Розробка блоку інформаційно-вимірювальної системи для вимірювання частоти і середнього значення напруги - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Розробка блоку інформаційно-вимірювальної системи для вимірювання частоти і середнього значення напруги

Цифрові частотоміри, магнітоелектричні вольтметри: загальна характеристика та функціональні особливості. Складання структурної схеми приладу, розрахунок її параметрів. Визначення наказів таймера, адаптера і вихідних кодів лічильників. Аналіз похибки.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Для сучасного етапу розвитку техніки характерне все більш інтенсивне і глибоке проникнення мікропроцесорів в її різноманітних галузей, що радикально перетворює властивості багатьох пристроїв і відкриває нові можливості їх застосування. По широті та ефективності застосування мікропроцесорів одне з перших місць посідає інформаційно - вимірювальна техніка.
Застосування мікропроцесорів у вимірювальній техніці дозволяє різко підвищити точність приладів, значно розширити їх можливості, підвищити надійність, швидкодію, вирішити завдання, які раніше взагалі не вирішувалися.
Використання мікропроцесорних систем у вимірювальних приладах дозволяє здійснити багатофункціональність приладів, спростити процес вимірювання, автоматизувати регулювання, самокалібрування і повірку приладів, поліпшити метрологічні характеристики приладів, виконати обчислювальні операції, статистичну обробку результатів спостережень, порівняти і перевести в лінійну форму функції вимірюваної величини, створити програмовані, повністю автоматизовані прилади.
Впровадження мікропроцесорів відкрило можливість побудови універсальних приладів з гнучкими програмами для виміру багатьох величин, полегшили рішення завдання виходу на стандартну інтерфейсну шину, що дозволило широко розвинути принцип агрегації, котрий є основою об'єднання багатьох вимірювальних засобів в єдину інформаційну систему.
Даний проект присвячений розробці блоку інформаційно-вимірювальної системи, призначеної для вимірювання частоти і середнього значення напруги.
магнітоелектричний вольтметр частотомір таймер
В основу роботи цифрових приладів, для вимірювання частоти (частотомірів), покладено наступний принцип. Виходячи з фізичного змісту частоти як числа періодів, що припадають на одиницю часу, вираз для визначення частоти f x (функцію перетворення приладу) можна записати так:
де N x - число періодів, яке проходить досліджуваний сигнал за час вимірювання t изм .
Як правило, час вимірювання формується за допомогою тактового генератора з періодом T g , і складається з цілого числа періодів генератора n. Тоді вираз для частоти можна записати як
Нижче приведено графік, що ілюструє роботу частотоміра (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Графік роботи частотоміра
На рисунку позначені ИН і ИК - імпульси початку і кінця вимірювання відповідно.
В основі роботи вимірювальних аналогових приладів магнітоелектричної групи лежить відхилення покажчика відлікового пристрою під дією сил магнітного поля, утвореного струмом, що протікає в котушці вимірювального механізму [1]. За допомогою таких приладів можна вимірювати середнє значення напруги (безпосередньо) та середньовипрямлене (магнітоелектричний механізм включається через випрямляч). На рисунку 1.2 зображено будову магнітоелектричного вимірювального механізму.
1 - постійний магніт (виготовляється з кобальту, алюмінію або сталі); 2 - магнітопровід; 3 - полюсні наконечники; 4 - сталевий нерухомий сердечник; 5 - алюмінієва або мідна рамка прямокутного перерізу; 6 - спіральні пружини; 7 - магнітний шунт; 8 - противаги.
Рисунок 1.2 - Магнітоелектричний вимірювальний механізм
Елементи з номерами 2, 3 і 4 виготовляються з магнітно-м'якого матеріалу і утворюють разом з №1 магнітний ланцюг приладу, що забезпечує сильне радіальне рівномірно розподілене магнітне поле зазору (що необхідно для рівномірності шкали). Елемент №7 являє собою сталеву пластинку з довгим вирізом (для переміщення), і служить для регулювання чутливості приладу.
