МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ МОДУЛЬ МОНИТОРИНГА АЭРОКЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА БАЗЕ RISC КОНТРОЛЛЕРА
|
Аннотация 2
Введение 5
1 Аналитическая часть. Анализ требований к системе сбора данных аэроклиматического комплекса 7
1.1 Структура и технические характеристики ССД комплекса 7
1.1.1 Анализ локальной сети комплекса 7
1.1.2 Анализ модулей мониторинга 9
1.1.3 Анализ технических характеристик платы LA-TMS231 10
1.2 Принципы организации полевой шины CAN 15
1.2.1 Преимущества шины CAN 15
1.2.2 Топология сети CAN 17
1.3 Выбор управляющего микроконтроллера модуля мониторинга 18
1.4 Разработка требований к разрабатываемому модулю мониторинга 20
2 Расчетная часть. Проектирование микропроцессорного модуля мониторинга 22
2.1 Структура и параметры однокристальной системы C8051Т04х 22
2.1.1 Выбор управляющего микроконтроллера 22
2.1.2 Структурная схема и функциональные возможности микроконтроллера С8051Т043 24
2.2 Построение функциональной схемы разрабатываемого модуля мониторинга аэроклиматических параметров 28
2.3 Выбор элементной базы модуля мониторинга аэроклиматических параметров 30
2.3.1 Выбор аналогового фильтра низких частот 30
2.3.2 Приемопередатчик интерфейса UARTRS-232 32
2.3.3 Контроллер управления светодиодным индикатором 33
2.4 Организация интерфейсов управления и обмена данными 37
2.4.1 Организация канала аналого-цифрового преобразования 37
2.4.2 Организация канала передачи данных локальной сети CAN 40
2.4.3 Организация интерфейса SPI 43
2.4.4 Интерфейс управления ЖК индикатором 44
3 Конструкторская часть. Реализация и ввод в эксплуатацию модуля мониторинга 47
3.1 Разработка печатного узла модуля мониторинга 47
3.2 Особенности программирования управляющего МК 50
3.2.1 Интерфейс внутрисхемного программирования JTAG 50
3.2.2 Средства поддержки и отладки 54
3.3 Модуль универсального приемо-передатчика USART 56
3.4 Статистическая обработка результатов преобразования 58
Заключение 66
Список литературы 68
Введение 5
1 Аналитическая часть. Анализ требований к системе сбора данных аэроклиматического комплекса 7
1.1 Структура и технические характеристики ССД комплекса 7
1.1.1 Анализ локальной сети комплекса 7
1.1.2 Анализ модулей мониторинга 9
1.1.3 Анализ технических характеристик платы LA-TMS231 10
1.2 Принципы организации полевой шины CAN 15
1.2.1 Преимущества шины CAN 15
1.2.2 Топология сети CAN 17
1.3 Выбор управляющего микроконтроллера модуля мониторинга 18
1.4 Разработка требований к разрабатываемому модулю мониторинга 20
2 Расчетная часть. Проектирование микропроцессорного модуля мониторинга 22
2.1 Структура и параметры однокристальной системы C8051Т04х 22
2.1.1 Выбор управляющего микроконтроллера 22
2.1.2 Структурная схема и функциональные возможности микроконтроллера С8051Т043 24
2.2 Построение функциональной схемы разрабатываемого модуля мониторинга аэроклиматических параметров 28
2.3 Выбор элементной базы модуля мониторинга аэроклиматических параметров 30
2.3.1 Выбор аналогового фильтра низких частот 30
2.3.2 Приемопередатчик интерфейса UARTRS-232 32
2.3.3 Контроллер управления светодиодным индикатором 33
2.4 Организация интерфейсов управления и обмена данными 37
2.4.1 Организация канала аналого-цифрового преобразования 37
2.4.2 Организация канала передачи данных локальной сети CAN 40
2.4.3 Организация интерфейса SPI 43
2.4.4 Интерфейс управления ЖК индикатором 44
3 Конструкторская часть. Реализация и ввод в эксплуатацию модуля мониторинга 47
3.1 Разработка печатного узла модуля мониторинга 47
3.2 Особенности программирования управляющего МК 50
3.2.1 Интерфейс внутрисхемного программирования JTAG 50
3.2.2 Средства поддержки и отладки 54
3.3 Модуль универсального приемо-передатчика USART 56
3.4 Статистическая обработка результатов преобразования 58
Заключение 66
Список литературы 68
Производство современного автомобиля требует тщательной проработки конструкции и технологий, используемых при его изготовлении. Любые, даже самые незначительные недочеты способны свести к нулю все усилия конструкторов, дизайнеров и технологов. Поэтому чем больший объем испытательных работ будет проведен, тем меньше сюрпризов ожидает потребителя.
