ГОУ ВПО  «Московский Государственный Открытый Университет»

Чебоксарский  Политехнический Институт (филиал)

Кафедра Управления и информатики в технических  системах. 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

По  дисциплине: Микропроцессорные системы управления.

На  тему: «Разработка системы сбора и обработки информации» 
 

Выполнил:

Студент 3 курса

Шифр  специальности 220201

Учебный шифр 607015

Николаев  Артур

Проверила:

Старший преподаватель

Ниссенбаум  С.Н. 
 
 

Чебоксары - 2010

Оглавление

Задание на курсовой проект.

     Разработать систему сбора и обработки  информации, основной функцией которого является сбор информации с датчиков, контроль измеряемых параметров и сохранение измеренных значений.

Введение.

     Электроника прошла несколько этапов развития, за время которых сменилось несколько  поколений элементной базы: дискретная электроника электровакуумных приборов, дискретная электроника полупроводниковых  приборов, интегральная электроника  микросхем (микроэлектроника), интегральная электроника функциональных микроэлектронных устройств (функциональная микроэлектроника).

     Элементная  база электроники развивается непрерывно возрастающими темпами. Каждое поколений, появившись в определенный момент времени, продолжает совершенствоваться в наиболее оправданных направлениях. Развитие изделий электроники от поколения к поколению идет в направлении их функционального усложнения, повышения надежности и срока службы, уменьшения габаритных размеров, массы, стоимости и потребляемой энергии, упрощения технологии и улучшения параметров электронной аппаратуры.

     Становление микроэлектроники как самостоятельной  науки стало возможным благодаря использованию богатого опыта и базы промышленности, выпускающей дискретные полупроводниковые приборы. Однако по мере развития полупроводниковой электроники выяснились серьезные ограничения применения электронных явлений и систем на их основе. Поэтому микроэлектроника продолжает продвигаться быстрыми темпами как в направлении совершенствования полупроводниковой интегральной технологии, так и в направлении использования новых физических явлений.

     Изделия микроэлектроники: интегральные микросхемы различной степеней интеграции, микросборки, микропроцессоры, мини- и микро-ЭВМ – позволили осуществить проектирование и промышленное производство функционально сложной радио- и вычислительной аппаратуры, отличающейся от аппаратуры предыдущих поколений лучшими параметрами, более высокими надежностью и сроком службы, меньшими потребляемой энергией и стоимостью. Аппаратура на базе изделий микроэлектроники находит широкое применение во всех сферах деятельности человека. Созданию систем автоматического проектирования, промышленных роботов, автоматизированных и автоматических производственных линий, средств связи и многому другому способствует микроэлектроника.

     Применение  МП в современных цифровых устройствах управления и обработки информации стало обыденной реальностью. Массовый выпуск микропроцессорных наборов больших интегральных схем (БИС) с широкими функциональными возможностями и низкой стоимостью обеспечила исключительные преимущества цифровым методам информации.

     МП  техника не только существенно расширяет  возможности автоматизации, но и позволяет использовать принципиально новые методы управления на основе математических моделей объектов управления. Широкое использование самых различных средств электронной техники стало естественным и неотъемлемым условием жизни людей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Структурная схема устройства.

1.1 Разработка структурной  схемы устройства.

 

                                                                                               Рисунок 1. Структурная схема. 

Д –  датчик;

НУ –  нормирующий усилитель;

АЦП –  n-разрядный аналогово-цифровой преобразователь;

МПК –  микропроцессорный контроллер;

ЭВМ –  тип выходной нагрузки, представлен в виде последовательного порта;

ПАМЯТЬ  – энергонезависимая память;

     Основной  функцией системы сбора и обработки  информации (рис 1.) является сбор информации с датчиков, контроль измерительных параметров и сохранение измеренных значений.

1.2 Описание работы  схемы.

     Датчик  температур снимает показания с  объекта. В нашем случае он предназначен для измерения температуры жидких и газообразных сред, твердых тел.

       Аналоговые сигналы, полученные с датчиков, необходимо усилить с помощью нормирующего усилителя. Далее усиленный сигнал от НУ поступает на АЦП.

       Аналогово-цифровой преобразователь  необходим для преобразования измеренного значения напряжения на датчике в цифровой код и его последующей передачи в микроконтроллер. С выхода АЦП сигналы поступают на схему гальванической развязки под действием управляющих сигналов.

     Гальваническая  развязка необходима для защиты микропроцессора. Устраняет непосредственную электрическую  связь цепей измерительного блока и микроконтроллера.

       Микроконтроллер выполняет функции считывания данных из АЦП и записи их в оперативную память микроконтроллера, передачу данных по каналу RS232 в ЭВМ.

     Интерфейс RS-232С предназначен для подключения микроконтроллера к компьютеру (ЭВМ). Данные в RS-232C передаются в последовательном коде побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым и стоповыми битами.

     Также МПК соединён с энергонезависимой памятью. Сюда записываются регистрируемые данные. Как только память заполнится, то из буфера сигналы передаются по последовательному порту RS232 в персональную ЭВМ для последующей обработки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Выбор элементной  базы.

2.1 Датчик. Термометр  сопротивления (ТСМ).

     Термометры  сопротивления (иначе называемые термосопротивление) - это устройства для измерения температуры. Принцип действия прибора заключается в изменении электрического сопротивления сплавов, полупроводников и чистых металлов (т.е. без примесей) с температурой.

     Чувствительный  элемент термометра представляет собой  резистор, который сделан из пленки или металлической проволоки, и обладающий зависимостью электрического сопротивления от температуры. Проволока намотана на жесткий каркас, сделанный из кварца, слюды или фарфора, и заключена в защитную металлическую (стеклянную, кварцевую) оболочку.

     В качестве датчика используем медный термометр сопротивления (ТСМ) марки  ТСМ - 9203. Разработчик и изготовитель – ОАО «Эталон». Применяются для измерения температуры жидких и газообразных сред, твердого тела. 

 

  

     

     К данному термометру сопротивления  применяют трёхпроводную схему соединения. Поскольку в данной схеме устраняется влияние сопротивления соединительных проводов. 

     

 

Преимущества  термометров сопротивления:

• Высокая точность измерений (обычно лучше ±1 °C), может доходить до 0,001 °C.
• Компенсация сопротивления линий при использовании 4-х проводной схемы измерений
• Практически линейная характеристика

 

Недостатки  термометров сопротивления:

• Низкий диапазон измерений (по сравнению с термопарами)
• Не могут измерять высокую температуру (по сравнению с термопарами)

2.2 Операционный усилитель.

     Так  как  напряжение  на  датчике намного ниже величины опорного напряжения, то для обеспечения использования всей разрядности оцифровки АЦП необходимо использовать операционный усилитель.

     Операционные  усилители представляют собой усилители  постоянного тока с низкими значениями напряжения смещения нуля и входных токов и с высоким коэффициентом усиления. По размерам и цене они практически не отличаются от отдельного транзистора. В то же время, преобразование сигнала схемой на ОУ почти исключительно определяется свойствами цепей обратных связей усилителя и отличается высокой стабильностью и воспроизводимостью. Кроме того, благодаря практически идеальным характеристикам ОУ реализация различных электронных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому операционные усилители почти полностью вытеснили отдельные транзисторы в качестве элементов схем во многих областях аналоговой схемотехники.

     За  ОУ был взят операционный усилитель  MAX4091 производства фирмы Maxim. Т.к. он является одноканальным, то нам необходимо 2 таких усилителя.