Дипломная работа - Программно-аппаратный комплекс для измерения температуры

Подождите немного. Документ загружается.

После того, как всё вышеперечисленное выполнено

нужно запустить программу «Настройка приборов серии

ИПМ0399/М3». Ярлык для запуска этой программы находится

на рабочем столе . После запуска программы

необходимо проверить настройки преобразователей ИПМ.

Сначала проверить ИПМ1. Для этого в диалоговом окне

настройка связи устанавливаем сетевой адрес 1 и

проверяем связь с прибором. После установления связи

необходимо нажать на кнопку . В ходе проверки

необходимо обратить внимание на следующие параметры

настройки:

• сетевой адрес - 1;

• тип датчика – 100П(1,391);

• контроль обрыва датчика – (V);

• схема подключения датчика сопротивления – 4х

проводная;

• минимум диапазона преобр.унифиц. сигнала –

(+5);

• максимум диапазона преобр.унифиц. сигнала –

(+155);

• количество разрядов после запятой – (1 или 2);

• уставка1

;

• уставка2

Для выбора значения уставок необходимо

воспользоваться следующим правилом: при проведении

эксперимента на какой-то конкретной температурной

точке, значение уставки1 должно быть на 5

С ниже

значения экспериментальной точки. Значение уставки2

должно соответствовать значению экспериментальной

точки.

Например: необходимо провести эксперимент измерения

погрешностей термометров и термопар при температуре

С. Согласно правилу выбираем значение уставок:

уставка1-65

С; уставка2-70

С.

После этого проверяем параметры настройки в ИПМ2.

Для этого в программе необходимо поменять сетевой адрес

с 1 на 2 и проверить связь с прибором. После

установления связи необходимо нажать на

кнопку и параметры должны выглядеть следующим

образом:

• сетевой адрес - 2;

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

• тип датчика – ТХК(L);

• контроль обрыва датчика – (V);

• схема подключения датчика сопротивления – 2х

проводная;

• минимум диапазона преобр.унифиц. сигнала– (-

50);

• максимум диапазона преобр.унифиц. сигнала –

(+600);

• количество разрядов после запятой – (1 или 2).

Проверив параметры в обоих ИПМ можно приступить к

проведению эксперимента. Для этого в настройках ИПМ1

устанавливаем согласно правилу необходимые значения

экспериментальной точки и записываем данные в прибор.

После этого на лицевой панели прибора загорятся красным

светом индикаторы 1 и 2 каналов. Это говорит о том, что

в ИПМ1 сработали внутренние реле и появилось напряжение

в розетке на лицевой панели стенда. После этого

остаётся только включить термостат в эту розетку и

подождать, когда он нагреется до определённой

температуры.

После нагрева до экспериментальной точки нужно

произвести снятие показаний. Для этого сначала

опрашиваем с помощью программы «Настройка приборов

серии ИПМ0399/М3» каждый ИПМ по очереди, не забывая

менять сетевой адрес при опросе и считывать настройки

из прибора. Снятие показаний температуры проводим на

закладке «Измерение» в окне «Измеренное значение».

Далее необходимо измерить значение сопротивления

платинового термометра. Для этого необходимо отключить

штепсельный разъём от стенда и подключить провода с

клеммами к прибору Р4833. С помощью этого прибора,

возможно, измерить и термоЭДС термопары. Её также

отключаем от стенда и провода с клеммами подключаем к

прибору и измеряем термоЭДС.

В то время когда отключен платиновый термометр,

нужно подключить вместо него медный термометр. После

подключения штепсельного разъёма, необходимо в

программе проверить настройки связи, установив сетевой

адрес 1 и провести проверку связи. Далее нажав

кнопку нужно изменить параметры настройки:

• тип датчика – Сu100(1,428);

• контроль обрыва датчика – (V);

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

• схема подключения датчика сопротивления – 4х

проводная;

• минимум диапазона преобр.унифиц. сигнала – (0);

• максимум диапазона преобр.унифиц. сигнала –

(+150);

• количество разрядов после запятой – (1 или 2).

Установив данные параметры нужно снять показания

температуры на закладке «Измерение» в окне «Измеренное

значение». А потом тоже измерить значение сопротивления

медного термометра с помощью прибора Р4833.

Такие же действия необходимо провести для каждой

экспериментальной точки, которую необходимо проверить.

Следует помнить, что во время снятия показаний при

отключении платинового термометра происходит отключение

регулятора температуры. И поэтому нужно как можно

быстрее проводит снятие показаний, чтобы значение

температуры в термостате не изменилось.

Способ «компенсации холодного спая» описанный в

разделе 1.1.3 (стр.21) реализован в преобразователе

ИПМ-0399Ех/М3. При подключении термопары к

преобразователю необходимо провести калибровку

преобразователя. Для этого нужно поместить термопару в

льдо-водяную смесь и подключить к преобразователю

компенсационный резистор, который входит в комплект

поставки. После достижения теплового равновесия, при

котором изменения показаний температуры не превышают

0,3˚С/мин производят калибровку преобразователя.

