Комп’ютерний засіб вимірювання тиску і температури у кліматичній камері (стр. 5 из 6)
інформативний параметр вихідного сигналу - шпаруватість імпульсів;
Живлення мікроконтролера AT90S2313, перетворювача рівнів ADM3222, мультиплексора складає 5 В. Згідно умов технічного завдання, живлення повинно здійснюватись від послідовного порта ПЕОМ.
Для живлення використовуються сигнали послідовного порта DTR та RTS, які згідно специфікації RS-232 мають навантажувальну здатність 15 мА. Ці сигнали програмно встановлюються в рівень логічного нуля, тобто напруга на цих виводах порта складає 12 В. Якщо їх з’єднати через діоди, як наведено на рис.5.1, та сумарна навантажувальна здатність джерела живлення підвищиться до 30 мА.
Для живлення мікроконтролера, перетворювача рівнів та мультиплексора необхідно використовувати стабілізовану напругу 5 В. Тому необхідно використати інтегральний стабілізатор напруги, який знизить напругу логічного нуля RS232 до рівню 5В і забезпечить стабілізоване живлення.
Для цієї мети можна використати інтегральний стабілізатор напруги фірми MOTOROLA MC7805LC. Цей інтегральний стабілізатор має наступні електричні характеристики:
вхідна напруга від 7.2 В до 35 В
вихідна напруга 5 В
максимальний струм навантаження - 1.5 А
трьохвивідний корпус.
Вхідний конденсатор цієї мікросхеми (ри.5.1) необхідний для того, щоб виключити можливість самозбудження. До виходу мікросхеми необхідно паралельно підключити два конденсатори - електролітичний та керамічний. Електролітичний - для згладжування низькочастотних пульсація, керамічний - високочастотних.
4. Електричні розрахунки
4.1 Електричний розрахунок джерела живлення
Схема електрична джерела живлення, від якого живиться мікроконтролер AT90S2313, мультиплексор ADG707, перетворювач рівнів ADM3202 наведена на рис.4.1
Рисунок 4.1 - Джерело живлення
Діоди VD1 та VD2 призначені для взаємної розв’язки сигналів DTR та RTS та сумування струмів цих сигналів. Згідно специфікації RS-232, навантажувальна здатність сигналів DTR і RTS складає 15 мА, а максимальне значення напруги рівню логічного нуля - 15 В. Відповідно розраховуємо максимальний вхідний струм інтегрального стабілізатора напруги DA1 MC7805LC:
(мА), (4.1)де
-максимальний струм сигналу DTR; 
- максимальний струм сигналу RTS.Максимальне зворотнє падіння напруги на діодах може виникнути в тому випадку, коли сигнали DTR і RTS знаходяться в рівні логічної одиниці і дорівнює 15 В. Максимальний струм через ці діоди не перевищує 15 мА. Виходячи з цього, обираємо діоди КД521А, у яких максимальна зворотна напруга 100 В і максимальний струм - 100 мА [8].
Падіння напруги на відкритому кремнієвому діоді складає 0.7 В. Відповідно напруга на вході інтегрального стабілізатора напруги:
(В) (4.2)де
- напруга рівню логічного нуля RS-232; 
- падіння напруги на відкритому діоді. Падіння напруги на мікросхемі MC7805LC дорівнює: 
(В) (4.3)де
- вихідна напруга мікросхеми MC7805LC. Потужність, яка розсіюється на мікросхемі MC7805LC дорівнює: 
(Вт) (4.4)Відповідно, згідно [8], радіатор використовувати не треба, тому як для цієї мікросхеми радіатор необхідний в тому випадку, коли потужність, що розсіюється, перевищує 2 Вт. Згідно [8], для гарантованої відсутності самозбудження мікросхеми, необхідно використовувати вхідний конденсатор С1, ємністю не менше 2.2 мкФ. Обираємо конденсатор К50-35 22 мкФ х 16 В. До виходу мікросхеми необхідно паралельно підключити два конденсатори - електролітичний та керамічний [8]. Електролітичний С2 - для згладжування низькочастотних пульсація, керамічний С3 - високочастотних. Обираємо С2 - К50-35 220 мкФ х 16 В, С3 - К50-15 - 0.1 мкФ 63 В.
4.2 Електричний розрахунок тактового генератора мікроконтролера
Робота мікроконтролера AT90S2313 тактується генератором тактової частоти з кварцевою стабілізацією. Саме генератор знаходиться в корпусі мікросхеми, зовні встановлюється кварцевий резонатор та конденсатори.
