Sistem de achiziție de date bazat pe
componente compatibile cu semnale TTL
Student: Cristea Ionut-Daniel
Grupa: 141ID
Cadru didactic îndrumător: Conf. dr. ing. Constantin Daniel Oancea
Tema de proiect
Se cere sa se proiecteze un sistem de achizitie de date bazat pe
component compatibile cu semnale TTL cuprinse intr-un interval ( 0 - 5V );
Datele achizitionate provin de la un senzor de temperatura de tip
termorezistenta (RTD).
Datele sunt urmatoarele:
-Numar de canale : 4
-Interval de temperatura : 0⁰C - 60⁰C
-Eroarea de conversie: 0.7 %
Notiuni teoretice
Schema de principiu:
T1…Tn = traductor de temperatura
MUX = multiplexor
CAD = traductor analog digital
m = nr de biți
A = amplificator
E&M = eșantionare memorare
UCP= Unitatea centrala de procesare
Trecerea de la un canal la altul se realizeaza prin intermediul semnalului de
decodificare pe ‘m’ biti.
Semnalul este preluat de amplificatorul ‘A’ cu amplificare variabila.
Urmeaza blocul de esantionare memorare
CAD = convertor analog digital
Rolul CAD este de a transforma semnanul analogic in semnal digital.
Numarul de canale ‘n’ corespunde cu numarul de biti ‘m’ de decodificare.
Dependenta rezistentei in functie de temperatura Pt100
Calculul rezistentelor
Simularea divizorului de tensiune
Caracteristica divizorului de tensiune
RRTD= R0*(1+a*θ)
a =3.911 *10-3[grad-1]
R1 = V/I = 12/1*10^(-3) = 12 * 10^3 => R1 = 12.3kΩ (valoarea standardizata)
R0= 100⁰C
R0⁰C= 100*(1+3.911*10-3*0) = 100Ω
R60⁰C= 100*(1+3.911*10-3*60) = 123.4Ω
RRTDmed=
𝑅00 𝐶 +𝑅600 𝐶 100+123.4
=
2
2
=111.7Ω
V=12V
I≈1mA
I0⁰C=
𝑉
𝑅+𝑅 ⁰
0 𝐶
I60⁰C =
Imed=
=
𝑉
𝑅+𝑅60𝜊𝐶
𝑉
12
12.3∗103 +100
=
=
= 0.0009647𝐴
12
12.3∗103 +123.4
12
= 0.0009659𝐴
= 0.0009668A
𝑅+𝑅𝑅𝑇𝐷𝑚𝑒𝑑 12.3∗103 +111.7
U0⁰C = I0⁰C*R0⁰C = 0.0009647 ∗ 100 = 0.09647V (Ui2)
U60⁰C = I60⁰C*R60⁰C = 0.0009659 ∗ 123.4= 0.119V (Ui1)
∆U= U60⁰C-U0⁰C= 0.119-0.09647 = 0.0225 V
Calculul etajului de amplificare si calculul multiplexorului
Etaj diferential folosit cu 2 scopuri:
-aduce tensiunea la 0V pentru 0⁰C
-amplifica semnalul pentru a se incadra in intervalul 0-5V
Schema de principiu pentru amplificatorul diferential
𝑅2
U= (Ui2-Ui1), in cazul acesta Ui1=0.119V
𝑅1
A=
5
∆𝑈
=
5
0.0225
= 222.22
Pentru R1=1kΩ=> R2=220k Ω
Putem folosi un amplificator inversor sau neinversor:
Pentru U0⁰C calculam tensiunea de iesire pentru a determina OFFSET-ul.
U0 min = -A * U0⁰C= -222.22 * 0.09647 = -21.43 V
U0 max = -A * U60⁰C= -222.22 * 0.119 = -26.44 V
OFFSET-ul se prefera a fi realizat la etajul de amplificare, deoarece, in
caz contrar, se depasesc limitele. Mai este nevoie de un etaj inversor pentru a
face tensiunea negativa pozitiva.
Schema finala a amplificarii
Pe post de multiplexor, am ales un multiplexor cu 4 canale MMC 4052.
Alegerea convertorului analog-digital
Convertorul analog digital exploatează proprietatea circuitelor CMOS
de a furniza la ieșire semnale de nivele foarte apropiate de tensiunile de alimntare
pentru curenți de sarcina mici.
q= cuanta
q=
∆𝑈
2𝑛 −1
n=nr de biți
Numărul de biți “n” trebuie ales astfel încât eroarea cuantei sa nu depășească
eroarea de conversie 0,7 %.
Ui ϵ[0...5]V
q= Um/2^n-1
5V
100%
X
0.7%
0.7∗5
X=
100
= 0.035𝑉
Diferența de temperature este de 60⁰C
60⁰C
Y
100%
0.7%
Y=
0.7∗60
100
= 0.42⁰𝐶
0.035/2=
5
2𝑛 −1
2𝑛 = 287
n=8.16=> n=10 biti
CAD ales din catalogul MICROCHIP.
Diagrama bloc de fucntionare