Thiết bị ngoại vi & Kỹ thuật ghép nối - Chương 6

Tài liệu tham khảo bài giảng môn học Thiết bị ngoại vi & Kỹ thuật ghép nối - Mở đầu (Peripherals & Interfacing Technique)do Bùi Quốc Anh biên soạn - Chương 6 analog interfacing
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết bị ngoại vi & Kỹ thuật ghép nối - Chương 6 ch 6. analog interfacingIn this Chapter:• Analog Signal Interface Overview• Analog Electronics - Conditioner• Digital to Analog Converters• Analog to Digital Converters• DAS - SCADA - DCS/QCSCh6 Analog 1 6.1. analog signal interface overview:• Lµ hµm cña 1 (hoÆc nhiÒu) biÕn ®éc lËp, ®¹i l−îng vËt lý theo thêi gian: nh− tiÕng nãi, nhiÖt ®é... theo thêi gian: A=f(t,h)• XuÊt hiÖn liªn tôc trong kho¶ng thêi gian t0 - t1• Gi¸ trÞ biÕn thiªn liªn tôc trong kho¶ng biªn ®é tõ A0 ®Õn A1 , cãCh6 Analog ®a trÞ. 2 thÓ 6.1. analog signal interface overview:• Trong thùc tÕ: Rêi r¹c hãa• Trong M¸y tÝnh sè, th«ng tin thu vÒ : • Rêi r¹c vÒ thêi gian • Rêi r¹c vÒ gi¸ trÞ• => ®Ó m¸y tÝnh thu thËp, cÇn ph¶i rêi r¹c hãa c¸ctÝn hiÖu vÒ thêi gian vµ gi¸ trÞ, dïng thiÕt bÞ chuyÓn®æi ADC t¹o ra c¸c tÝn hiÖu sè, ®Ó: • Xö lý, cÊt vµo kho sè liÖu • TruyÒn göi ®i xa • T¸i t¹o l¹i hay tæng hîp tÝn hiÖu: dïng thiÕt bÞ DAC t¹o l¹i c¸c tÝn hiÖu analog.Ch6 Analog 3 H×nh 6.02a. M« h×nh ghÐp nèi tÝn hiÖu analogCh6 Analog 4 H×nh 6.02-b. M« h×nh HÖ §o l−êng - §iÒu khiÓn sèCh6 Analog 5• Process: – Là các quá trình công nghệ như: dây chuyền xeo giấy; phối-trộn-nghiền-nung clinker => sản xuất cement; dây chuyền luyện-nung-cán thép, sản xuất-trộn phân bón NPK, các nhà máy phát điện...• Sensors: – Là vật liệu/thiết bị dùng để chuyển đổi các đại lượng vật lý không điện (T, RH, p, L, v, a, F, pH, F,..) thành tín hiệu điện (u, i, R, f) – Vật liệu: do đặc tính tự nhiên của vật chất – ví dụ RTD Pt100, cặp nhiệt điện, piazo (titanate-bary), tenzometric – Thiết bị: có sự gia công/chế tác – ví dụ LM135 precision temperature sensor, bán dẫn• Conditioners: – Vì tín hiệu từ sensors thường rất nhỏ, có nhiễu và phi tuyến => có mạch điện tử analog để xử lý tín hiệu: khuếch đại, lọc nhiễu, bù phi tuyến... cho phù hợp.Ch6 Analog 6• MUX: analog multiplexer – bộ dồn kênh – Inputs: n bit chọn kênh, có 2n kênh số đo analog, đánh số từ 0..2n-1; – Output: 1 kênh chung thông với 1 trong số 2n inputs và duy nhất; – Như vậy chỉ cần 1 hệ VXL/MT và ADC vẫn thu thập được nhiều điểm đo công nghệ• Trích mẫu và giữ - Sample & Hold: – Dùng để trích mẫu của t/h khi có xung sample (100s ns.. vài us) và giữ nguyên giá trị của t/h trong khoảng thời gian lâu hơn để ADC chuyển đổi được ổn định; – Chỉ dùng trong các trường hợp tín hiệu biến thiên nhanh tương đối so với thời gian c/đ của ADC; – Nâng cao độ chính xác và tần số của th. Ch6 Analog 7• ADC: analog to digital convertor: – Rời rạc hóa t/h về thời gian và số hóa t/h – lượng tử hóa – Có nhiều phương pháp/tốc độ/địa chỉ ứng dụng của chuyển đổi• Central system: hệ nhúng/MT: – CPU, mem, bus, IO port, CSDL, net; – thu thập và xử lý số đo.• DAC: digital to analog convertor – Biến đổi tín hiệu số => liên tục về tg nhưng vẫn rời rạc về gt; – Nhiều loại: số bit/1 hay 2 dấu/tốc độ...Ch6 Analog 8• Mạch điện tử analog: – Có nhiều kiểu chức năng tùy thuộc ứng dụng: • Lọc – tái tạo, tổng hợp âm thanh; • Khuếch đại để đến các cơ cấu chấp hành; • Cách ly quang học đề ghép nối với các thiết bị công suất lớn (motor, breaker, ...)• Actuators: các cơ cấu chấp hành – Là 1 lớp các thiết bị để tác đọng động trở lại dây chuyền công nghệ; – Cơ học: motor (3 phase Sync/Async, single phase, dc, step) như robot, printer’s motor, FDC/HDC motors... – Điều khiển dòng năng lượng điện: SCR (thyristor), Triac, Power MOSFET, IGBT... – Điều khiển dòng chất lỏng/khí/gas: valves (percentage, ON/OFF valves)Ch6 Analog 9 H. 6.2c. Mô hình hệ DCSCh6 Analog 10 H. 5.02d. Mô hình hệ SCADACh6 Analog 11 6.2. analog electronics:• Operational Amplifiers - OpAmps - KhuÕch ®¹ithuËt to¸n ®Ó t¹o c¸c bé conditioners – chuÈn hãatÝn hiÖu• Analog Switches & Analog Multiplexers• Reference Voltage Sourcers - nguån ¸p chuÈn• Sample & Hold - trÝch mÉu vµ gi÷• Converssion Errors - Sai sè chuyÓn ®æi• ...Ch6 Analog 12 6.2. analog electronics: 6.2.1. Opamp• Lµ vi m¹ch khuÕch ®¹i, nèigalvanic, xö lý th tõ 0Hz.• TÝn hiÖu gåm: • 2 ch©n tÝn h ...