Схема включення мікроконтролера AT90S2313 наведена на рис.4.2
Рисунок 6.2 - Схема включення мікроконтролера АТ90S2313
RC - коло побудоване на R1 і С1 призначене для формування сигналу скидання. Обираємо кварцевий резонатор з частотою 3.6864 МГц і ємністю 2 пФ фірми GEYER. Значення ємності конденсаторів С2 і С3 обираємо виходячи із співвідношення [9]:
, (4.5)де
- ємність кварцевого резонатора.Обираємо конденсатори 39 пФ х 6 В фірми ROHM типорозміру 0805.
5. Розрахунок похибки вимірювання тиску і температури у кліматичній камері
Загальна похибка вимірювання тиску має декілька складових:
складова похибки, що зумовлена неідеальністю тензоперетворювача тиску. Згідно фірмової технічної документації на обраний тензоперетворювач, її приведене (до максимального значення вимірюваного тиску) середньоквадратичне значення не перевищує 1% і для простоти подальших розрахунків припустимо, що вона розподілена за нормальним законом розподілу. Позначимо її середньоквадратичне відхилення через
. Тому як згідно з технічним завданням максимальний тиск, що вимірюється, дорівнює 1000 кПа, то 
10 кПа;складова похибки, що зумовлена перетворенням вихідного сигналу тензоперетворювача в амплітуду змінної напруги і зворотнім перетворенням. При використанні сучасної елементної бази та сучасних схемотехнічних рішень, що зроблено у даному курсовому проекті, значення цієї похибки набагато менше, ніж першої складової, і тому її значенням можна знехтувати;
складова похибки, що зумовлена випадковими завадами на лінії передачі. Її значення важко передбачити і воно залежить від конкретних умов промислового виробництва. Тому для спрощення подальших розрахунків приймемо закон її розподілу за нормальний і значення рівним значенню складової похибки, що зумовлена неідеальністю тензометричного перетворювача тиску - приведене середньоквадратичне значення дорівнює 1%. Позначимо її середньоквадратичне відхилення через
.складова похибки, що зумовлена квантування за допомогою аналого-цифрового перетворювача. Ця складова похибки має рівномірний закон розподілу. При великій кількості розрядів АЦП (а це справедливо у нашому випадку, n = 12), похибка квантування набагато менша за складову похибки, що зумовлена випадковими завадами і неідеальністю термокондуктометричного перетворювача. Тому її значенням і впливом її закону розподілу при визначенні достовірності контролю можна знехтувати.
Середньоквадратичне значення загальної приведеної похибки вимірювання тиску за допомогою розробленого пристрою знаходиться з виразу
(5.1)Відповідно приведена середньоквадратична похибка вимірювання тиску дорівнює 1,4%, а закон її розподілу нормальний, тому як дві домінуючі складові похибки мають нормальний закон розподілу.
Загальна похибка вимірювання температури має декілька складових:
складова похибки, що є похибкою саме первинного перетворення, зумовлена неідеальністю первинного перетворювача температури TMP04. Позначимо середньоквадратичне відхилення цієї складової похибки через
. Згідно з технічною документацією до первинного вимірювального перетворювача температури TMP04, 
;складова похибки, що зумовлена вимірюванням тривалості рівнів логічного нуля і логічної одиниці на виході первинного вимірювального перетворювача. При використанні сучасної елементної бази та сучасних схемотехнічних рішень, що зроблено у даному дипломному проекті, значення цієї похибки набагато менше, ніж першої складової, за рахунок високої частоти квантування часових інтервалів. Тому її значенням можна знехтувати;
складова похибки, що зумовлена випадковими завадами на лінії передачі. Її значення важко передбачити і воно залежить від конкретних умов промислового виробництва. Тому для спрощення подальших розрахунків приймемо закон її розподілу за нормальний і значення рівним значенню складової похибки, що зумовлена неідеальністю первинного перетворювача температури - середньоквадратичне значення дорівнює
. Позначимо її середньоквадратичне відхилення через . Середньоквадратичне значення загальної приведеної похибки вимірювання температури за допомогою розробленого пристрою знаходиться з виразу 
(5.2)Відповідно приведена середньоквадратична похибка вимірювання температури дорівнює 2,35%, а закон її розподілу нормальний, тому як дві домінуючі складові похибки мають нормальний закон розподілу.