Многоканальная система сбора данных на базе микроконтроллера с ядром AVR

Введение

Актуальность. Построение информационно-измерительных систем с использованием микроконтроллеров позволяет снизить энергопотребление и массогабаритные характеристики разрабатываемых изделий, значительно расширить их функциональные возможности.
Цель курсового проекта – закрепить, расширить и углубить полученные навыки и знания будущих инженеров в области проектирования измерительной техники на базе микроконтроллера [1].
В рамках курсового выполняется разработка многоканальной системы сбора данных на базе микроконтроллера с ядром AVR, которая должна вычислять значение измеряемой температуры, опрашивать состояние датчиков ДКД и передавать всю информацию в ПК.
Задачи проекта. В рамках выполнения курсового проекта необходимо решить следующие задачи:
1) Выполнить описание работы устройства по его функциональной схеме.
2) Разработать алгоритм вычислений.
3) Разработать принципиальную электрическую схему устройства.
4) Написать управляющую программу встроенного контроллера измерительного устройства на языке Ассемблер




Задание на курсовое проектирование

В рамках выполнения курсового проекта необходимо разработать «Многоканальная система сбора данных на базе микроконтроллера с ядром AVR», сокращенно Система.
Датчики контроля давления ДКД4 представляют собой пороговые устройства. Основные параметры датчиков:
• Активный логический уровень «1».
• Выходные напряжения соответствуют уровням ТТЛ.
• Максимальный ток логического нуля 5,0 мА.
• Максимальный ток логической единицы 2,8 мА.
В качестве первичногопреобразователяканала измерения температуры Системынеобходимо использовать датчик ДТ19. Основные параметры датчика:
• Коэффициенты характеристики преобразования датчика температуры:
 а0 = 200;
 b0 = 22000.
• Диапазон измерения [-50..50]оС.
• Максимальный выходной ток - 20мА.
• Амплитуда выходного напряжения датчика, ~{-15..15}В.
Выходной сигнал датчика температуры ДТ19 представлен в виде импульсной последовательности. Частота выходных импульсов датчика пропорциональна измеряемой температуре.
Преобразование уровней выходного сигнала датчика температуры в логические уровни КМОП, совместимые с входными уровнями дискретных сигналов микроконтроллера, необходимо выполнить схемой триггера Шмитта, построенной на интегральном компараторе MAX920EUK.
Обработка измерительной информации и расчет значений температуры должны производиться микроконтроллером семейства AVRATmega8515L-8A.
Разрабатываемое устройство должно выполнять функцию мониторинга напряжения питания. При снижении напряжения питания до минимально допустимого для используемого микроконтроллера уровня, супервизор питания, выполненный на интегральной микросхеме MAX803_EXR-T, должен перевести микроконтроллер в состояние «СБРОС».
Рассчитанные значения температуры и информация о состоянии датчиков контроля давления в цифровом виде должны передаваться в персональный компьютер по последовательному каналу связи RS-232. Согласование выходных логических уровней микроконтроллера с уровнями напряжений сигнала RS-232 необходимо произвести с помощью интерфейса MAX3232CWE.
При разработке принципиальной электрической схемы необходимо опираться на информацию, полученную из технической документации, предоставляемой производителями указанных электронных компонентов. Следует опираться на рекомендуемые схемы включения интегральных микросхем, правильно подобрать требуемые пассивные компоненты обвязки используемых микросхем.
В работе необходимо составить алгоритм работы управляющей программы микроконтроллера. При этом при обработке измерительной информации необходимо стараться максимально использовать встроенную периферию микроконтроллера (таймеры, последовательный порт, систему прерываний и т.д.).
Разработку управляющей программы, согласносоставленного алгоритма, следует выполнить на языке программирования Ассемблер в среде разработки «AVRStudio 4».
Исходный текст управляющей программы следует разместить в приложении к Записке. Все используемые программные решения должны быть прокомментированы.

 
1 Описание работы устройства по функциональной схеме

Функциональная схема системы сбора данных представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Функциональная схема системы сбора данных

Выходной сигнал первичного преобразователя – датчика температуры (ДТ) поступает на вход микропроцессорной измерительной системы через разъем Х1.
Выходной сигнал датчика температуры ДТ представлен в виде импульсной последовательности. Частота выходных импульсов датчика пропорциональна измеряемой температуре.
Преобразование уровней выходного сигнала датчика температур