 |
Распределим результирующую погрешность eS между устройствами ИИС.
|
|
|
|
Введение
Температура - физическая величина, количественно характеризующая меру средней кинетической энергии теплового движения молекул какого-либо тела или вещества.
Из определения температуры следует, что она не может быть измерена непосредственно и судить о ней можно по изменению других физических свойств тел (объема, давления, электрического сопротивления, термоЭДС, интенсивности излучения и т.д.). В зависимости от диапазона измеряемых температур различают две основные группы методов измерения: контактные (собственно термометрия) и бесконтактные (пирометрия или термометрия излучения), применяемые в основном для измерения очень высоких температур. В первую, более обширную группу входят жидкостные, манометрические, термоэлектрические термометры, термометры сопротивления и др. Для измерения криогенных температур используются также газовые, акустические и магнитные термометры. Кроме того, в системах, не требующих высокой точности измерений, в определенном диапазоне температур широко используются полупроводниковые датчики температуры на диодах, транзисторах и специальных интегральных микросхемах.
Теоретическая часть
Цель курсовой работы - разработка системы многоточечного мониторинга температуры РЭА. Проект выполнен на базе цифровых термометров с выводом показаний на компьютер.
В качестве датчика температуры используется микросхема цифрового термометра DS18S20, который опрашивается контроллером на основе PIC16F84A. Микросхемы цифрового термометра DS18S20, опрашиваются контроллером на основе PIC16F84A по протоколу 1-Wire. Далее показания температуры контроллер подаёт на СОМ порт компьютера.
|
|
|
Программа TermoHost.exe, написанная на Visual Basic 6.0, позволяет считывать и отображать показания всех термометров, а также в одной из сетевых папок хранит показания температуры за последние 12 часов (Data.txt) и показания текущих значений температур (Current.txt), которые обновляются каждые 5 сек. В случае превышения температуры заданного порога, программа рассылает сообщения Net Send на предварительно выбранные этой же программой компьютеры, предупреждая об аварийной ситуации. Структурная схема мониторинга температуры РЭА показана на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема мониторинга температуры РЭА
На компьютер, на котором необходимо следить за температурой, устанавливается клиентская программа TermoGraf.exe, которая считывает файлы данных Data.txt и Current.txt и отображает их в удобном для пользователей виде графиков и диаграмм.
Как говорилось, контроллер температуры по однопроводному интерфейсу 1-Wire считывает показания температуры с 50 датчиков DS18S20, размещенных в отслеживаемых зонах технологического оборудования.
Каждый датчик имеет уникальный 48-битный номер, записанный с помощью лазера в ПЗУ в процессе производства. Этот номер используется для адресации устройств. Предварительно необходимо проинициализировать все эти датчики. Для этого у контроллера предусмотрен режим “Инициализация”, в который необходимо войти выключением-включением напряжения питания при нажатой потайной кнопке S1. Потайной она сделана для исключения случайного стирания данных. При инициализации поочередно по одному опрашиваются датчики и им присваивается порядковый номер от 1 до 50. При этом уникальные 48-битные номера всех 50 датчиков записываются в EEPROM память микросхемы PIC16F84.
Далее показания температуры контроллер подаёт на СОМ порт компьютера по протоколу RS 232. Программа TermoUnit.exe, написанная на Visual Basic 6.0, позволяет считывать и отображать показания термодатчика, а также создаёт LOG файл температуры за последние 12 часов (Data.txt) и показания текущих значений температур (Current.txt), который обновляется каждую секунду.
|
|
|
Для DS18S20 температура представляется в виде 9-битного значения. Дискретность представления температуры составляет 0.5°C. Можно бы было довести её до 0.1°C, но пока в такой точности нет необходимости.
Контроллер также хранит в EEPROM памяти значение порога. Это значение выбирается кнопками SW1,SW2. В режим установки порога необходимо войти при одновременном нажатии любой из кнопок SW1,SW2 и включении питания контроллера.
В основном режиме измерения-отображения температуры нажатием кнопок SW1,SW2 выбирается номер отображаемого на индикаторе датчика. Цифра 0 соответствует отображению пороговой температуры.
Номер отображаемого на индикаторе датчика никак не влияет на передачу данных на СОМ порт. На него всегда подаются 6 значений измеренной температуры и значение порога. Информация передается 1 раз в секунду.
Контроллер температуры реализован на микросхеме PIC16F84A, выпускаемой фирмой Microchip. Порт RB задействован под динамическую индикацию на 2 разряда: RB0 выбирает индицируемую цифру, RB1..RB7- код выводимых цифр на семисегментный индикатор, выводы порта RA0,RA3-для индикации режимов устройства, RA1-опрос кнопок SW1 и SW2, RA2- опрос термодатчиков, RA4- выводит информацию на СОМ-порт компьютера.
В качестве датчиков для измерения температуры РЭА был выбран высокоточный 1-проводный цифровой термометрDS18S20.
Отличительные особенности:
Уникальный 1-проводный интерфейс требует только одного вывода порта для подключения
Каждое устройство имеет 64-битный уникальный серийный номер, хранящийся в ПЗУ на кристалле
Возможность многоабонентской работы упрощает создание приложений, осуществляющих распределённое измерение температуры
Не требует внешних компонентов.
Микросхема может быть запитана от линии данных. Рабочее напряжение от 3.0В до 5.5В.
Измеряет температуру от -55°C до +125°C (от -67°F до +257°F)
Точность ±0,03% от -10°C до +185°C.
Разрешение термометра 9-бит
Преобразует температуру за 20 мкс (максимум)
Считывание значения измеренной температуры, а также передача команды начала преобразования и других команд производится с помощью 1-проводного интерфейса (1-WireTM) фирмы DALLAS. На основе этого интерфейса фирма DALLAS даже создала сеть, называемую microLAN (или µLAN).
|
|
|
Задаваемые пользователем энергонезависимые параметры настройки температурных сигналов
Команда поиска сигнала распознаёт и адресует те устройства, температура которых вне запрограммированных границ (условие температурной сигнализации)
Применяется в управлении термостатированием, промышленных системах, устройствах широкого потребления, термометрах или любых чувствительных к температуре системах.
Расчетная часть
мониторинг температура термометр погрешность
Распределим результирующую погрешность eS между устройствами ИИС.
Суммарная среднеквадратическая погрешность оценивается выражением
eS = (e2Д + e2ВВ)1/2.
Причем должно соблюдаться условие eS £ e. Необходимая разрядность АЦП определится выражением
m ³ int log2 (1/ eАЦП).
По заданию погрешность измерения по этим каналам e=2%.
|
|
|
