Разработка программного обеспечения для датчиков физических величин

ВВЕДЕНИЕ 6
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 8
1.1 Датчик Холла 8
1.1.1 Понятие термина датчик. Его классификация 8
1.1.2 Эффект Холла и его применение в датчиках 11
1.1.3 Перспективные разработки ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ДАТЧИКА ХОЛЛА 26
2.1 Суть эксперимента с датчиком Холла 26
2.2 Описание элементов устройства 28
2.3 Теоретический расчёт пределов измерения РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДАТЧИКА 38
3.1 Общие сведения 38
3.2 Функциональное назначение 39
3.3 Требования к архитектуре программы 39
3.4 Общая структура программы 45
3.5 Архитектура класса ADC 46
3.6 Архитектура класса UART 47
3.7 Архитектура класса Button 47
3.8 Архитектура класса ButtonController 48
3.9 Архитектура класса CalculationCurrent 48
3.10 Архитектура класса UARTController 50
3.11 Описание логической структуры ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДАТЧИКА 54
4.1 Определение функции преобразования для постоянного тока 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 61
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 62
ПРИЛОЖЕНИЕ А 64
Купить

Самыми первыми датчиками, дающими человеку представление об окружающем мире, были и остаются его органы чувств. По мере изучения человеком природы окружающих его вещей он всё дальше углублялся в саму суть их происхождения, и на определённом этапе стала очевидной ограниченность его органов восприятия. Так появились первые датчики, с помощью которых человек смог получать новые знания об окружающем мире.
Современные датчики - это весьма сложные устройства, которые могут получать информацию одновременно о нескольких величинах, а также производить её обработку и воспроизводить в удобной для человека форме. Основными требованиями к датчикам являются: простота их конструкции, характеризующая надёжность датчика и ремонтопригодность, низкая стоимость производства, а также точность и своевременность информации о физической величине, которую он измеряет.
Тенденцией нынешнего развития информационно-измерительной сферы является построение сети для сбора информации об объекте на основе большого числа всевозможных датчиков, отправляющих информацию на контроллер, который обычно её обрабатывает и хранит, а также выводит в нужное время. Все эти датчики, при этом, могут иметь различные интерфейсы передачи данных, которые необходимо уметь настраивать для правильного функционирования сети.
Для того чтобы научиться взаимодействовать с различными датчиками, изучить принципы их работы и сферы применения ведущие производители электроники начали выпускать комплекты, включающие в себя отладочную плату, основой которой является микропроцессор, либо микроконтроллер, а также набор из различных датчиков и устройств ввода/вывода.
Целью данной работы является разработка лабораторной работы, которая в дальнейшем будет включена в методическое пособие по курсу «Программное обеспечение измерительных процессов». Для этого будут решены следующие задачи:
1) Изучение принципов действия датчика Холла и аналитический обзор;
2) Теоретический расчёт пределов измерения датчика;
3) Разработка структуры программы и программного обеспечения для связи датчика с отладочной платой;
4) Нахождение функции преобразования опытным путём.
Лабораторная работа будет строиться вокруг определённого датчика Холла и задачей будет получить с его помощью информацию о величине тока. В работе рассматривается датчик Холла. Содержится необходимая теоретическая информация для понимания принципа его работы и физического эффекта, положенного в его основу. Такой датчик представляет собой микросхему из полупроводниковых элементов, размещённых на печатной плате. У него есть три контакта: питание, заземление и данные. Для получения информации с этого датчика будет использована отладочная плата XNUCLEO-F411RE, построенная на базе микроконтроллера STM32-F411ret6. Необходимо разработать структуру программы для получения данных с датчика и вывода её на монитор компьютера по интерфейсу USART. Написание непосредственно программы осуществляется на языке C++ в программе IAR Embedded Workbench. Заключительной частью работы станет определение функции преобразования датчика. Например, датчик Холла можно использовать для бесконтактного измерения переменного тока в сетях. В соответствии с этим будет собрана измерительная цепь и проведёт эксперимент. Полученная зависимость тока в проводнике от кода, получаемого с АЦП, к которому подведён информационный вывод датчика, будет использована в программе к этому датчику.
Купить