Расчет измерительного канала цифровых весов с температурной компенсацией, страница 6

Достоинства усилителя:

·  симметричный дифференциальный вход обеспечивает высокую помехозащищенность, особенно для синфазной помехи;

·   малый дрейф нуля, обусловленный подбором входных каскадов с дифференциальным входом;

·  высокое входное сопротивление, создаваемое применением повторителей и полевых транзисторов на входе;

· 

малый температурный дрейф коэффициента преобразования и нуля обеспечивается симметричностью входных каскадов.

Рис. 1.3.4

Сигнал с выхода моста необходимо усилить до необходимого уровня в 377 раз. Это осуществляется подбором соответствующих резисторов :

k_п1=1+2,   k_п2=;

Общий коэффициент преобразования усилителя равен:

                                           k_пн=k_п1* k_п2=(1+2)                                            (21)

Путем подбора резисторов в формуле 21 нужно получить необходимый коэффициент преобразования.

 Данный коэффициент усиления достигается при следующих номиналах резисторов:

           R₁₉=180 кОм

                 R₂₀=3 кОм

           R₃₀=5100 Ом

           R₂₂=1600 Ом.

k_пн=386

Так как полученный коэффициент усиления при данном наборе резисторов в цепи нормирующего преобразователя равен 386, а сигнал с выхода моста необходимо усилить в 377 раз, то на его выходе будет напряжение большее, чем необходимо. Для решения этой проблемы предусмотрено наличие построечного резистора R20, изменение сопротивления которого и подкорректирует величину напряжения на выходе.

Для усиления сигнала были выбраны следующие усилители:

DA9 - 140УД1301, DA13 – 140УД21– операционный усилитель прецизионный.

Для увеличения стабильности характеристик резисторы, с помощью которых устанавливается коэффициент преобразования,  выполняются по одной технологии. Тип резисторов, используемых в данном курсовом проекте – БЛП-0,1[5].

1.3.5 Фазочувствительный детектор

Так как на выходе нормирующего преобразователя мы имеем сигнал в виде меандра, следовательно, ставим фазочувствительный выпрямитель для получения на выходе напряжения одного знака. Фазочувствительный выпрямитель имеет 2 входа: сигнальный и управляющий (рис. 1.3.5). Если на сигнальный вход подано гармоническое переменное входное напряжение, а на управляющий - напряжение той же частоты, то

U_вых= cos,

где - константа

     -фазовый сдвиг между напряжением на управляющем и сигнальным входах.

Рис. 1.3.5

Такие фазочувствительные выпрямители (ФВ) достаточно просто реализуются на бесконтактных аналоговых ключах, выполненных на основе МОП-транзисторов. Операционные усилители в них дают возможность уменьшать число ключей, увеличивать входное и выходное напряжения, усилить выпрямляемый сигнал.

Задаваясь требуемым коэффициентом усиления выпрямителя , мы можем найти R₃=R₂, R₁= R₂/(-1). В частности, если =1, то R₃=R₂ =100 кОм, а резистор R₁ уже не нужен.

1.3.6 Фильтр

Для устранения влияния помех на результат измерения необходимо после выпрямителя поставить фильтр нижних частот (рис 1.3.6).

Рис 1.3.6

Активный RC-фильтр состоит из широкополосного усилителя на сопротивлениях и пассивного RC-фильтра (RC-цепи), включенного в цепь обратной связи усилителя.

Подберем для фильтра сопротивления резисторов и емкости конденсаторов зная частоту среза f_c =1 Гц и следующие соотношения [3].

Расчет начинаем вести с выбора емкости С₁:

С₁  10/f_с , мкФ,

где f_с – частота среза в герцах

С₁  10 мкФ

                                     С₂                                                           (22)

                                     R₂=                                (23)

                                                  R₁=                                                                  (24)

                                   R₃=                                        (25)

Из формул 22, 23, 24, 25 поручим следующее:

С₂==24,751*10^-6 Ф

По параметрическому ряду для конденсаторов уточняем его номинал C₂=24мкФ.

R₂==82719.9 Ом

По параметрическому ряду для резисторов уточняем его номинал 82 кОм.

R₁==82 кОм

R₃==8012 Ом

Уточняем R₃=8 кОм.

1.3.7 Микроконтроллер

В данной выпускной работе  используется микропроцессор фирмы Atmel 90S8535. Микропроцессор позволяет увеличить точность, надежность и быстродействие прибора. С его помощью упрощается управление процесса измерения, проводится калибровка  компенсация температурной погрешности

Включает в себя:

·  118 команд, выполняемых за один тактовый сигнал;

·  32 восьми разрядных регистров общего назначения;

·  максимальная тактовая частота 8 МГц;

·  память данных – программируемая память EEROM, в которой хранятся константы, которые можно изменять в процессе работы;

·  память программ 8 кБайт (возможность перепрограммирования систем);

·  периферийные устройства:

          - восьми канальные 10-ти битные АЦП;

          - программируемый асинхронный приемопередатчик УАРТ;

         - последовательный интерфейс SPI;

         - два 8-ми битных таймера-счетчика с разделенным предделителем и режимом сравнения;

        - 16-ти битный таймер-счетчик, включающий формирователь широтно-импульсных сигналов;

        - программируемый сторожевой таймер;

        - встроенный аналоговый компаратор;

        - часы реального времени;

        - внутренние и внешние прерывания режима сбережения энергии.

1.3.7.1 Назначение ножек микроконтроллера.

VCC – напряжение питания микросхемы

GND – цифровая земля

Port A (PA7…PA0), Port B (PB7…PB0), Port С (PС7…PС0), Port D (PD7…PD0)   – это 8-ми битный двунаправленные порты вход/выход. Могут обеспечить внешние резисторы, подобранные для каждого бита. 

Port A Ток стока равен 20 мА и он может управлять светодиодным индикатором. Т. к PA7…PA0 используются как калиброванные выходы, они могут быть также быть источником тока, если внешние резисторы активированы, служат аналоговыми входами для АЦП.