Федеральное агентство по образованию 

гоу впо «университет - УНПК» 
 
 

Кафедра «Приборостроение,

метрология  и сертификация»

Допустить к защите

«____» ____________ 2011 г.

Руководитель ____________ 
 
 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе по дисциплине

«Информационно-измерительные  системы» 
 
 
 
 

Работу  выполнил студент: Тулин С.Н.

       

Специальность: 200100.68

Курсовая  работа защищена с оценкой ________________                 

Руководитель          _________________         ____________________________                  

                                            (подпись)                                         (Ф.И.О.)                                                                    

Члены комиссии   _________________         ____________________________                  

                                            (подпись)                                         (Ф.И.О.)                                                                      
 
 
 

Орел 2011 г.

Оглавление

1 Разработка технического  задания 3

1.1 Определение времени измерения и укрупненный расчет погрешностей системы 3

1.2 Составление технического задания 6

2 Разработка технического  предложения 8

2.1 Выбор и обоснование информационной модели системы 8

2.2 Выбор и обоснование алгоритма сбора измерительной информации и метода ее обработки 12

2.3 Компоновка разрабатываемой системы стандартными функциональными блоками 15

2.4 Разработка временных диаграмм, отражающих работу системы 19

2.5 Разработка развернутой структурной схемы 21

2.6 Определение быстродействия и результирующей погрешности 22

Список использованных источников 27 

 

1 Разработка технического  задания

1.1 Определение времени  измерения и укрупненный  расчет погрешностей  системы

     Система должна обеспечивать возможность записи результатов измерений в память микроконтроллера, а также выводить результат измерений на цифровой индикатор. На вход системы подается аналоговый сигнал – постоянное напряжение с диапазоном от 20 до 90 мВ (4 точки) и от 110 до 160 мВ (5 точек). Число измерительных каналов системы – 9. Спектр входных сигналов равномерен до частот 3 Гц(5 точек) и 0,3(остальные). Быстродействие системы определяется временем, необходимым для осуществления одного измерения всех величин и зависит от инерционности преобразователей измерительного канала. Предельная погрешность измерения не должна превышать 2%.

     Так как результат измерения в  проектируемой измерительной системе  должен регистрироваться в памяти и выводиться на цифровой дисплей, то возможный тип измерительного канала – с дискретными сигналами.

     Использование дискретного преобразования аналогового сигнала обуславливает появление методических погрешностей, которые вызваны дискретизацией данного сигнала во времени. Погрешность дискретизации определяется временем дискретизации аналогового сигнала. Это время зависит от инерционности тех звеньев, которые наиболее сильно влияют на время установления сигнала.

     Критерием при оценке быстродействия может  служить время необходимое для  реализации одного измерения Т_ИД.  При измерении n (в нашем случае n1=n2=9) однородных величин указанное время должно лежать в интервале [1]:

                                   (1.1)

     Для предварительной оценки шага дискретизации  воспользуемся зависимостью:

,      (1.2)

    где  fm – частота входного сигнала, Гц;

             n – число измерительных каналов;

     Т0 – шаг дискретизации

    Подставим значения для точек до частот 3 Гц: 
 

    Подставим значения для точек до частот 0,3 Гц: 
 

     Из  расчета следует, что время измерения  не должно превышать при частоте  f_m=3 Гц , а при f_m=0.3 .

     Предварительный укрупненный расчет погрешностей системы  проводится в соответствии с формулой:

,      (1.3)

где  δ – методическая погрешность,

       δ_ИНСТР – инструментальная погрешность,

       δ – заданная погрешность.

     Источником  методической составляющей погрешности  может быть квантование по времени (дискретизации). Она будет определятся  требуемым видом восстановления и воспроизводящих функций. Для  этого используют интерполяционный полином Лагранжа. При выборе порядка  воспроизводящего полинома N во многих случаях используется ступенчатая интерполяция N=0. В этом случае для определения погрешности следует использовать формулу [1]:

     ,    (1.4)

где   

     Допустим, что значение относительной погрешности дискретизации δ_Д=1%.