Управление специальных испытаний (УСИ) при департаменте технического развития АО АвтоВАЗ создано непосредственно для решения наиболее насущных проблем, связанных с постановкой автомобиля на производство. Во всей массе проводимых исследований и испытаний, значительное место занимают аэроклиматические испытания, проводимые в аэродинамической лаборатории. При испытаниях автомобиль испытывается в движении на поведение в экстремальных климатических условиях (температура и влажность), на воздействие термоударов и сильных порывов ветра и т.п. Лаборатория также оснащена устройствами имитации снега, дождя и солнечной радиации.
Используемый УСИ аэроклиматический комплекс представляет собой уникальное сооружение, оснащенное аттестованными ФГУ «Ростест-Москва» аэроклиматической камерой и испытательным оборудованием. Камера позволяет получить значения температуры окружающей среды от минус 60 до плюс 60°С при имитации набегающего потока воздуха от 0 до 150 км/час, влажность воздуха от 0 до 100%. Испытательное оборудование представляет собой динамометрический стенд с двумя парами беговых барабанов и возможностью вариации различных колесных баз для частичной и полной нагрузок, приведенных к колесам автомобилей с мощностью двигателя до 400 кВт.
В аэроклиматическом комплексе проводятся сертификационные, исследовательские и доводочные испытания полномасштабных образцов автомобильной техники, их систем и агрегатов на соответствие требованиям государственных и отраслевых стандартов, таких как: ГОСТ Р 50993-96, ГОСТ Р 50998-96,ГОСТ Р 22031-2003, ОСТ 37.001.052-2000 и другие.
Руководителям и специалистам для объективного анализа работы аэроклиматического комплекса необходимы актуальные и достоверные данные о параметрах проводимых испытаний в реальном времени, которые невозможно получить в полном объеме без автоматизации процесса сбора и передачи данных. Эта функция осуществляется с помощью двухуровневой локальной сети комплекса, в состав конторой входят разнообразные модули сбора данных, ОРС серверы и рабочие станции, соединенные плевыми шинами передачи данных.
Габариты и состав систем мониторинга и управления процессами свободно изменяются, они могут быть как совсем простыми, с одной переменной, так и крупными распределенными системами управления. Очень часто термин «управление процессами» употребляется для обозначения больших и дорогих систем. Но, на самом деле, существует целый ряд типовой недорогой аппаратуры и программного обеспечения, которые легко можно интегрировать в малые, но функционально сложные системы управления. Такие системы подходят не для всех видов управления и автоматизации, но могут являться альтернативой покупной дорогостоящей аппаратуре и программному обеспечению, переконфигурация которых на несколько приложений может быть затруднена. Идея создания гибких автоматизированных систем сбора данных и управления с применением модульного аппаратного и программного обеспечения в настоящее время стала очень популярной.
Ключом к организации гибкой системы управления процессами служит объединение технологии измерения и управления с компьютерной технологией общего назначения.
Требования к модулям сбора данных весьма разнообразны - от минимальных массогабаритных показателей и энергопотребления, до многофункциональности и высокой точности при большом количестве контролируемых параметров. Учитывая, что метрологические характеристики аэроклиматического комплекса и его функциональные возможности напрямую связаны с соответствующими параметрами модулей сбора данных, разработка автономного многоканального модуля мониторинга является весьма актуальной задачей.
