3.2 Расчёт операционных усилителей на входе ацп:

Десятиразрядный аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера реализует метод последовательного приближения. Величина входного сигнала V_s не может превышать величины опорного сигнала и практически должна лежать в пределах 0…+5В.

Но так как сигналы с датчиков по заданию изменяются в пределах +10…+5В, необходимо реализовать преобразование входного диапазона напряжений с датчиков в диапазон 0…+5В для встроенного АЦП микроконтроллера. Для этого и используются усилители DA1, DA3, DA5, представляющие собой операционные усилители среднего класса точности общего применения типа К153УД1. Все три операционных усилителя включены по схеме инвертирующих суммирующих усилителей (Рис. 3.1), входному напряжению 10В соответствует напряжение 0В на выходе, а напряжению 5В – выходное напряжение 5В.

(Рис. 3.1 Входной усилитель напряжения)

Запишем выражение для выходного напряжения усилителя на DA1, представленного на принципиальной электрической схеме:

;

Пусть U_см = -5 В = Vss ;

Запишем систему уравнений для возможного диапазона напряжений на входе АЦП (Uвых) и заданных значений изменения сигнала на выходе датчиков(Uвх):

;

Отсюда следует, что :

R1=2R4 = 20 кОм; (аналогично R9, R17) ;

R4=10 кОм; (аналогично R12, R20) ;

R2 = 20 кОм; (аналогично R10, R18) ;

R7=R2*0.5R1/(R2+0.5R1)=6,66 кОм ; (аналогично R15, R23) ;

Операционные усилители DA2 , DA4, DA6 представляют собой инверторы. Отношение входного напряжения к выходному рассчитывается по формуле, например для DA2:

;

Выберем:

R3 = R5 = 10кОм ;

R8=R16=R24= R3*0.5R5/(R3+0.5R5)=3.33кОм;

R11 = R13 = 10кОм ;

R19 = R21 = 10кОм ;

На этом расчёт усилителей на входе АЦП завершён.

3.3 Расчёт операционного усилителя на выходе системы:

Усилитель DA8, представляющий собой операционный усилитель общего назначения типа КР1426УД1, предназначен для преобразования входного диапазона напряжений (0В…5В) в диапазон -15В…15В. Операционный усилитель включен по схеме инвертирующего суммирующего усилителя, входному напряжению 0В соответствует напряжение +15В на выходе, а напряжению 5В – выходное напряжение -15В.

(Рис. 3.2 Выходной усилитель напряжения)

Запишем выражение для выходного напряжения усилителя на DA1, представленного на принципиальной электрической схеме:

;

Пусть U_см = -5 В = Vss ;

Запишем систему уравнений :

;

Отсюда следует, что :

R28=2R29=20кОм;

R29=10кОм;

R27=5кОм;

R30=R27*0.5R28/(R27+0.5R28)= 3.33кОм.

3.4 Расчёт светодиода:

Для реализации сигнала «Авария» мы используем светодиод СДК-К624.

Его рабочий прямой ток = 40мА, а прямое падение напряжения = 2.5 В.

4. Описание алгоритма работы системы

На рис. 4.1 представлена общая блок-схема работы проектируемой системы. На рис. 4.2 представлена блок-схема процедуры обработки сигналов с датчиков. На рис. 4.3 представлена блок-схема процедуры вычисления выходного сигнала.

(Рис. 4.1. Общая блок-схема работы системы)

(Рис. 4.2. Блок-схема процедуры обработки сигналов с датчиков)

(Рис. 4.3. Блок-схема процедуры вычисления выходного сигнала)

Центральным элементом рассматриваемой схемы является вычислительное устройство – микропроцессор (со встроенным АЦП), которое реализует цифровой эквивалент непрерывной передаточной функции.

Как показано на структурной схеме, на вход вычислительного устройства поступает три аналоговых сигнала с выходов трех датчиков, подключенных к объекту управления. Использование трех каналов с датчиков позволяет повысить надежность системы, так как программа контроля, сравнивая сигналы с датчиков, может определить, какие из них в данный момент исправны, и отключить неисправные.

Сигнал с каждого датчика поступает на соответствующий вход АЦП в микропроцессоре, где происходит усреднение входного сигнала и вычисляется значение выходного сигнала по разностному уравнению, соответствующему заданной передаточной функции.

Полученное значение выходного сигнала поступает на внешний ЦАП. Сигнал с ЦАП идёт на вход программируемого усилителя, управляемого микропроцессором и с выхода усилителя идёт снова на встроенный АЦП. Таким образом, программа может анализировать сигнал выхода и производить своевременную коррекцию коэффициента усиления для программируемого усилителя. В случае невозможности произвести коррекцию программа подаёт сигнал “АВАРИЯ”, который включает внешнее световое устройство.