Введение 2
Глава 1. Техническое описание средств, используемых для реализации цифрового вольтметра и амперметра регистратора каротажной станции 4
1.1 Общие сведения о микроконтроллерах 4
1.2 Общие сведения о ПЛИС 4
1.3 OLED экран 5
1.4. Отладочный комплект Altera MAX II Micro Board 9
1.5 АЦП 11
1.6 Г альваническая развязка 13
Глава 2. Описание программной части 16
2.1 Разрабатываемый цифровой вольтметр 16
2.2 Среда разработка ПЛИС 16
2.3 Преобразование из двоичного кода в двоично-десятичный 18
2.3.SPI интерфейс 21
Глава 3. Практическая часть и исследование 26
3.1. Функциональная блок-схема макета 26
3.2 Среда разработки 27
3.3. Инициализация OLED - экрана 27
3.3. Подключение АЦП 29
3.4 Гальванический изолятор 31
Заключение 33
Список использованных источников 34
Приложение
При изготовлении приборов выпускаемых малыми сериями всегда стоит вопрос о минимизации затрат на создание и изготовление приборных панелей. Передняя панель - это фронтальная часть прибора, где размещены органы управления, необходимые для работы и контроля устройства. Создание универсальной, простой и функциональной приборной панели позволит значительно сократить время, и затраты на разработку устройства, и в целом повысить его функциональность и эргономичность.
Ключевыми элементами большинства приборных панелей являются индикаторы, указывающие напряжения и токи, текущие в контролируемых цепях. Простейшим примером может являться контроль тока и напряжения на подключенной нагрузке, которая динамически изменяет свое потребление.
Задача данной бакалаврской работы является, разработать и изготовить макет части приборной панели, для контроля за напряжением и током потребления скважинного прибора. Одной из ключевых целей дипломной работы является создание универсальной и функциональной приборной панели, которую можно внедрить в наземный регистратор «КаРАМИС» для каротажного прибора АКМФ. Особенностью разрабатываемой приборной панели является наличие высоковольтного вольтметра с измеряемыми напряжениями до 300 В и гальванически развязанного амперметра с измеряемыми токами до 1 А.
Актуальность бакалаврской работы подчеркивает тот факт, что подобные устройства не предлагаются промышленностью и не являются общедоступными. Большинство готовых решений рассчитаны на меньшие напряжение, и не имеют гальванической развязки амперметра.
Так же стоит отметить важные отличительные особенности разрабатываемой передней панели
- гибкость настройки под конкретные задачи (например: диапазоны тока и напряжения);
- возможность создания своего пользовательского интерфейса;
- при необходимости функционал может быть значительно расширен путем добавления пользовательских функций и логических блоков.
Цель работы заключается в разработке и моделирование высоковольтного цифрового вольтметра и амперметра, который позволяет измерять напряжение и ток, используя аналого-цифровой преобразователь (в дальнейшем АЦП) и программируемую логическую интегральную схему (в дальнейшем ПЛИС). С возможностью настраивать, выполнять сложные комбинационные функции, обновления функциональности и перепрограммирования. Его гибкость и низкая стоимость позволяют внедрить его отдельным готовым модулем в другой проект.
Задачи:
1) Определить технические особенности, которыми должен обладать вольтметр и амперметр, контролирующие работу каротажным прибором;
2) Выбор устройств для индикации напряжения и токов;
3) Стыковка выбранных элементов отладочной платы с ПЛИС на борту.
В ходе выполнения работы по созданию цифрового вольтметра и
амперметра для регистратора каротажной станции была изучена литература,
описывающая работу OLED экрана, работу микросхемы АЦП, гальваническую
развязку и среду разработки Quartus II . Всѐ это позволило создать
гальванически развязанный, высоковольтный цифровой вольтметр и амперметр
для каротажной станции. С возможностью индикации других параметров
работы регистратора.
Выполненные результаты:
Создана электрическая схема для вывода входных данных с АЦП на OLEDэкрана при помощи платы с ПЛИС.
Написана программа, которая выполняет захват данных с АЦП и переводит из
двоичного кода в двоично-десятичный с дальнейшим выводом на экран
Для разделения высоковольтной электрической цепи каротажной станции от
цепи вольтметра и амперметра, была разработана гальваническая развязка на
базе оптоизолятора.
Data sheet AD AD7357 [Электронный ресурс]
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD7357.pdf
2. Galvanic isolation [Электронный ресурс]
https://en.wikipedia.org/wiki/Galvanic_isolation
3. Binary to BCD Converter [Электронный ресурс]
https://johnloomis.org/ece314/notes/devices/binary_to_BCD/bin_to_bcd.html
4. Преобразователь двоично-десятичного кода целых чисел в двоичный код
последовательностного типа [Электронный ресурс]
http://engjournal.ru/articles/1320/1320.pdf