Разработка тензометрических вагонных весов для взвешивания в движении, страница 9

Взаимодействие блоков между собой осуществляется через микроконтроллер. Линии Din, Dout служат для обмена входными (выходными) данными соответственно, SCLK – тактовый сигнал, CS1, CS2 – выбор первого (второго) АЦП, CST – выбор датчика температуры, CSM^ - выбор памяти, RDY - сигнал готовности. По линиям RE/DE, RXD, TXD осуществляется связь с весопроцессором (далее ВП).

В условиях удаленности измерительного процессора от весопроцессора более чем на 200 м (ПИ устанавливается на шейке рельса, ВП – в помещении весовщика) связь двух устройств осуществляется по интерфейсу RS 485.

Преобразованный сигнал по команде запроса с весопроцессора по длинной линии поступает в миникомпьютер, где осуществляется его последующая обработка. Программа взвешивания записана в запоминающем устройстве и начинает выполняться автоматически с момента включения питания.

Кроме того в памяти ПИ зашиты значения РКП датчиков в нормальных условиях (В₀) и значения изменений РКП при изменении температуры окружающей среды (γ_t), посредством которых осуществляется компенсация температурной погрешности.

Выполнена гальваническая развязка схемы через оптопары для защиты от наводок, блуждающих токов, в длинной линии, исходящих от электровозов.

2.3  Схема электрическая принципиальная

Платы измерительного процессора и весопроцессора выполнены на современной электронной базе. Для компоновки схемы выбраны быстродействующие цифровые микросхемы.

Измеряемый сигнал с датчика поступает на вход АЦП AD7730, где происходит его преобразование в цифровой код.

AD7730 – это сигма-дельта аналогово-цифровой преобразователь с цифровым фильтрованием, предназначенный для измерения широкого динамического диапазона, низкочастотных сигналов, таких как в датчиках давления и температуры, в весах, тензодатчиках.

Он имеет сигма-дельта аналогово-цифровой преобразователь, микроконтроллер калибровки с встроенной статической памятью RAM, тактовый генератор, цифровой фильтр и двунаправленный последовательный порт связи. Работает от одного источника питания +5V. Имеет два полностью дифференциальных с программируемым усилением аналоговых входных канала. Работает на восьми различных входных диапазонах, которые программируются через встроенные регистры.

Служит для сигма-дельта преобразования. Сигма-дельта модулятор преобразует входной сигнал в цепочку цифровых импульсов, в которой содержится цифровая информация. Цифровой фильтр низких частот обрабатывает выход сигма-дельта модулятора и обновляет регистр данных со скоростью, которая может программироваться через последовательный интерфейс. Частота прерывания и скорость выхода этого фильтра может программироваться через встроенные регистры.

§  Операция записи

Передача записи в прибор происходит в входной сдвиговый регистр. По окончании операции записи данные передаются в указанный регистр. Эта внутренняя передача не произойдет до тех пор, пока правильное количество битов для указанного регистра не будет загружено в входной сдвиговый регистр.

§  Операция считывания

Считывание данных из прибора происходит из выходного сдвигового регистра. При инициации операции считывания данные передаются из указанного регистра в выходной сдвиговый регистр. Рисунок 2.13 показывает временную диаграмму для считывания из выходного сдвигового регистра AD7730. При логически высоком входе POL данные выводятся из сдвигового регистра при спадающем фронте SCLK. При логически низком входе POL данные выводятся из выходного сдвигового регистра при нарастающем фронте SCLK.

Рисунок 2.13. Временная диаграмма цикла считывания

Для входного устройства измерительного канала – АЦП предложена защита от перенапряжения с помощью диодов Шоттки VD1, VD2 и ограничительного резистора. Причем наличие внутренних диодов защиты от электростатического электричества не исключает использование внешних диодов, так как они позволяют снизить величину ограничительного резистора R  и тем самым уменьшить уровень шумов на входе.

Управление процессами записи, считывания, передачи данных осуществляет однокристальный микроконтроллер АТ 89С4051, имеющий достаточное быстродействие, небольшую стоимость и подходящее энергопотребление.

Основные характеристики МК АТ89С4051

·  Высококачественная n-МОП технология;

·  Объем внутренней памяти программ – 4К;

·  Тип памяти – ПЗУ;

·  Объем внутренней памяти данных – 128 байт;

·  Максимальная частота следования тактовых сигналов – 12 МГц;

·  Ток потребления – 150 мА;

·  Четыре 8-ми разрядных программируемых канала ввода-вывода;

·  Два 16-тибитовых многорежимных таймера-счетчика;

·  Система прерываний с 6-ю векторами и 2-мя уровнями;

·  Последовательный интерфейс;

·  Встроенная система прерываний;

·  Встроенный программируемый связной адаптер;

·  Возможность расширения общего объема оперативной памяти данных –  до 64 К байт за счет использования внешних микросхем ЗУПВ.

8-битное арифметико-логическое устройство микроконтроллера (ALU) может выполнять арифметические операции сложения, вычитания, умножения, деления; логические операции И, ИЛИ, исключающее ИЛИ, а также операции циклического сдвига, сброса, инвертирования и т. п. 

Важной особенностью ALU является способность оперировать не только байтами, но и битами. Отдельные программно доступные биты могут сравниваться, устанавливаться, сбрасываться, передаваться, использоваться в логических операциях. Эта способность достаточно важна, поскольку для управления объектами часто применяются алгоритмы, содержащие операции над входными и выходными булевыми переменными, реализация которых средствами обычных микропроцессоров сопряжена с определенными трудностями.