Разработка информационно-измерительной системы для технологических производств. Измерительная информационная система, которая предназначена для измерений с высокой точностью температур

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра ИнИТ

  

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу

“Информационно измерительные системы ”

Тема: «Разработка информационно-измерительной системы для технологических производств»

Работу выполнил:

Студент группы ПС-527

Работу проверил:

Проект защищён с оценкой

“___” декабря 2003 г.

Челябинск

2004

Аннотация

Разработка измерительной информационной системы для технологических производств.

- Челябинск: ЮУрГУ, ПС, 2004, 19 с, 1 ил. Библиография литературы - 2   наименования.

В ходе выполнения данного курсового проекта была разработана измерительная информационная система, которая предназначена для измерений с высокой точностью  температур лежащих в диапазоне от  до 150 °С. По ходу данной работы  были проведены основные этапы проектирования, разработана функциональная схема, принципиальная схема, разработка программного обеспечения.

Введение

В последнее время все большее распространение получают информационно-измерительные системы на базе микроконтроллеров. Одним из основных преимуществ такой системы является возможность автоматизации процесса.

Целью курсового проекта является разработка измерительной информационной системы для технологических производств. Измеряемый физический параметр технологического процесса - температура преобразуется на сенсоре в электрическую величину-сопротивление, поступающую на преобразователь. Микроконтроллер, входящий в состав преобразователя, рассчитывает итоговое значение измеренной температуры, которое может быть впоследствии использовано при автоматизации каких-либо технологических процессов производства, контроля и т.д.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать функциональную схему информационно-измерительной системы в зависимости от заданного варианта и дать описание ее работы;
2. Разработать принципиальную электрическую схему информационно-измерительной системы в зависимости от заданного варианта и дать описание ее работы;
3. Рассчитать параметры элементов принципиальной электрической схемы (резисторов, конденсаторов, резонаторов) и составить перечень элементов;
4. Написать программу для микроконтроллера на языке программирования Си.

1 Описание функциональной схемы

Функциональная схема информационно-измерительной системы приведена на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Функциональная схема информационно-измерительной системы.

Измерительная система состоит из следующих функциональных блоков:

- Cенсор (термопреобразователь сопротивления, включенный по четырех проводной схеме),  предназначен для преобразования измеряемого физического параметра технологического процесса (температура)  в электрическую величину (сопротивление);

- АЦП (Аналого-цифровой преобразователь), преобразует входное напряжение в двоичный     16–ти разрядный код;

- Далее код, полученный от АЦП, поступает на микроконтроллер, где происходит расчет итогового значения температуры по полиномам с заданными при калибровке коэффициентами.

- Рассчитанное значение с помощью токового интерфейса (токовой петли) передается на удаленный микроконтроллер. Также от токовой петли запитываются АЦП и микроконтроллер. Реализуется связь с компьютером с помощью цифрового интерфейса RS232.

Сенсор, АЦП, микроконтроллер, в совокупности представляют собой электрический преобразователь (датчик).

2 Описание принципиальной схемы

Принципиальная схема устройства представлена в приложении 1. Она состоит из следующих  блоков: сенсор, АЦП, микроконтроллер, схема токового интерфейса, схема цифрового интерфейса RS232. Первые три элемента в совокупности представляют собой электрический преобразователь, который генерирует токовый сигнал пропорциональный величине физического параметра технологического процесса (температуры).

Рассмотрим назначение каждого элемента схемы по порядку:

1)  Вилка XS1, необходима для сопряжения сигма-дельта АЦП с сенсором, в нашем случае в роли сенсора служит термопреобразователь сопротивления. Сигналы от сенсора в соотвествии с четырехпроводной схемой включения поступают: U₂ на дифференциальный вход АЦП AIN1, U₁ через резистор R1 на питание +3В,  U₃ на дифференциальный вход АЦП AIN2, U₄ на вход опорного напряжения REF IN(+), а также через резистор R2 на вход опорного напряжения REF IN(-). На принципиальной схеме сенсор не изображен.

2)  Микросхема DA1 (AD7714), представляет собой законченную систему аналого-цифрового преобразования для низкочастотных измерений, которая принимает сигналы с низким уровнем, непосредственно с сенсора, и выдаёт цифровое слово – результат преобразования в последовательном формате. В AD7714 используется сигма – дельта метод преобразования, что позволяет достичь разрешения до 24 разрядов без пропущенных кодов. Входной сигнал подаётся на входной каскад с программируемым усилением, встроенный усилитель позволяет обойтись без внешних схем предварительного формирования сигнала. Выходной сигнал модулятора обрабатывается внутренним фильтром. АЦП имеет три дифференциальных аналоговых входа. Ток потребления этого АЦП не превышает 1 мА, что делает его идеальным вариантом для применения в системах с питанием от токовой петли.

Для нашей схемы мы выбираем следующий вариант подключения АЦП:

-  сигналы с сенсора в соответствии с четырех проводной схемой включения термопреобразователя сопротиввления;