Рівняння шкали такого приладу має вигляд:
Знаючи величину опору рамки (Ом), можна розрахувати значення напруги на затискачах приладу і відповідно проградуювати його шкалу.
1.3 Цифровий вольтметр частотного перетворення
Вольтметри частотного перетворення характерні тим, що сигнал напруги вони перетворять в частоту [2]. На рисунках 1.3 і 1.4 наведена електрична схема вольтметра і епюри напружень, які ілюструють її роботу.
Рисунок 1.3 - Електрична схема вольтметра
На вхід схеми подається вимірювана напруга U x , і через R1 потрапляє на вхід ИУ1 [4]. У деякий момент часу замикається ключ К1, і на вхід ИУ1 подається опорна зразкове напруга-Е 0 . У момент часу А тече струм i 2 , оскільки ключ К1 відкритий. На виході схеми буде ненульове напруга U вих . У момент В спрацьовує СУ1, і на виході його формується імпульс, що надходить на R-вхід тригера Т. Тригер переходить в «нуль», і розмикає ключі К1 і К2. Струм i 2 припиняється. Після моменту В на вхід ИУ1 подається тільки ненульовий струм i 1 , і тому U вих змінюється в протилежному напрямку до нуля (момент С). У момент С з виходу формувача Ф1 на S-вхід тригера Т надходить імпульс. Ключі замикаються, і починає текти струм i 2 . Разом виходить N x імпульсів за час вимірювання t изм . Фізично це має сенс частоти (кількість подій за деякий час). Так як t изм постійне, то N x виявляється пропорційно вимірюваній напрузі.
Існують і інші різновиди вольтметрів частотного перетворення, що відрізняються способом формування частоти (наприклад, з використанням генератора стабільної частоти з формувачем строб-імпульсу).
1.4 Цифров и й вольтметр подвійного і нтегр у ван н я
Цифровий вольтметр подвійного інтегрування відноситься до приладів частотного перетворення. Його функціональна схема представлена на рисунку 1.5.
Позначена на рисунку схема управління виробляє функції Р1, Р2, Р3 і Р4, для управління ключами К1, К2, К3 і логічним ключем «&». Епюри напружень, що ілюструють роботу вольтметра подвійного інтегрування, наведені на рисунку 1.6.
Функція Р1 служить для замикання ключа К1 під час першого такту (проміжок АВ), функція Р2 - для замикання ключа К2 під час другого такту (ВС), Р3 - ключа К3 на час, рівний відрізку між вимірами (СА), Р4 - управляє логічним ключем «И» на вході лічильника. Перший такт (I - AB) закінчується під час переповнення лічильника обсягом N 0 . Тривалість I такту - t 0 . Час t 0 =N 0 Т g = const. У такті II на вхід підсилювача надходить зразкова напруга E 0 . Другий такт закінчується, коли спрацьовує СУ і з'являється імпульс СУ. Протягом першого такту інтегрується позитивна площа, а протягом другого - негативна, причому вони рівні. Тоді можна записати, що:
Звідки можна отримати з врахуванням того, що t 0 = N 0 T g і t x = N x T g , виходить U x :
З (1.5) видно, що вихідний код N x вольтметра пропорційний вхідній напрузі [5].
Використання мікропроцесора в проектованому приладі дозволить поєднувати в одному конструктиві фактично два різних прилади - вольтметр і частотомір. Крім того, при необхідності, можна програмним шляхом організувати підвищення точності вимірювань за рахунок багаторазових вимірювань та їх подальшої обробки. Крім того, мікропроцесорний прилад можна підключити до інформаційно-вимірювальної системи та автоматизувати таким чином процес вимірювання та контролю.
