Обоснуйте преимущества построения интеллектуальных датчиков на базе микроконтроллеров

Разработка интеллектуальных датчиков связана с необходимостью получения измерительной информации в информационно-измерительных системах, работающих в условиях неопределенности. Интеллектуальный датчик должен иметь возможность работы в комплекте с любой информационно-измерительной системой для соответст-вующих предметных областей. Для этого должна быть конструктивная, ме-тодическая, алгоритмическая, технологическая, информационная и метро-логическая совместимость. Задачи проектирования и требования, которые предъявляются к изме-рительным датчикам, следующие:

1. Проектирование измерительных датчиков с возможностью переда-чи информации для большого числа измерительных каналов, т.е. в датчи-ках предусмотреть систему измерительных преобразователей.

2. Длительный период безотказной работы.

3. Устойчивость к воздействию дестабилизирующих факторов: тем-пературы окружающей среды, влажности, шероховатости поверхности ис-следуемых материалов, контактному термосопротивлению в области кон-такта датчика и исследуемого материала.

4. Стабильность и воспроизводимость выходных параметров при ис-следованиях в конкретной предметной области.

5. Достоверность результатов измерения и допустимая для конкрет-ных предметной области и метода измерения погрешность.

6. Обеспечение метрологических характеристик, указанных в атте-стационной документации при соответствующей поверке.

Задачи интеллектуализации измерительных датчиков заключаются в реализации следующих интеллектуальных функций:

1. Применение методов искусственного интеллекта, информационных технологий при разработке интеллектуальных датчиков, получение измерительной информации в которых осуществляется в условиях неопределенности.

2. Возможность самоповерки, заложенной в алгоритмическом обеспечении ИД, коррекция выходной информации с датчиков при воздействии дестабилизирующих факторов.

3. Универсальность интеллектуальных датчиков, которая создается благодаря формированию базы знаний для конкретной предметной области с использованием микроконтроллера и разработке конструкции датчика, позволяющей использовать набор измерительных ячеек датчиков и осуществлять выбор измерительной ячейки в соответствии с функциональным назначением ИД и методом измерения определяемых параметров.

4. Осуществление интеллектуальной процедуры оптимизации режимно-энергетических параметров измерений и контроля свойств исследуемых материалов в условиях неопределенности.

5. Разработка программного обеспечения измерительных датчиков,включающее программирование применяемых методов измерения, алгоритмов, измерительных процедур, методов метрологического анализа, которое прошивается в память микроконтроллера ИД.

6. Реализация интеллектуальной процедуры контроля исходного состояния измерительного датчика, т.е. контроля параметров первичных из мерительных преобразователей (ПИП), например термопар при контроле теплофизических свойств материалов, сопротивления нагревательных элементов, «нуля» на выходе операционных усилителей, применяемых при сигналах микровольтового уровня из ПИП. Контроль осуществляется по соответствующим значениям, заложенным в систему допускового контроля, программным способом.

7. Увеличение эксплуатационного и метрологического ресурсов интеллектуальных датчиков предлагается увеличить за счет разработки оригинальных надежных конструкций датчиков, позволяющих исключить механическое повреждение, например, первичных измерительных преобразователей, нагревательных элементов и подложки в измерительном зонде при контроле теплофизических свойств материалов. Кроме того, необходимо применять высокостабильные радиоэлементы в измерительных цепях датчика с малым коэффициентом старения и высокой устойчивостью к воздействию дестабилизирующих факторов.

Таким образом, исходя из задач проектирования ИД, учета требований, предъявляемым к интеллектуальным датчикам и задач интеллектуализации, в структуру интеллектуального датчика входят следующие блоки и устройства: система измерительных преобразователей, микроконтроллер (МК), блок усилителей (БУ) и устройство, реализующее алгоритм функционирования и управления проводимыми измерениями (УРАФиУ).

Структурная схема интеллектуального датчика приведена на рис. 2.3.

Схема измерительных преобразователей формируется в соответствии с назначением ИИС. Например, для контроля теплофизических свойств материалов в СИП используются термопары. Тип усилителей, коэффициенты усилений в блоке усилителей выбираются в процессе измерений программным способом, используя информацию из базы знаний. Выбор алгоритма функционирования датчика и управление проводимыми измерениями осуществляется с помощью блока принятия решений на основе априорной информации, хранящейся в базе знаний, текущей информации, поступающей изСИП, а также от пользователя и эксперта.

Интеллектуальные процедуры, которые реализуются вИД, служат основой для оперативного контроля и измерения определяемых параметров в ИИИС, повышения точности и достоверности результатов измерения.

31 80) Для униполярных ШД могут использоваться следующие способы управления: шаговый режим, полушаговый, программное управление током каждой обмотки для обеспечения управления шагом.

Получение требуемой угловой скорости ротора обеспечивается за счет изменения времени коммутации обмоток.

На базе контроллера легко организовать управление обмотками, однако должны быть предусмотрены силовые ключи рассчитанные на преобразование тока в зависимости от мощности они могут быть выполнены на дискретных элементах (полевые и биполярные транзисторы)

Постановка задачи управления: 1) при вкл. питания система должна включить исходное состояние обмоток (F1- вкл., остальные выкл.), скорость движения при нажатых ключах S3, S4 должна быть = 1800 шаг/сек.

Программа должна управлять состоянием обмоток в зависимости от текущего состояния сигнала управления кнопок S1-S4, можно выделить 5 состояний управляющей программы: реализация шага вправо, состояние движения вправо, шаг влево, движение влево, стоп.

S1	S2	S3	S4	статус
				State St State St State St State St	Обмотки неперем./проверить флаг S1 Установить флаг нажатия S1