Тема: ПРЕЦИЗИОННЫЙ МОДУЛЬ АНАЛОГОВОГО ВВОДА ДЛЯ РАС­ПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ ADAM-4000

Стремительные темпы компьютеризации всех сторон человеческой дея­тельности привели к тому, что сегодня вычислительная техника стала непремен­ных атрибутом самых различных технических комплексов. Это касается и со­временных систем управления и сбора данных, контрольно-измерительного и лабораторного оборудования, т.е. любых комплексов, основной задачей которых является обработка и интерполяция информации, поступающей из «внешнего мира».
Преимущества обработки информации и осуществления функций управле­ния с использованием цифровых методов являются вполне очевидными. Однако данные, которые поступают из внешнего мира, обычно представлены в аналого­вой форме. Необходимый аналого-цифровой интерфейс обеспечивает системы сбора данных (ССД). Они преобразуют исходные данные от внешних устройств (например, датчиков) в цифровой код, пригодный для цифровой обработки. Диа­пазон применения ССД необыкновенно обширен - начиная от простого текущего контроля значений одной аналоговой переменной и кончая контролем и управ­лением сотней параметров в ядерных агрегатах, современных летательных аппа­ратах и т.п.
Перед разработчиками весьма часто встает задача согласования парамет­ров периферийных устройств, воспринимающих информацию из внешнего мира, с параметрами модулей ввода аналоговых сигналов с систему сбора данных.
Трудности реализации интерфейсных схем, состоят в том, что периферий­ные устройства, как правило, имеют выходные сигналы разного уровня и раз­личной природы (напряжение, ток, частота и т.п.). Аналогичная задача решается в случае разного напряжения питания управляющего контроллера и его перифе­рийных устройств.
Поэтому задача разработки недорогих унифицированных модулей ввода данных с высокими эксплуатационно-техническими характеристиками для си­стем сбора данных является весьма актуальной.
Купить

В настоящее время распределенные системы сбора данных являются весь­ма перспективным направлением автоматизации различных систем и технологи­ческих процессов. Измерительные модули этих систем максимально приближе­ны к объекту измерений, системы легко масштабируются и модифицируются. Поэтому разработка недорогих функциональных модулей для таких систем яв­ляется весьма актуальной задачей.
Исследование принципов построения и технических характеристик преци­зионных модулей ввода аналоговых сигналов показал, что имеется устойчивая тенденция по снижению их энергопотребления. Одним из направлений решения этой задачи является использование управляющих МК с пониженным напряже­ния питания. Однако это порождает проблему согласования уровней сигналов МК и разнообразной периферии, имеющей в общем случае различные уровни питающих напряжений.
Проведенный анализ предельно допустимых уровней входных и выходных сигналов управляющего МК системы сбора данных, цифровой и аналоговой пе­риферии позволил сформулировать требования к интерфейсным схемам, реша­ющим проблему согласования.
Анализ методов аналого-цифрового преобразования и технических пара­метров АЦП, реализующих эти методы, позволили выбрать в качестве основы канала АЦ преобразования микросхему ADS8332, сочетающую высокую точ­ность и высокое быстродействие. Для повышения точности измерений в устрой­стве использован внешний прецизионный источник опорного напряжения.
Обмен данными с модулями распределенной системы ADAM-4000 осу­ществляется через внешний универсальный RS-485 трансивер с интегрирован­ной гальванической развязкой, работающий вместе с контроллером интерфейса SPI микроконвертора.
В процессе работы была разработана функциональная схема модуля, про­веденный анализ возможных вариантов реализации преобразователей входных и выходных сигналов позволил определить схемные решения интерфейсных схем,
61 полностью удовлетворяющих требованиям технического задания. Оставшиеся неиспользованными линии порта вводавывода флэш - микроконтроллера MSP430F149 были использованы для реализации дополнительной 8 канальной схемы обмена данными с ТТЛ-КМОП периферией.
Из соображений обеспечения высокой отказоустойчивости и ремонтопри­годности электрическая схема разработанного модуля разбита на две функцио­нально законченные печатные платы - плату питания и гальванической защиты и плату микроконтроллера.
Проведенный расчет надежности показал, что разработанный модуль име­ет наработку на отказ около 60 тысяч часов (более 6 лет непрерывной работы), что минимизировать затраты на его сервисное обслуживание.
В третьем разделе была разработана функциональная модель процесса из­готовления платы микроконтроллера, с помощью САПР ПП DipTrace разработа­на его печатная плата и сгенерированы управляющие файлы для станков ЧПУ, используемых при ее изготовлении. Рассмотрены вопросы, связанные с про­граммированием флэш-памяти микроконтроллера MSP430F149, проведен анализ средств его отладки и программирования.
Купить