2.1 С кла дання структурної схеми приладу
Структурну схему приладу можна представити у вигляді:
На структурній схемі позначено: частотомір - перетворювач частотного сигналу в цифровий код; ПМН - масштабний перетворювач напруги для подальшої його подачі на АЦП; АЦП U - аналого-цифровий перетворювач напруги; обчислювальний пристрій - мікропроцесорна система; ЦОУ - цифрове відліковий пристрій для індикації результату вимірювання.
У якості АЦП виберемо аналого-цифровий перетворювач напруги, що працює за методом подвійного інтегрування, так як він забезпечує необхідну точність вимірювання заданої величини і має достатню швидкодію [5].
2.2.1 Определение частоты квантующего генератора
Частоту квантуючого генератора знайдемо, виходячи із заданого значення похибки вимірювання частоти :
Підставивши числові значення, отримаємо:
2.2.2 Визначення числа імпульсів за період
Величина періоду вибирається таким чином, щоб перешкода мережі частотою 50 Гц не впливала на результат вимірювання. Тому, як правило, період вибирається тривалістю 0,02 с. Число імпульсів N x за період Т х визначається як:
2.2.3 Визначення кількості кроків дискретизації
Кількість кроків квантування m визначається з похибки АЦП як:
Підставивши числове значення, отримуємо:
2.2.4 Визначення коефіцієнта ділення частоти
Коефіцієнт розподілу частоти К дч визначається як відношення числа імпульсів за період до числа ступенів квантування:
2.2.5 Визначення числа розрядів ЦОУ
1. Визначимо мінімальне число квантування.
Мінімальне число ступенів квантування ЦОУ можна визначити з формули для похибки ЦОУ:
Розглянемо варіанти підбору числа розрядів:
На рисунку 2.2 зображені епюри напружень, що ілюструють роботу схеми управління.
Стан тригерів схеми керування і значення функцій
На рисунку 2.3 зображена синтезована схема управління
Рисунок. 2.3 - Синтезована схема управління
2.3 Розрахунок мікропроцесорної частини
Визначення розрахункової формули вимірюваної величини, яка використовується мікропроцесором. При вимірі частоти, розрахунковий вираз для мікропроцесора можна записати як:
де Т х - період вимірюваного сигналу (Т х = 1/f x );
N cp - цифровий код, відповідний Т СР (N cp = 227) [6].
Висловивши з (2.5) Т х , отримаємо:
Вираз (2.8) і є розрахункове співвідношення мікропроцесора для частоти.
Вираз для напруги можна записати як:
де N хн і U хн - номінальне значення числа ступенів квантування АЦП і номінальне значення напруги АЦП.
Для АЦП К1108ПВ2, який використовуємо у роботі: N хн = 4096 (12 розрядів), U хн = 5 В. Підставивши значення в (2.9), отримаємо:
Вираз (2.10) - розрахунковий співвідношення для мікропроцесора.
Визначення наказів таймера, адаптера і вихідних кодів лічильників
Для зручності розрахунку дані зведені в таблиці, представлені нижче.
Таблиця 2.1 - Визначення адрес ОЗУ і ПЗУ
Таблица 2.2 - Визначення адрес таймера і адаптерів
Розподіл адрес ОЗУ, ПЗУ і підпрограм
ПЗУ: 6041 - початок основної програми;
6201 - початок підпрограми обчислення U cp ;
6301 - початок підпрограми обчислення f.
ОЗУ: 6925 - адреса початкового масива даних;
6880, 6881 - адреси пам'яти для запису значень N x при читанні з
6882, 6883 - адреси пам'яти для запису значень m при читанні з
6884, 6885 - адреси пам'яти для запису результату обчислень за
Блок-схема представлена на рисунку 2.4.