Для этого необходимо войти в меню параметров

конфигурации, нажав одновременно две кнопки: «<» и «>».

На табло появится параметр «InP». Далее нажав кнопку

« » мы войдём в подменю первого уровня. На табло

появится параметр «SEnS». Нам необходимо выбрать тип

преобразователя. Для этого необходимо нажать

кнопку« ». После этого кнопками «<» и «>» выбираем

желаемый тип преобразователя. В нашем случае это –

«НЕ». Данная аббревиатура обозначает, что первичный

преобразователь – ТХК(L).

В подменю первого уровня мы выбираем параметр

«GrrJ» и нажимаем кнопку « ». На табло появится

сообщение «GrAd», затем «donE». Это означает, что

градуировка компенсатора завершена и в память

преобразователя будет записано значение сопротивления

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

компенсатора при температуре рабочего спая ТП=0˚С.

(Численное значение сопротивления компенсатора можно

увидеть в программе настройки приборов серии

ИПМ0399Ех/М3 в таблице параметров под именем RC0).

После этого необходимо вынуть ТП из льдо-водяной смеси.

Прибор к работе готов. (Данная калибровка производится

при отсутствии возможности откалибровать ИПМ с помощью

IBM-совместимого компьютера).

Для начала ответим на вопрос, почему при реализации

проекта выбор пал именно на этот прибор. Вот главные

критерии, по которым было принято решение:

универсальность прибора при подключении первичных

преобразователей; простота в использовании; удобство

при монтаже; невысокая стоимость (по сравнению с

аналогами зарубежного производства). Для реализации

проекта был необходим прибор, который бы учитывал все

недостатки при измерении температуры с помощью

термопары. ИПМ полностью соответствует этим требованиям

Задача «компенсации холодного спая» решена на

программном уровне в данном приборе. В качестве датчика

температуры использован резистор, который находится в

одной изотермальной зоне (клеммная колодка) вместе с

дополнительными «спаями» термопары.

Нелинейность сигналов от первичных преобразователей

устранена за счёт того что, в память прибора внесены

табличные или полиномиальные линеаризационные

характеристики всех из 19-ти возможных подключаемых

датчиков.

Согласно требований по обеспечению электромагнитной

совместимости и помехозащищённости: по устойчивости к

электромагнитным помехам ИПМ-0399Ех/М3 соответствует

группе исполнения III по ГОСТ Р 50746-2000, при

воздействии помех удовлетворяет критерию качества

функционирования А по ГОСТ Р 50746-2000.

Усиление сигнала в преобразователе реализовано на

микропроцессоре последнего поколения, что позволило

устранить все ранее известные проблемы с

инструментальными усилителями.

В программе настройки прибора предусмотрена такая

функция, как контроль обрыва датчика. Прибор, возможно,

настроить таким образом, что при обрыве датчика на

выходе будет сигнал либо ниже минимального, либо выше

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

максимального. Что будет говорить о возникшей

неисправности.

Все модули преобразователя имеют гальваническую

развязку друг от друга и по питанию и по входным и

выходным сигналам. Это позволило существенно снизить

погрешности.

При описании характеристик данного преобразователя

пришлось столкнуться с определёнными трудностями. Дело

в том, что этот прибор совсем недавно стал выпускаться

серийно. Разработчики не торопятся опубликовывать свои

достижения связанные с этим прибором ввиду высокой

конкуренции на рыке подобных преобразователей. Для

того чтобы представить себе структуру и принцип работы

данного прибора пришлось пойти по простому и не очень

привлекательному пути. Мы просто разобрали этот прибор

и изучили его изнутри.

Конструктивно ИПМ состоит из шести модулей:

• модуля питания;

• модуля управления;

• модуля аналого-цифрового преобразователя (АЦП);

• модуля цифро-аналогового преобразователя (ЦАП);

• модуля интерфейса;

• модуля соединений.

Рис 2.2.1 Модуль питания (вид с обеих сторон)

Модуль питания состоит из импульсного блока

питания, который преобразует сетевое напряжение в два

напряжения постоянного тока: +24V и +5V, а также

вырабатывает непрерывную последовательность импульсов

прямоугольной формы (меандр) для тактирования

преобразователей напряжения модулей изделия. Для

осуществления гальванической развязки каждый модуль

имеет свой трансформатор и встроенные выпрямители со

стабилизаторами напряжения и тока.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Модуль управления реализован на микроконтроллере

PIC18F8720. PIC18F8720 – из семейства "megaPIC", в

которое вошли контроллеры с большим числом портов

ввода/вывода, объемом памяти до 128 КБ и высокой

производительностью.

Объем программной FLASH памяти семейства "megaPIC"

достигает 1 Мбит (128Кб или 64Кб программных слов), она

линейная и не разбита на страницы. Кроме того,

PIC18F8720 (80 pin) способны адресовать до 2 МБ внешней

памяти программ.

PIC18F8720 (80 выводов) - первые мощные

микроконтроллеры с функциями самопрограммирования.