Управление специальных испытаний (УСИ) при департаменте технического развития АО АвтоВАЗ создано непосредственно для решения наиболее насущных проблем, связанных с постановкой автомобиля на производство. Во всей массе проводимых исследований и испытаний, значительное место занимают аэроклиматические испытания, проводимые в аэродинамической лаборатории. При испытаниях автомобиль испытывается в движении на поведение в экстремальных климатических условиях (температура и влажность), на воздействие термоударов и сильных порывов ветра и т.п. Лаборатория также оснащена устройствами имитации снега, дождя и солнечной радиации.
Используемый УСИ аэроклиматический комплекс представляет собой уникальное сооружение, оснащенное аттестованными ФГУ «Ростест-Москва» аэроклиматической камерой и испытательным оборудованием. Камера позволяет получить значения температуры окружающей среды от минус 60 до плюс 60°С при имитации набегающего потока воздуха от 0 до 150 км/час, влажность воздуха от 0 до 100%. Испытательное оборудование представляет собой динамометрический стенд с двумя парами беговых барабанов и возможностью вариации различных колесных баз для частичной и полной нагрузок, приведенных к колесам автомобилей с мощностью двигателя до 400 кВт.
В аэроклиматическом комплексе проводятся сертификационные, исследовательские и доводочные испытания полномасштабных образцов автомобильной техники, их систем и агрегатов на соответствие требованиям государственных и отраслевых стандартов, таких как: ГОСТ Р 50993-96, ГОСТ Р 50998-96,ГОСТ Р 22031-2003, ОСТ 37.001.052-2000 и другие.
Руководителям и специалистам для объективного анализа работы аэроклиматического комплекса необходимы актуальные и достоверные данные о параметрах проводимых испытаний в реальном времени, которые невозможно получить в полном объеме без автоматизации процесса сбора и передачи данных. Эта функция осуществляется с помощью двухуровневой локальной сети комплекса, в состав конторой входят разнообразные модули сбора данных, ОРС серверы и рабочие станции, соединенные плевыми шинами передачи данных.
Габариты и состав систем мониторинга и управления процессами свободно изменяются, они могут быть как совсем простыми, с одной переменной, так и крупными распределенными системами управления. Очень часто термин «управление процессами» употребляется для обозначения больших и дорогих систем. Но, на самом деле, существует целый ряд типовой недорогой аппаратуры и программного обеспечения, которые легко можно интегрировать в малые, но функционально сложные системы управления. Такие системы подходят не для всех видов управления и автоматизации, но могут являться альтернативой покупной дорогостоящей аппаратуре и программному обеспечению, переконфигурация которых на несколько приложений может быть затруднена. Идея создания гибких автоматизированных систем сбора данных и управления с применением модульного аппаратного и программного обеспечения в настоящее время стала очень популярной.
Ключом к организации гибкой системы управления процессами служит объединение технологии измерения и управления с компьютерной технологией общего назначения.
Требования к модулям сбора данных весьма разнообразны - от минимальных массогабаритных показателей и энергопотребления, до многофункциональности и высокой точности при большом количестве контролируемых параметров. Учитывая, что метрологические характеристики аэроклиматического комплекса и его функциональные возможности напрямую связаны с соответствующими параметрами модулей сбора данных, разработка автономного многоканального модуля мониторинга является весьма актуальной задачей.
При проведении аэроклиматических испытаний автомобилей широко используются автономные модули различного назначения. Применение таких модулей обеспечивает гибкость используемых технологий и значительно упрощает процесс подготовки и проведения испытаний.
Проведенный анализ структуры и технических характеристик систем сбора данных аэроклиматического комплекса позволил выработать основные эксплуатационно-технические требования к разрабатываемому модулю мониторинга. Было показано, что использование однокристальной системы семейства С8051Б04х с интегрированным контроллером полевой шины CAN open позволит существенно упростить аппаратную и программную составляющие разрабатываемого модуля.
Анализ принципов и технических параметров шины CAN позволил выбрать контроллер физического уровня, обеспечивающий требуемые параметры интерфейса передачи данных.
Анализ состава и функциональных возможностей выбранного МК С8051Б043 показал, что набор его встроенных периферийных модулей является достаточным для проектирования автономного модуля мониторинга.
