Міністерствоосвіти і науки України
Вінницький національнийтехнічний університет
Інститутавтоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління
Факультетфункціональної електроніки та лазерної технікиКафедра МПА
СИСТЕМАДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ СКЛАДУ ВИХЛОПНИХ ГАЗІВ АВТОМОБІЛІВ
Пояснювальназаписка
до курсовогопроекту з дисципліни
“Інформаційно-вимірювальнісистеми”
за спеціальністю
6.091302“Метрологія та вимірювальна техніка”
08 – 03.ІВС.005.00.000ПЗ
Керівниккурсового проекту
к.т.н., доц.Кулаков П.І.
”___”____________2010р.
ВінницяВНТУ 2010
Зміст
Анотація
Вступ
1. Технічне обґрунтування варіанту реалізації
1.1 Вплив вихлопних газів автотранспорту на екосистемута наслідки їх тривалої дії
1.2 Склад вихлопних газів теплових двигунів
1.3 Нормування шкідливих викидів двигунамитранспортних засобів
1.4 Існуючі види газоаналізаторів
2. Розробка структурної схеми
2.1 Вибір оптимального варіанту структурної схеми
2.2 Оптимальний варіант структурної схеми
3. Розробка електричної принципової схеми системи длявизначення складу вихлопних газів автомобілів
3.1 Вибір мікроконтролера
3.2 Інтерфейс RS-485
3.3 Вибір джерела опорної напруги
3.5 Кисневий датчик А-01
4. Електричні розрахунки
5. Розрахунок похибки вимірювання
Висновки
Перелік посилань
Анотація
УДК. 621.38
Система для визначенняскладу вихлопних газів автомобілів. Курсовий проект.
ВНТУ, 2010, Українськамова; сторінок; додатки.
В цьому курсовомупроекті розроблена система для визначення складу вихлопних газів автомобілів.Проведено аналіз необхідних технічних параметрів системи, що проектується,здійснено огляд можливих варіантів вирішення задачі, та вибрано найкращийпринцип роботи автоматизованої системи на базі мікроконтролера фірми Atmel серії ATМеga48. Також у курсовомупроекті розроблена електрична і структурна схема системи, проведені розрахункиосновних її елементів, розраховані похибки.
В додаткахнаведена електрична принципова схема і перелік елементів.
Вступ
Атмосфера — цегазоподібна оболонка Землі. Наявність атмосфери — одна з найголовніших умовжиття на планеті. Без їжі людина може обходитися місяць, без води — тиждень, абез повітря не проживе й кількох хвилин.
Основнимизабруднювачами атмосфери є різні гази, газоподібні речовини, аерозолі, пил, яківикидаються в атмосферу об’єктами енергетики, промисловості й транспорту. Насьогоднішній день довкілля забруднюють більше ніж 7 тис. хімічних сполук, що виділяютьсяв процесі промислового виробництва, багато з яких – токсичні, мутагенні таканцерогенні.
До найпоширенішихі найнебезпечніших забруднювачів повітря належать оксиди нітрогену, оксидикарбону та бензол. Щорічно, в результаті згоряння палива в атмосферу планетивикидається приблизно 22 млрд. т діоксиду карбону, транспортні перевезення (восновному автомобілі) є причиною 40 % забруднень атмосфери великих міст.
Становищепогіршується ще й тим, що автомобільні викиди концентруються в приземному шаріповітря — саме в зоні нашого дихання. Тому питання забруднення атмосфериоксидами нітрогену та карбону і методи зменшення цього забруднення є доситьактуальними в наш час. Розробляється велика кількість методів для очищенняповітря від забрудників — як простих та дешевих, так і складних та дорогих, аледосконалих. Метод зменшення забруднення атмосфери залежить від джерела викидута впливу забруднюючої речовини на земну літо-, гідро-, атмо-, біосферу талюдину.
Тому метоюкурсового проекту є розробка системи для вимірювання складу вихлопних газівавтомобілів. Розроблена система буде мати високу швидкодію, зручна увикористанні і матиме низьку собівартість.
1Технічне обґрунтування варіанту реалізації системи для визначення складувихлопних газів автомобілів
Дослідитизабруднення атмосфери пересувними джерелами, охарактеризувати забруднюючі речовин,які є складовими вихлопних газів, провести огляд методів виявлення в повітрішкідливих речовин.
Визначитикількість шкідливих речовин в середовищі, яка не буде шкодити живим організмам.Також встановити ступінь небезпечності речовини, і її допустима концентрація.
Концентрація –хімічні сполуки які припадають на одиницю маси або об’єму тіла навколишньогосередовища. За допомогою концентрації можна визначити хімічний, фізичний таіншій вплив речовин на навколишнє середовище. А також досягти допустимоїконцентрації коли вплив шкідливих речовин на атмосферу буде мінімальним.
1.1 Впливвихлопних газів автотранспорту на екосистему та наслідки їх тривалої дії
Темпиросту міст, особливо великих і найбільших, значні. Вони нерідко зливаютьсятериторіально, утворюючи урбанізовані зони, що характеризуються високоюконцентрацією всіх їхніх складових – населення, промисловості, транспорту,забудови [9].
Слідзазначити, що в умовах міста зростає несприятливий вплив середовища на людину.
Узагальному випадку комфортність середовища існування визначається природно-кліматичнимиумовами регіону. На сукупність регіональних природно — кліматичних умов у межахурбанізованих територій значний вплив здійснює мезокліматичний ефектурбанізації. Мезоклімат визначається як сукупність стійких особливостей клімату,обумовлених характерними її рисами місцевого (у даному випадку міського)ландшафту.
