Космп’ютеризована вимірювальна система вимірювання залежності кутової швидкості від часу (стр. 4 из 4)
4.2Обґрунтування вибору елементів генератору з кварцевою стабілізацією частоти
У відповідності з [19], для того, щоб вивести в лінійний режим логічні елементи К555ЛН1 необхідно використати резистори опором 500 Ом. Тому обираємо резистори R1та R2 С2-23 520 Ом.
Для того, забезпечити стійку роботу пристрою, щоб АЦП міг перетворити миттєве значення напруги не раніш ніж з’явиться наступний імпульс його запуску, необхідно частоту генератору вибрати на порядок менше ніж частота дискретизації АЦП. Тому обираємо кварцевий резонатор РК86 - 100 кГц.
4.3 Обґрунтування вибору елементів компаратору напруг
Компаратор напруг реалізовано на мікросхемі К521СА3, яка має вихід з відкритим колектором, що обумовлює використання зовнішнього опору навантаження. При використанні однополярного живлення +5 В та для отримання на виході сигналів ТТЛ рівня при роботі на високоомне навантаження, необхідно використати резистор опором 1 кОм [14]. Обираємо резистор С2-23 1 кОм.
Елементи R7C3є елементами фільтру за джерелом живлення. Стандартні значення цих елементів R7= 100 Ом, C3 1 мкф. Обираємо резистор С2-23 100 Ом та конденсатор К-42-П-5-1 мкФ.
Для встановлення значення опорної напруги обираємо резистор СП5-10 кОм.
Резистори R8та R10служать для узгодження вхідних опорів попереднього пристрою з послідуючим. Обираємо С2-23 - 100 кОм.
5 Розробка алгоритму роботи комп’ютеризованої вимірювальної системи вимірювання залежності кутової швидкості від часу
Розробку алгоритмічного та програмного забезпечення при вирішенні подібного типу задач вже можна починати при завершенні розробки фунціональних схем апаратної частини.
Якщо задача на розробку поставлена, то для отримання алгоритму роботи пристрою необхідно виконати ряд послідовних дій [16]:
- детальний опис задачі;
- аналіз задачі;
- інженерну інтерпритацію задачі;
- розробку загального алгоритму функціонування контролера;
- розробку деталізованих алгоритмів;
- розподілення робочих регістрів та пам'яті ЕОМ;
Після ввімкнення живлення відбувається початкова ініціалізація пристрою, тобто автоматичне скидання порту та нулювання його внутрішніх регистрів.
Після цього в порт записується керуюче слова, за яким імпульси з виходу генератору з кварцевою стабілізацією постіпають на вхід запуску аналого-цифрового перетворювача. Після появи першого імпульсу формується запит на переривання, після чого проводиться очікування сигналу готовності АЦП.
Після появи сигналу готовності АЦП перший байт його вихідного коду записується до порту. З порту він зчитується та записується в ОЗУ. Лічільник числа зчитувань з АЦП збільшується на одиницю. Після цього до ОЗУ заноситься другий байт даних.
Після цього проводиться перевірка, який фронт сигналу діє - задній чи передній.
Якщо задній, то кут повороту обчислюється за формулою
. (5.1)Якщо передній, то кут повороту обчислюється за формулою
. (5.2)Після цього обчислюється поточне значення часу за формулою
, (5.3)де
- період сигналу тактового генератору.Далі перевіряється, чи не перша це вибірка. Якщо перша, то здійснюється перехід на початок програми та зчитується друге слово з АЦП. Якщо вибірка не перша - обчислюється кутова швидкість за виразом
(5.4)Значення кутової швидкості, кута повороту, поточного часу записується до файлу чи виводиться на екран монітору, а програма перевіряє, чи нема сигналу кінця вимірювань. Якщо його нема, здійснюється перехід на початок програми.
6 Аналіз похибок вимірювання комп’ютеризованої вимірювальної системи вимірювання залежності кутової швидкості від часу
В загальному випадку результуюча похибка цифрового диференціювання першого типу складається з методичної похибки, похибки інтерполяції, похибки випадкових завад, інструментальних похибок.
До інструментальних похибок відносяться статична похибка, похибка, що обумовлена кінцевим часом відробки, похибка, що обумовлена кінцевим часом аналого-цифрового перетворення, похибка аналого-цифрового перетворення, похибка, обумовлена неточністю задання циклу.
Під методичною похибкою розуміється похибка методу вимірювання яка дорівнює різниці між середнім значенням швидкості зміни вихідного сигналу ТП на інтервалі дискретності та миттєвим її значенням у момент опитування.
Для даного пристрою характерною є систематична складова похибки, що обумовлена неточністю виконання прорізів модулятору та діафрагми і Розглянемо похибки вимірювання даного пристрою при використанні цифрового диференціюванні першого типу. Розглянемо методичну похибку. В момент часу ti -
методична похибка дорівнює 
(6.1)Якщо розкласти функцію U біля точки ti -
в ряд Тейлора, а потім провести нескладні перетворення, можна отримати оцінку цієї похибки
(6.2)Тобто, для оцінки методичної похибки необхідна інформація про максимум третьої похідної вихідного сигналу тахометричного перетворювача. Коли прискорення постійне, методична похибка дорівнює нулю.
Розглянемо похибку інтерполяції. Ці похибки досить детально розглянуто в [4]. При диференціюванні першого типу оцінка похибки ступенькової інтерполяції має вигляд
(6.3)Тобто при постійній кутовій швидкості похибка ступенькової інтерполяції дорівнює нулю.
Похибка, що обумовлена неточністю виконання модулятору та діафрагми є систематичною і її можна відфільтрувати програмно, визначивши в процесі випробувань.
Похибка, що обумовлена випадковими завадами на вході залежить від багатьох різноманітних факторів. Тому, щоб не ускладнювати розрахунки, не будемо її розглядати.
Інструментальні похибки залежать тільки від використовуємої елементної бази. Під статичною похибкою дискретного диференціатору розуміють різницю між виміряним значенням швидкості, коли кут повороту змінюється за лінійним законом, та її дійсним значенням, при відсутності усіх інших складових. Вираз для інструментальної статичної похибки має вигляд
, (6.4)де
- статичні похибки вимірювально-перетворювального тракту.ЗАКЛЮЧЕННЯ
У курсовій роботі розроблено комп’ютеризовану вимірювальну систему вимірювання залежності кутової швидкості від часу валу електромеханічних перетворювачів енергії.
Під час її виконання розроблено конструкцію первинного тахометричного перетворювача з низькочастотним вихідним сигналом. Розроблено пристрій введення вимірювальної інформації до оперативного запам’ятовуючого пристрою комп’ютера, який включає в себе аналого-цифровий перетворювач, порт уведення-виведення.
Розроблено алгоритм роботи комп’ютеризованої вимірювальної системи вимірювання залежності кутової швидкості від часу
Розроблений пристрій та первинний тахометричний перетворювач мають широки межі застосування. Тахометричний перетворювач має безперервний аналоговий вихідний сигнал, прямо пропорційний куту повороту, що дозволяє шляхом диференціювання (аналогового чи цифрового) отримувати вимірювальну інформацію про кутову швидкість.