В процесс работы были разработаны функциональная и принципиальная схемы модуля, сдано обоснование используемой элементной базы, рассчитаны основные параметры интерфейсных модулей и даны рекомендации по их практической реализации.
Встроенный модуль АЦП на максимальной частоте исследуемого сигнала обеспечивает его квантование с трехкратным запасом, что позволяет либо увеличить диапазон частот исследуемых сигналов, либо увеличить до 3 число одновременно контролируемых параметров, либо проводить статистическую обработку результатов проведенных измерений.
Достаточно большой объем внутренней памяти программ и данных МК С8051Б043 позволяет проводить различные математические операции над контролируемыми сигналами: цифровую фильтрацию, устранение промахов, построение различных графиков и диаграмм. В разработанном модуле используется статистическая обработка результатов многократных изменений. С учетом возможности внутрисистемного перепрограммирования с помощью собственного интерфейса JTAG, эта функция является весьма удобной для сокращения времени на анализ полученных данных.
В третьем разделе рассмотрены вопросы реализации и ввода в эксплуатацию разработанного модуля, разработана основная конструкторская документация и функциональная модель процесса создания печатного узла модуля. На базе стартового (отладочного) набора C8051F040DK-E составлена блок-схема и разработан в среде программирования SiLabs IDE основной программный модуль АЦ преобразования и отображения результатов на ЖКИ. Дан пример проведения статистической обработки результатов измерений физических параметров. Рассмотрены также программно- аппаратные средства поддержки МК семейства С80511;04х, разработан программный модуль.
Проведенный анализ структуры и технических характеристик систем сбора данных аэроклиматического комплекса позволил выработать основные эксплуатационно-технические требования к разрабатываемому модулю мониторинга. Было показано, что использование однокристальной системы семейства С8051Б04х с интегрированным контроллером полевой шины CAN open позволит существенно упростить аппаратную и программную составляющие разрабатываемого модуля.
Анализ принципов и технических параметров шины CAN позволил выбрать контроллер физического уровня, обеспечивающий требуемые параметры интерфейса передачи данных.
Анализ состава и функциональных возможностей выбранного МК С8051Б043 показал, что набор его встроенных периферийных модулей является достаточным для проектирования автономного модуля мониторинга.
В процесс работы были разработаны функциональная и принципиальная схемы модуля, сдано обоснование используемой элементной базы, рассчитаны основные параметры интерфейсных модулей и даны рекомендации по их практической реализации.
Встроенный модуль АЦП на максимальной частоте исследуемого сигнала обеспечивает его квантование с трехкратным запасом, что позволяет либо увеличить диапазон частот исследуемых сигналов, либо увеличить до 3 число одновременно контролируемых параметров, либо проводить статистическую обработку результатов проведенных измерений.
Достаточно большой объем внутренней памяти программ и данных МК С8051Б043 позволяет проводить различные математические операции над контролируемыми сигналами: цифровую фильтрацию, устранение промахов, построение различных графиков и диаграмм. В разработанном модуле используется статистическая обработка результатов многократных изменений. С учетом возможности внутрисистемного перепрограммирования с помощью собственного интерфейса JTAG, эта функция является весьма удобной для сокращения времени на анализ полученных данных.
В третьем разделе рассмотрены вопросы реализации и ввода в эксплуатацию разработанного модуля, разработана основная конструкторская документация и функциональная модель процесса создания печатного узла модуля. На базе стартового (отладочного) набора C8051F040DK-E составлена блок-схема и разработан в среде программирования SiLabs IDE основной программный модуль АЦ преобразования и отображения результатов на ЖКИ. Дан пример проведения статистической обработки результатов измерений физических параметров. Рассмотрены также программно- аппаратные средства поддержки МК семейства С80511;04х, разработан программный модуль.
Подобные работы
- МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ МОДУЛЬ МОНИТОРИНГА АЭРО-
КЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА БАЗЕ RISC КОНТРОЛЛЕРА
Бакалаврская работа, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 4050 р. Год сдачи: 2017