читання мл. байта з N x Лч 1 таймера
читання ст. байта из N x Лч 1 таймера
читання мл. байта m из Лч 2 таймера
читання ст. байта m из Лч 2 таймера
опитування роду вимірюваної величини
читання мл. байта результату обчислення
пересилка мл. байта результату обчислення
читання ст. байта результату обчислення
пересилка ст. байта результату обчислення
перехід до запису результату вимірювання
Похибки вимірювань в ланцюгах технічної частоти. В якості приладів для курсового проектування використовуються прилади з цифровою обробкою сигналів, призначені для роботи в цілях технічної частоти (50 Гц). Похибки властиві проектованим приладів:
Похибка квантування виникає при квантуванні за рівнями через те, що вимірювана величина містить не ціле число щаблі квантування.
b) Похибка дискретизації й апроксимації.
Похибка дискретизації викликають дві причини:
- неціле число щаблі дискретизації за час вимірювання;
- заміна подальшої кривої ступінчастою функцією.
Графіки похибки від заміни трикутного напруги і синусоїди ступінчастою функцією, показані на рисунку 2.5, з якого видно, що для трикутної форми напруги позитивна похибка Д, показана штрихуванням, дорівнює негативній, таким чином, сумарна похибка дорівнює нулю. Для синусоїди похибка також не велика, тому в подальшому цією похибкою можна знехтувати.
Як видно з рис. 1, форма ступінчастої функції відрізняється від вихідної кривої. Точність передачі форми кривої оцінюється похибкою апроксимації, яка визначається як середньоквадратичне значення похибок у кожному кроці квантування. Погрішність апроксимації для наведених графіків буде відмінна від нуля.
Надалі похибкою від заміни досліджуваної кривої ступінчастою функцією будемо нехтувати на увазі її малої величини, а також через складність її розрахунків через сильну залежність від форми кривої вимірюваної напруги.
с) Динамічна похибка виникає від дії таких чинників:
- запізнення сигналу у вхідних ланцюгах вимірювальних пристроїв викликають похибки першого роду;
- кінцевий час перетворення АЦП призводять до появам похибок другого роду.
Наприклад, у схемі рисунку 2.6, призначеної для вимірювання струмів і напруг, показані блоки, в яких виникають похибки першого та другого роду:
Рисунок 2.6 - Схема, призначена для вимірювання струмів і напруг
d) Похибка від впливу перешкод і сумарна похибка.
Похибка від впливу перешкод залежить від умов впливу перешкод і їх інтенсивності. Сумарна похибка визначається рівнянням:
е) Метод суперпозиції при дослідженні похибок.
При дослідженні похибок використовується метод суперпозиції, який полягає в тому, що результуюча похибка визначається як сума окремих складових, при чому кожна складова обчислюється при введенні умови, що інші похибки відсутні, тобто, дорівнюють нулю.
Основні параметри вимірювальної схеми визначаються на основі обчислених величин складових сумарної похибки.
У даній курсовій роботі розрахована електрична частина мікропроцесорного проектованого пристрою і аналогового приладу. Розрахункова схема виконана згідно з технічним завданням, всі метрологічні характеристики, у тому числі величина похибки, відповідають допустимим. Замислений пристрій відповідає вказаним технічним вимогам.
1. Бондарев, В.А. Генераторы пилообразного напряжения [Текст] / В.А. Бондарев. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 125 с.
2. Кублановский, Я.С. Тиристорные устройства [Текст] / Я.С. Кублановский. - М.: Издательство радио и связь, 1987. - 112 с.
3. Милехин, А.Г. Радиотехнические схемы на полевых транзисторах [Текст] / А.Г. Милехин. - М.: Энергия, 1976. - 146 с.
4. Бочаров, Л.Н. Расчет электронных устройств на транзисторах [Текст] / Л.Н. Бочаров. - М.: Энергия, 1978. - 208 с.
5. Касаткин, А.С. Электротехника [Текст]: учеб. / А.С. Касаткин, Немцов М.В. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 440 с.
6. Расчет электронных схем. Примеры и задачи [Текст]: учеб. пособие / Г.И. Изъюрова, Г.В. Королев, В.А. Терехов, М.А. Ожогин и др. - М.: Высшая школа, 1987. - 335 с.
