Bazele sistemelor de achiziție a datelor

1. Tema de proiectare.

Să se proiecteze un sistem de achiziţie de date interfaţat cu PC pe portul serial

care să achiziţioneze 4 semnale de la 4 traductoare de temperatură.

Temperatura măsurată va fi între 0-150 °C cu precizia de 0.5 °C. Se vor folosi traductoare integrate cu semiconductori.

2. Domeniul de aplicabilitate.

Echipamentul prezentat, poate fi uşor extins la un sistem de măsură şi control construit în jurul unui microcontroller tip 80C552, destinat unei largi clase de aplicaţii în:

- mediul industrial: măsurarea / reglarea unor parametri: temperatura, nivelul, turaţia etc.;

- procesul de învăţământ: pentru dotarea laboratoarelor de automatizări industriale;

- dezvoltarea unor programe de aplicaţii.

Echipamentul poate funcţiona independent sau conectat la un sistem de calcul ierarhic superior la care se poate conecta pe portul paralel.

3. Schema bloc. Principiul de funcţionare.

În condiţiile actuale, tot mai multe echipamente de măsurare şi reglare, în domeniile industrial, industriei auto şi casnic, au la bază sisteme organizate în

jurul unui microprocesor sau a unui microcontroller. Acest tip de abordare a

proiectării prezintă o serie de avantaje substanţiale, dintre care putem remarca:

simplitatea şi caracterul de compatibilitate a proiectării, grad ridicat de integrare,

gabarit redus, consum redus de energie electrică, facilităţi de adaptabilitate la

determinarea şi controlul unor noi parametri (sau în situaţia modificării relaţiilor

de calcul ale acestora), imunitate ridicată la perturbaţii şi zgomote electrice şi,

bineînţeles, nu în ultimul rând, fiabilitate ridicată.

În cele ce urmează, va fi prezentată structura şi elementele de proiectare

ale unui sistem destinat măsurării şi controlului temperaturii în mediu industrial.

Acest sistem va fi organizat în jurul unui microcontroller de tip 80C552, fiind

caracterizat de următorii parametri:

- măsurarea temperaturii în 8 puncte ale procesului, folosind senzori de

temperatură de tip LM135, cu rezoluţie de 0,5°C, sau senzori de temperatură cu ieşire în curent (semnal unificat 4 20 mA);

- intervalul de temperatură controlat este cuprins între 0°C şi +150° ;

- conversie analog-digitală pe 8 biţi, în format binar direct, a informaţiilor

de temperatură preluate din proces;

- memorarea temporară a codurilor binare de temperatură într-o memorie de

date, de tip RAM static (memoria KM62256);

- programarea, prin intermediul unui dispozitiv local de introducere a

datelor (tastatură locală) a temperaturii de echilibru în cadrul sistemului controlat;

- afişarea locală opţională, pe un display cu cristale lichide, atât a

temperaturii de lucru pre-programate, cât şi a temperaturii medii determinate;

- controlul continuu al elementului de execuţie (elementul de încălzire)

pentru menţinerea temperaturii preprogramate;

- extinderea posibilităţilor de control la două elemente de execuţie;

- transmiterea informaţiilor de temperatură prelevate din proces, pe o

legătură serială full-duplex, de mare viteză, compatibilă RS-232, către un calculator gazdă, în vederea analizei statistice şi interpretării la un nivel înalt a rezultatelor.

Va fi elaborat şi un program de aplicaţie, scris în limbaj de asamblare, care permite măsurarea şi controlul temperaturii în cadrul procesului. Limbajul de asamblare, deşi mai greu de utilizat şi de interpretat, prezintă avantajul minimizării codului aplicaţiei.

Descrierea funcţională a sistemului de măsurare şi controlul temperaturii

Sistemul de măsurare şi controlul temperaturii se compune din mai multe unităţi funcţionale, după cum urmează:

- blocul de măsurare a temperaturii, care conţine:

- senzorul de temperatură, de tip βA135;

- sursele de tensiune de referinţă şi de prag;

- sistemul de dezvoltare cu microcontroller 80C552, folosit pentru:

- prescrierea temperaturii programate;

- conversia analog-digitală a informaţiei de temperatură;

- memorarea rezultatelor obţinute în urma supravegherii procesului;

- controlul continuu al temperaturii în cadrul procesului supravegheat;

- transmisia serială a rezultatelor prelevate în cadrul procesului

supravegheat către un sistem de calcul mai puternic, de tip IBM-PC sau compatibil, în vederea analizei detaliate, reprezentării grafice a regimului tranzitoriu de control al temperaturii în cadrul procesului controlat şi a analizei statistice a rezultatelor obţinute;

- blocul de comandă al elementului de execuţie.

Blocul de măsurare a temperaturii

Blocul de măsurare a temperaturii se compune din următoarele module

funcţionale:

- senzorul de temperatură, de tip βA135;

- sursele de tensiune de referinţă şi de prag.

Conectarea senzorului de temperatură

Senzorul de temperatură este conectat, prin intermediul unor etaje de adaptare, la portul P5 al microcontroller-ului, prin care sunt vehiculate alternativ şi semnalele de control ale secţiunii analogice. Informaţia de temperatură furnizată de senzorul specializat este vehiculată de semnalul ADC0 ADC7.

Senzorul de temperarură

Senzorul de temperatură, de tip LM135, permite măsurarea temperaturilor în domeniul -55°C ÷ +150°C, gamă ce acoperă intervalul de temperatură 0°C ÷ +150°C, impus prin tema de proiectare. Acest senzor de temperatură este constituit de fapt de o diodă Zener a cărei tensiune, în polarizare inversă, variază liniar cu +10mV/grad, funcţie de temperatură pe întreg domeniul de temperaturi de lucru specificat.

Senzorul de temperatură LM135 este caracterizat de o rezistenţă de ieşire foarte redusă ( 0.1Ω pentru un curent de 1 mA), ceea ce uşurează mult preluarea informaţiei de temperatură de la acest circuit. Circuitul funcţionează normal pentru curenţi de polarizare mai mici de 60 μA (curentul absorbit).

Senzorul de temperatură LM135 furnizează la ieşire o tensiune liniară proporţională cu temperatura în grade Celsius, fiind calibrat direct în grade Celsius.

Precizia garantată a măsurării este de 0.5°C.

Alimentarea senzorului se face în domeniul 4V ÷ 30V.