Мікропроцесорна метеостанція (стр. 4 из 5)
4. Електричні розрахунки найголовніших вузлів електричної принципової схеми
Здійснимо електричний розрахунок елементів принципової схеми мікропроцесорної метеостанції
Розрахуємо значення резисторів
за формулою: 
, (4.1)де
- мінімальне значення напруги для рівня логічної одиниці. 
- спад напруги на світлодіоді. 
- струм на світлодіоді.Підставивши значення, отримаємо:
(kОм)Розрахуємо значення резисторів
за формулою: 
. (4.2)З документації на оптрон 4N32 визначаємо струм
, 
. Отже IC= IE=100 
, UE=0.5B.Підставивши значення, отримаємо:
(Ом)Розрахуємо значення резисторів
за формулою: 
, (4.3)де
- вихідна напруга мікросхеми MC7805Підставивши значення, отримаємо:
(Ом)Оберемо значення резисторів
кОм.З документації на мікросхему AD780 визначаємо номінали конденсаторів С2, С1 . Отже, обираємо конденсатори С2 =С1= 100
.До портів мікроконтролера ХТAL1 та ХТAL2 під’єднано конденсатори
та 
, між якими розташований кварцовий резонатор ZQ, призначений для того, щоб задавати такт роботи мікроконтролера. Його частота f=1 МГц. Візьмемо 
пФ.З документації на мікросхему MAX232 визначаємо номінали конденсаторів С9, С10, С11, С12 . Отже, обираємо конденсатори С9= С10= С11= С12 =1
.З документації на мікросхему MC7805 визначаємо номінали конденсаторів С5, С6, С7, С8. Отже, обираємо конденсатори С5= С6=С7=С8= 220
Обираємо діоди VD1,VD2.VD1,VD2 - діоди напівпровідникові імпульсні1N4148Мають такі характеристики, які наведені в таблиці 2, 3[9]
Таблиця 2. Максимальні параметри експлуатації 1N4148
| Вимірюваний параметр | Од. вим. | Значення |
| Постійна зворотна напруга, UR | В | 75 |
| Імпульсна зворотна напруга, URM | В | 100 |
| Температура збереження, Тstg | °C | від –65 до +200 |
| Робоча температура навколишнього середовища | °C | від –65 до +150 |
Таблиця 3,. Електричні параметри 1N4148
| Вимірюваний параметр | Режим виміру | Значення | |
| Мін. | Макс. | ||
| Пряма напруга, UF1, В | IF1=10 мА | 1,0 | |
| Зворотний струм, IR1, мкА | UR1=75 В | 5 | |
| Зворотний струм, IR2, мкА | UR1=20 ВTamb = 25-5°C | 0.025 | |
| Зворотна пробивна напруга, UBR, В | IR=100 мкА | 100 | |
| Заряд відновлення, Qr. пКл | IF=10 мА UR=10 В | 200 | |
| Ємність, Ctot, пФ | UR=0 В f=1MHz | 4 | |
5. Алгоритмічне забезпечення
В наведеній в додатку А електричної принципової схеми мікропроцесорної метеостанції живлення мікросхеми MAX232 перетворювача рівнів та відповідна частина оптронів живиться від послідовного порта. Живлення реалізоване наступним чином сигнал RTS, DTR програмно встановлюються а рівень ‘0’. Згідно з специфікацією на RS-232 навантажувальна здатність RTS, DTR складає 15мА. Ці сигнали з’єднуються за схемою “або” за допомогою двох діодів VD1, VD2. Відповідно навантажувальна здатність двох сигналів скл. 30мА. Через R7 напруга поступає на вхід лінійного стабілізатора напруги MС7805. На виході якого формується напруга 5В. Яка використовується для живлення перетворювача рівнів MAX232 (DD6), та транзисторного каскаду оптрона (DD5). Таким чином забезпечується незалежність кіл живлення процесора та перетворювача рівнів. Оптрони DD4, DD5 призначенні для забезпечення гальванічної розв’язки сигнальних кіл. Персональний комп’ютер формує сигнал RxD. Цей сигнал поступає на перетворювач рівнів (DD4). На виході якого утворюється сигнал, який подається на струмозадаючий резистор R4. Цей струм засвічує світлодіод оптрона DD5. Відповідно на виході емітерного повторювача, який реалізований на транзисторі оптрона DD5 та резисторів R5, R6, формується сигнал ідентичний сигналу RxD на виході порта. Цей сигнал поступає на RxD мікроконтролера. Мікроконтролер (DD3) формує сигнал який відповідає адресі відповідного ключа мультиплексора (DD1). В цей момент АЦП (DD2) формує сигнал готовності STS. Мікроконтролер (DD3) формує сигнал запуску АЦП (DD2). Через мультиплексор (DD1) на АЦП (DD2) проходить аналоговий сигнал для перетворення його в цифровий код. Через порти DB.0-DB.12 цифровий код поступає на порти PA.0-PA.7, PB.0-PB.5 мікроконтролера (DD3). Мікроконтролера (DD3) формує сигнал ТxD. Сигнал ТxD з виходу МСU (DD3) через струмозадаючий резистор R1 засвічує світло діод оптрона DD4.
Відповідно на виході емітерного повторювача, який реалізований на транзисторі оптрона DD4 та резисторів R2, R3, формується сигнал ідентичний сигналу ТxD на виході процесора тільки повністю гальванічно ізольований від нього. Резистор R3, R6 виконує роль навантаження для емітерного повторювача. Резистор R2, R5 включений між базою та емітером транзистора необхідний для температурної стабілізації режиму його роботи. Вихідний сигнал емітерного повторювача поступає на вхід перетворювача рівнів, з виходу якого на вхід СОМ порта. [8]
6.Метрологічні характеристики
1 Розрахуємо похибку квантування АЦП за такою формулою:
(6.1)де n- розрядність АЦП n=12,
- напруга АЦП, = 10(В),Підставивши значення, отримаємо:
Розрахунок СКВ похибки квантування за такою формулою
. (6.2)Підставивши значення, отримаємо:
.2 Розрахунок СКВ похибки кожного датчика за такою формулою:
. (6.3)Підставивши значення, отримаємо:
Розрахунок загальне СКВ похибки датчиків за такою формулою:
. (6.4)Підставивши значення, отримаємо:
3 Розрахунок загального СКВ похибки системи за такою формулою:
. (6.5)Підставивши значення, отримаємо:
Абсолютна похибка приладу
Висновки
Метою даного курсового проекту було створення приладу, який би задовольняв потреби найсучаснішої вимірювальної техніки, а це, перш за все, швидкодія, наявність ергодичного інтерфейсу, простота та швидкість обробки інформації та наглядне її представлення. Тому в даному курсовому проекті створений сучасний вимірювальний прилад, який задовольняє вищеприведені вимоги, при цьому забезпечуючи достатній діапазон фізичної величини і порівняно невелику похибку.
Також були запропоновані три варіанти структурних схем мікропроцесорної метеостанції, і серед них вибрана найбільш оптимальна за метрологічними і економічними характеристиками. В практичній частині на базі вибраної структурної схеми розроблена схема принципова, що представляє собою поєднання найсучасніших мікросхем, які спрощують задачу керування приладом і роблять його зручним у користуванні навіть для неспеціаліста. Передостанній розділ пропонує електричні розрахунки компонентів принципової схеми і вибір номіналів елементів, які б задовольняли умовам технічного завдання. В останньому наведений розрахунок похибки створеної системи. Отже, наша вимірювальна система задовольняє поставленим вимогам.