Розробка інформаційно-вимірювальної системи визначення температури. Методи вимірювання температури, вибір оптимальної структурної схеми. Електрична принципова схема, розрахунок вузлів системи. Визначення основної похибки перетворювача–датчика KTY81-121. курсовая работа [991,6 K], добавлен 24.01.2011
Технічне обґрунтування варіанту реалізації системи тиску газу в газопроводі. Розробка структурної та електричної принципової схеми інформаційно-вимірювальної системи. Проведення електричних розрахунків. Знаходження похибки вимірювання тиску газу. курсовая работа [1,0 M], добавлен 20.12.2015
Визначення частоти коливань генератора. Розрахунок додаткового опору для вимірювання заданої напруги. Межа знаходження вимірюваної величини напруги при заданій максимальній величині струму. Визначення амплітудного та середньовипрямленого значення частоти. контрольная работа [97,9 K], добавлен 06.11.2016
Розробка структурної схеми перетворювача, аналіз існуючих методів вимірювання індуктивності. Попередній розрахунок первинного перетворювача та підсилювача потужності. Розробка детальної структури схеми, електричні розрахунки та визначення похибки. курсовая работа [706,0 K], добавлен 30.11.2009
Огдяд методів вимірювання кутової швидкості. Розробка структурної схеми комп’ютеризованої вимірювальної системи вимірювання залежності кутової швидкості від часу. Розробка електричної принципової схеми для комп’ютеризованої вимірювальної системи. курсовая работа [259,2 K], добавлен 10.02.2010
Електронні вольтметри постійної напруги. Види електронних вольтметрів за родом вимірюваної напруги. Залежність відносної основної похибки вольтметрів від рівня вимірюваної напруги. Електронні вольтметри змінної напруги. Підсилювачі постійного струму. учебное пособие [564,5 K], добавлен 14.01.2009
Основні характеристики, термінологія, види, системи одиниць і методи вимірювання. Класифікація і характеристика вимірювальних приладів. Практичні аспекти при виконанні робіт, зміст та визначення похибки вимірювання, класи точності вимірювальної техніки. реферат [234,2 K], добавлен 28.03.2009
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Розробка блоку інформаційно-вимірювальної системи для вимірювання частоти і середнього значення напруги курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат: высококачественный стереофонический усилитель ЗЧ
Реферат: Функции и задачи маркетинга
Стереометрия Контрольные Работы 10 Класс
Реферат: Martin Brian Mulroney Essay Research Paper Martin
Реферат: Нагляд прокурора за виконанням законів органами дізнання та досудового слідства
Контрольная работа по теме Исчисление размеров налога
Реферат На Тему Трудная Интубация
Курсовая Работа На Тему Формирование Портфеля Реальных Инвестиций С Учетом Инвестиционных Рисков
Контрольная работа: Система счетов бухгалтерского учета
Как Сделать Карьеру Эссе
Доклад: Эмоции и преступления аффект или хулиганство
Дипломная работа по теме КАДРОВЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ПРЕДПРИЯТИЯ: ФОРМИРОВАНИЕ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Курсовая На Тему Психологии Семьи
Реферат: Искусство макраме. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат На Тему Научный Стиль Речи Кратко
Реферат: Символы древних культур
Характеристика Отдельных Видов Насильственной Преступности Реферат
Библейские мотивы в творчестве М.Ю.Лермонтова
Реферат: Социализация и социальный контроль политической жизни общества
Курсовая Работа На Тему Ip Телефония
Понятие и виды правонарушений - Государство и право курсовая работа
Анализ правовых актов РФ и субъектов РФ, а так же статей в юридической периодической литературе и судебной практике, посвященной нормативному регулированию спортивных отношений в РФ - Государство и право курсовая работа
Правовое регулирование наследования по завещанию в России и других государств - Государство и право дипломная работа