     Подставим численные значения в формулу (1.4) для случая до частот 3 Гц получим:

       мкс.

     Подставим численные значения в формулу (1.4) для случая до частот 0,3 Гц получим:

  мкс

     Определим величину инструментальной погрешности:

              (1.5)

%

 

1.2 Составление технического  задания

1. Основание для создания ИИС: заказ на проектирование ИИС;
2. Сроки выполнения работы:

      начало: 04.03.2010г.

      окончание: 20.05.2010г.

3. Наименование участников создания ИИС:

      Представитель заказчика: Есипов В. Н.

      Исполнитель: Тулин С.Н.

4. Наименование организации-заказчика системы: кафедра «ПМиС»
5. Система предназначена для измерения постоянного напряжения в девяти точках с последующим сохранением полученной информации в памяти и отображении результата на цифровом табло.
6. Характеристика объекта исследования:

На  входе системы действуют электрические сигналы постоянного напряжения в диапазоне (20 ÷ 90) мВ (4 точки) и (110 ÷ 160) мВ (5 точек). Спектр входных сигналов равномерен до частот 3 Гц (5 точек) и 0.3 Гц (остальные).

7. Условия эксплуатации: сборочный цех приборостроительного предприятия.

      Температура окружающей среды 20±5⁰С

      Атмосферное давление 760±15мм.рт.ст.

      Относительная влажность 60±5%.

8. Требования к ИИС:

      Число измерительных каналов 9.

           Диапазон входных  сигналов 20 ÷ 160 мВ.

 Быстродействие системы не менее 530 мкс;

           Погрешность измерения  не более 2 %

      Погрешность дискретизации не более 0.5 %

      Инструментальная  погрешность не более 1,5 %

9. Функции ИИС:

Преобразование входного сигнала постоянного напряжения в сигнал диапазона измерения АЦП;

Измерение значений входных сигналов напряжения в заданном диапазоне;

Аналого-цифровое преобразование

Запись  результатов в память.

 

2 Разработка технического  предложения

     2.1 Выбор и обоснование  информационной модели  системы

     Информационные  процессы, протекающие в ИИС, определяют количество и тип технических средств, используемых в системе.

     Информационную модель современной ИИС можно свести к модели измерительного канала, т.к. в ИИС третьего поколения обработка информации осуществляется универсальными ЭВМ или микропроцессорами, являющимися структурными компонентами ИИС и выполняющими часть измерительных процедур программным путем.

     Во  всех измерительных каналах ИИС  содержится некоторое количество видов  преобразования информации. Объединив  все виды преобразования информации в одном канале и выделив последний  из состава ИИС, можно получить две  модели: информационная модель ИК для  прямых измерений и информационная модель ИК для измерения с обратным преобразованием информации.

     Сначала определим состав измерительных  преобразований информационного сигнала  в ИК. Информационная модель ИК для  измерения с обратным преобразованием  информации используется в системах, в которых производится контроль входной величины и с последующий  коррекцией. Информационная модель ИК для прямых измерений используется в системах, в которых происходит лишь измерение, сравнение или детектирование входной величины без внесения изменений  во входной сигнал для его коррекции.

     Так как в задании указана измерительная  система, выбираем информационную модель ИК для прямых измерений.

     Для отображения цифровой информации необходим  двоичный код, который в свою очередь  поступает с аналого-цифрового  преобразователя (АЦП). АЦП осуществляет преобразование входного напряжения в цифровой код. Для преобразования сопротивления в напряжение используется преобразователь с четырехпроводной соединительной линией.

     На  рисунке 2.1 изображена структурная  схема одного измерительного канала.

     1 – выход объекта исследования;

     2 – умножитель напряжения;

     3 – устройство дискретизации;

     4 – АЦП;

Рисунок 2.1 – Структурная схема ИК для  прямых измерений.

       Так как сигналы по 9-м каналам однородны (условие проектирования), то блоки для всех каналов будут одинаковы.