Разработка системы измерения температуры и освещённости

1. Чертеж электрической функциональной схемы системы измерения температуры и освещенности, А1
2. Электрическая принципиальная схема системы, А1

Дополнительные материалы: прилагается расчетно-пояснительная записка на 30 листах.

Проведен обзор литературы с рассмотрением общей информации и существующих устройств.

Выполнена разработка структурной схемы.

Структурная схема разработанного устройства состоит из следующих блоков: датчиков первично информации (температуры и освещенности), усилителей-фильтров, устройства управления, включающего генератор и счетчик, коммутатора, преобразователя, узла сопряжения. Проектируемое устройство применяется для измерения освещённости и температуры. Так как измеряемых параметров несколько, то проводится выборка канала от датчика. Для этого предназначен аналоговый мультиплексор. На его вход поступает сигнал от одного из выходов счетчика, который и выполняет выбор нужного канала. Аналоговый сигнал, выбранный для передачи, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который преобразует его в цифровой формат. АЦП также временно хранит данные от датчика до их передачи в компьютер. Для приема данных от устройства используется последовательный порт, поэтому на схеме присутствует "Узел сопряжения", в который поступает цифровой сигнал от АЦП. С этого узла данные уже передаются в компьютер.

Разработана функциональная схема.

Описан датчик температуры, в качестве которого принят датчик с аналоговым выходом (LM135) фирмы Texas Instruments. Выходное напряжение датчика температуры пропорционально абсолютной температуре и имеет номинальное значение температурного коэффициента 10 мВ/°К. При 0°С выходное напряжение составляет 2,73 В, а при 100°С - 3,73 В. Это означает, что диапазон измерения АЦП от 0 до 5 В будет достаточным. Для более точного измерения датчик калибруется и настраивается с использованием выхода ADJ и переменного сопротивления сопротивлением 1 кОм.

Выполнено описание датчика освещенности. Один из самых простых фотометрических датчиков - фотодиод, который можно использовать как фотовольтаическую ячейку. В этом случае, его ток короткого замыкания будет почти прямо пропорционален уровню освещенности, что делает его полноценным люксметром. PIN-фотодиод типа BPW 34 из монокристаллического кремния обладает наибольшей чувствительностью в красной и инфракрасной областях спектра. Для использования такого типа ячейки в точной фотометрии используется специальный сине-зеленый фильтр. Фотодиод VD2 вырабатывает ток короткого замыкания, который также будет почти прямо пропорционален уровню освещенности. Входной дифференциальный усилитель всегда имеет незначительную разность напряжения на его входе, вследствие чего фотодиод находится в режиме короткого замыкания. Кроме того, входной ток усилителя также имеет малую величину из-за высокого входного сопротивления, а ток, протекающий через резистор обратной связи, равен по амплитуде току фотодиода, но имеет противоположное направление.

Счётчик в разрабатываемой схеме применен в качестве делителя частоты тактовых импульсов. Генератор прямоугольных импульсов на операционном усилителе генерирует колебания фиксированной частоты 19200 Гц. Коммутатор используется для выборки канала датчика и передачи сигнала на аналого-цифровой преобразователь. Он представляет собой аналоговый мультиплексор 2 в 1, который позволяет выбрать один из двух входов с помощью управляющего цифрового сигнала. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой был выбран 8-битный АЦП TLC 549 с последовательным управлением. Этот АЦП позволяет передавать результаты преобразования через последовательный интерфейс с тремя состояниями. Для связи с компьютером используется последовательный интерфейс RS-232. Для преобразования сигналов с выхода схемы в формат RS-232 используется интегральная микросхема MAX232.

Выполнена разработка принципиальной схемы.

В ходе выполнения проекта разработано устройство измерения температуры и освещённости с подключением к последовательному порту персонального компьютера с возможностью его расширения неограниченным количеством датчиков.

Спецификация – 2 листа

 В программе: Visio