения ,построенная на основе автокомпенсационного моста с дискретно управляемыми параметрами.

Упр.К₁- управляющий сигнал для задания диапазона сопротивлений(<100Ом, <1000Ом и т. д.)

Упр. К₂ – управляющий сигнал для задания номинала проверяемого сопротивления.

Упр. К₃ - управляющий сигнал согласующий выходной сигнал с рабочим диапазоном ЦАП.

МК- микроконтроллер

RS-232 – интерфейс для связи системы с периферийными устройствами(в данном случае с персональным компьютером)

ПК- персональный компьютер

Данная схема обладает существенным недостатком- перед началом работы оператору необходимо установить номинал проверяемого сопротивления и допустимое отклонение. Чтобы исключить этот недостаток необходимо изменить схему следующим образом:

Рис.15

Данная проблема решается путем добавления блока определения диапазона(БОД).Также необходимо реализовать автоматический выбор допустимого отклонения.

На мониторе персонального компьютера оператор системы имеет возможность наблюдать статистику проведенных измерений, количество проверенных резисторов, количество бракованных резисторов, уведомления об ошибках.

Пример интерфейса системы представлен на рисунке 16.

Схема измерения работает по методу преобразования сопротивления в напряжение. Выходное напряжения этой схемы зависит от номинала резистора.

Подробное описание схемы измерения будет дано в разделе – разработка и описание функциональной схемы

Рис.16

R_x- номинал проверяемого сопротивления.

δR_{x доп.}- значение допустимого отклонения

δR_{x изм.}- измеренное значение отклонения

Разработка и описание функциональной схемы.

На основе обобщенной схемы преобразователей абсолютных значений параметров (Рис.17) синтезируем функциональную схему преобразователя относительных и абсолютных значений параметров резисторов.

Рис.17

Схема(Рис.16) содержит источник образцового напряжения U₀, два комплексных сопротивления Z ₁ и Z_2, одно из которых является образцовым, второе –преобразуемым.

Запишем функцию преобразования для случая, когда Z ₁ =R₀ , а Z₂=R_x=R_0x+∆R_x= R_0x(1+δR_x), где R_0x- номинал сопротивления, ∆R_x и δR_x –абсолютное и относительное отклонение от номинала. Известно, что при идеальном ОУ на его инвертирующем входе образуется потенциал, близкий к нулю. Следовательно,

I₀=-I_x. Выражая значения токов через параметры схемы получаем:

Первое слагаемое в этой формуле является постоянной величиной, которая не несет необходимой информации о преобразуемом сопротивлении, поскольку в системе контроля заранее известно его номинальное значение. Исключить первое слагаемое в этой формуле можно с помощью включения в цепь обратной связи источника с напряжением . Учитывая сложность создания изолированного источника, напряжение которого должно меняться в зависимости от номинала, необходимо включить в цепь обратной связи сумматор, на вход которого подать напряжение через управляемый делитель. СФП такого преобразователя:

Потребуем чтобы первое слагаемое в данной формуле обращалось в ноль для каждого значения R_0x . Это возможно в том случае, когда значение коэффициента

задается кодоуправляемым делителем напряжения с коэффициентом передачи , гдеN- код, пропорциональный значению R_0x; n – количество разрядов делителя. СФП при этом будет описываться следующим выражением:

Полученный преобразователь обладает основным недостаткам: его выходное напряжение зависит от номинала. Включив делитель после сумматора, получим

Внесем в схему изменения для повышения ее чувствительности к δR_x и возможности управлять током I₀. Окончательно разработанная схема представлена на рисунке 18.

Рис.18

В данной схеме:

и - источники постоянного и синусоидального напряжения

∑ - сумматор

К₁,К₂,К₃ – делители напряжения, с управляемыми коэффициентами передачи

R₀ и R_x – образцовое и преобразуемое сопротивления

Для этой схемы из условия равенства токов в прямой и обратной ветвях усилителя сигнала рассогласования, т. е. I₀=-I_x, получим

Откуда

Если потребовать выполнение условия U₀K₁R_0x=U₁K₂R₀, то первое слагаемое обратится в ноль. Соблюдение этого условия возможно в том случае, когда ипротивофазные, а для каждого номинала будет выполняться условие

Подставив последнюю формулу в предыдущую получим

Из данной формулы следует, что, поставив в соответствие некоторому предельному значению δR_xm максимальное значение для различных значений, получим семейство значений функций преобразования.

Таким образом синтезирована структура автокомпенсационного преобразователя относительных отклонений сопротивлений.

В связи с тем, что на рынке представлено мало микросхем кодоуправляемых делителей напряжения я перестрою данную функциональную схему.

Вместо управления коэффициентом К₁ я буду изменять ток, создаваемый иcточником U₀ посредством переключения номинала сопротивления R₀.(переключение диапазонов) .Коэффициент К₂ подстраивается под значение номинала проверяемого сопротивления. Я реализую такую подстройку посредством регулирования напряжения U₁ то есть в качестве источника U₁ я использую ЦАП.

Тогда

Коэффициент К₃ я использую для согласования выходного сигнала схемы с рабочим диапазоном ЦАП.

Измененная функциональная схема представлена на рисунке 19.

Рис.19.

Для повышения степени автоматизации системы и ее быстродействия следует доработать ее посредством добавления устройства автоматического определения диапазона измерений(АВДИ) . Для этого я использую логическую схему и реверсивный счетчик, организованные ПЛИС и два компаратора напряжения КН₁ и КН₂.(Рис.20)

Рис.20

Добавлены следующие обозначения:

ЛЗ - линия задержки, собрана в ПЛИС из двух последовательных элементов NOT.

Cnt - реверсивный счетчик

КН₁ и КН₂ - компараторы напряжения

Данная схема по уровню выходного напряжения определяет, принадлежит ли значение номинала резистора установленному рабочему диапазону и автоматически переключает поддиапазоны измерений .

Для реализации управления мультиплексором с помощью ПЛИС, необходимо использовать таблицу истинности, по которой будут определяться управляющие коды для мультиплексора в зависимости от комбинации значений поступающих с КН₁ и КН_2.