Программирование PIC18F8720 оптимизировано так, что

массив данных размером в 1 Мбит может быть стерт и

запрограммирован менее чем за 2 сек. Отдельное слово в

памяти программ может быть перезаписано менее чем за 3

мсек.

Число гарантированных циклов стирание/запись EEPROM

памяти данных более 1.000.000, а FLASH памяти программ

- более 100.000 циклов. Длительность хранения данных

более 40 лет. Это позволяет хранить огромные массивы

данных во FLASH памяти и оперативно работать с ними,

используя команды табличного чтения/записи. Микросхемы

идеально подходят для использования RTOS или сложных

протоколов связи типа TCP/IP.

Микросхемы работают в широком диапазоне напряжений

питания от 2,0В до 5,5В и температур +40°…+85°C.

Выпускаются в малогабаритных TQFP.

Благодаря специализированной системе команд,

большому объему памяти в качестве основного языка

программирования целесообразно использовать Си. Можно

воспользоваться как компилятором MICROCHIP, так и

продукцией известных фирм HI-TECH и IAR.

Программное обеспечение можно загружать

внутрисхемно или обновлять при работе устройства в

штатном режиме, получая новую "прошивку" по любому

доступному информационному каналу (IrDA, TCP/IP, RS232,

CAN), для чего необходимо предусмотреть в программе

специальный загрузочный модуль. Такой режим изменения

программы возможен во всем диапазоне рабочих напряжений

и называется "режимом самопрограммирования".

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис 2.2.2 Блок-схема микроконтроллера PIC18F8720

В семействе PIC18F8720 предусмотрен режим

внутрисхемной отладки, при котором непосредственно в

работающем устройстве можно проверить и отладить работу

программного обеспечения.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

В режиме отладки доступен режим работы в реальном

времени, пошаговый режим, просмотр точек останова,

просмотр и изменение содержимого программной и EEPROM

памяти и ОЗУ данных.

Рис 2.2.3 Модуль управления (вид с обеих сторон)

Таблица 2.2.1 Основные параметры

Тип PIC18F8720

Flash-память

программ

Байт 131072

Прог.слов 65536х16

ОЗУ данных 3940

EEPROM 1024

Порты I\O 68

Каналов 10-бит АЦП 16

Аналоговые компараторы 2

ССР (ШИМ) 5

AUSART 2

SPI Master 12С Есть

Таймер 8\16бит 2\3

Аппаратное умножение Есть

Макс.тактовая частота MHz 25

Области применения: обработка и хранение

информации, со сложным интерфейсом пользователя,

требующих большого объема памяти для хранения текстовой

и другой информации; промышленные приложения, системы

передачи данных, бытовые устройства.

В модуле управления преобразователя ИПМ-0399Ех\М3 с

помощью микроконтроллера PIC18F8720 был решён целый ряд

вопросов, а именно: обеспечение взаимодействия узлов

прибора (АЦП, ЦАП и интерфейсного модуля);

осуществление преобразования кода, принимаемого от АЦП;

формирование кода управления ЦАП; обеспечение обмена

информацией с компьютерной сетью посредством

интерфейсного модуля; управление блоком светодиодной

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

индикации и блоком релейных каналов сигнализации;

задание уставок и параметров конфигурации; также имеет

в своём составе кнопочную клавиатуру для ручного

управления прибором.

Модуль аналого-цифрового преобразователя (АЦП)

осуществляет преобразование измеряемого аналогового

сигнала в цифровой код, который затем передаётся в

модуль управления для дальнейшей обработки. Модуль АЦП

содержит встроенный источник постоянного тока для

питания внешних устройств и имеет в своём составе

барьеры искрозащиты, ограничивающие выходные токи и

напряжения цепей, находящихся по условиям эксплуатации

во взрывоопасной зоне.

Рис 2.2.4 Модуль АЦП (вид с обеих сторон)

Основные характеристики:

Высокопроизводительный RISC-процессор:

• Всего 35 простых для изучения инструкций

• Все инструкции исполняются за один такт (200 нс),

кроме инструкций перехода, выполняемых за два

такта; минимальная длительность такта 200 нс

• 14 битовые команды

• 8 - битовые данные

• Вход внешних прерываний

• 8-уровневый аппаратный стек

• Прямой, косвенный и относительный режимы адресации

для данных и инструкций

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис 2.2.5 Блок-схема микроконтроллера PIC16F876A

Периферия:

• 22 линий ввода/вывода с индивидуальным контролем

направления

• Сильноточные схемы портов ввода/вывода:

• 25 мА макс. вытек. ток

• 25 мА макс. втек. ток

• Timer0: 8-разрядный таймер/счетчик

• Timer1: 16-разрядный таймер/счетчик

• Timer2: 8-разрядный таймер/счетчик

• 2 ШИМ модуля

• Последовательные интерфейсы

• 3-проводный SPI

• I2C Master и Slave режимы

• USART (с поддержкой адреса)

• 5 каналов 10-битного АЦП

• 2 аналоговых компаратора

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com