Мезокліматичнийефект урбанізації обумовлюється визначеними фізичними процесами, серед якихцентральне місце займає формування димового і пилового куполу — теплоуловлюючої«сорочки», що складається із шару повітря з включеннями різних аерозолей.
Димопиловийкупол формується як єдине ціле з запірним шаром повітря, що створює замкнутуциркуляцію в межах контуру урбанізованої зони на висоту порядку декількохсотень метрів (нижній край шару знаходиться на висоті 100—150 м від рівняземлі). У центрі купола потоки спрямовані нагору, а потім радіально розходятьсядо периферії, де на відстані 15—З0 км від центра горизонтальні потокипереходять у спадні, і поблизу поверхні землі знову направляються до центру [2].
Наявністьдимопилового куполу викликає парниковий ефект, обумовлений високимиконцентраціями водяних парів і вуглекислого газу. Підвищення температурипідкупольного простору викликане парниковим ефектом, збільшується завдякитеплонадходженням від штучних джерел, у тому числі від автотранспорту. Урезультаті цього в приземному шарі повітря спостерігається стійке підвищеннятемператури, що є одним з основних ефектів мезоклімату урбанізованихмісцевостей.
Заслуговуєна увагу і такий ефект мезоклімату, як зміна інтенсивності сонячної радіаціївнаслідок зміни оптичних властивостей приземного шару повітря.
Мезокліматичнийефект урбанізації позначається також на режимі аерації територій. Як результатвідбувається зміна рози вітрів.
Іяк остаточний підсумок, загальний мезокліматичний ефект урбанізації виражаєтьсяв зміні таких природно — кліматичних характеристик, як температура, вологістьповітря, сонячна радіація, швидкість і напрямок вітру.
Підвищенаконцентрація автомобілів на обмежених територіях призводить до переходукількісних змін впливу автомобільного транспорту на середовище в якісні. Так,забруднення автотранспортом атмосферного повітря в урбанізованих зонах злокального, тобто виникаючого навколо окремих джерел забруднення, з ростомавтомобілізації перетворюється в дифузійне (загальне) забруднення, при якомурозсіювання вихлопних газів, що дозволяє зменшити концентрацію шкідливихречовин у повітрі, призводить тільки до нагромадження загального забрудненняповітряного басейну міста під димопиловим куполом [3].
Вносячисвою частку у формування димопилового куполу та інші фізичні процеси, щоВизначають мезокліматичний ефект урбанізованих зон, автотранспорт робить іінший вплив на складові міського середовищі [7].
Забрудненняатмосферного повітря значно впливає на будинки і спорудження міст, наноситьнепоправної шкоди пам'ятникам культури, прискорюючи їхнє старіння. Забрудненеповітря викликає посилену корозію металів, безжалісно знищує позолотьінтер'єрів музеїв, древні фрески.
Основнимиштучними джерелами забруднення довкілля, що виникають в результаті діяльностілюдини, є об'єкти транспорту, промисловості, енергетики, сільського такомунального господарств. Переважаючим серед цих джерел є саме транспорт.
Вплив транспортуна екосистеми полягає у:
— забруднені атмосфери, водних об'єктів і земель, зміні хімічного складугрунтів і мікрофлори, утворенні виробничих відходів, шлаків, замазучуваннягрунтів, котельних шлаків, золи і сміття. Забруднюючі речовини, окрімшкідливого впливу на живу природу, негативно впливають на створені людиноюсистеми — особливо на будівельні матеріали, історичні архітектурні і скульптурніпам'ятники і інші витвори мистецтва, викликають корозію металів, псуванняшкіряних і текстильних виробів;
— споживанні природних ресурсів — атмосферного повітря, яке необхідне дляперебігу робочих процесів в ДВЗ транспортних засобів, нафтопродуктів іприродного газу, які є паливом для ДВС, води для систем охолодження ДВЗ і мийкитранспортних засобів, виробничих і побутових потреб підприємств транспорту,земельних ресурсів, відчужених під будівництво автомобільних доріг і залізниць,аеродромів, трубопроводів, річкових і морських портів і інших об'єктівІнфраструктури транспорту;
— виділенні теплоти в довкілля під час роботи ДВЗ і установок, в якихспалюють паливо в транспортних виробництвах;
— створенні високих рівнів шуму і вібрації;
— можливості активації несприятливих природних процесів таких як воднаерозія, заболочення місцевості, утворення сельових потоків, зсувів і обвалів;
— травмуванні та загибелі людей, тварин, нанесення великих матеріальнихзбитків внаслідок аварій і катастроф;
— порушенні грунтово-рослинного покрову і зменшенні врожайності сільськогосподарськихкультур.
Забрудненняповітря транспортними засобами майже виключно пов'язано із споживанням енергіївидобувних палив. Згідно до європейської статистики за 2009 рік енерговитрати транспортусягали 29,8 % загального споживання енергії в Європейському Союзі (ЄС). Цесумарно з промисловим споживанням енергії, що дорівнює третині загальногоспоживання енергії в ЄС.
Автомобільнийтранспорт є однією з галузей, що в значній мірі визначає розвиток промисловостіі сільського господарства будь-якої країни. Тому світовий парк автотранспортнихзасобів безперервно збільшується. Значну роль відіграє автомобільний транспортв економіці України. Автомобільним транспортом перевозиться понад 60 %пасажирів і більше половини обсягу вантажів. Якщо оцінювати внесокавтомобільного транспорту в загальне забруднення атмосферного повітря в Україні,то його частка за оксидом вуглецю становитиме 49 %, за вуглеводнями – 32 %, заоксидами азоту – 20 %. В багатьох містах України викиди автотранспортустановлять від 60 до 90 %.
Шкідливий впливавтомобільного транспорту на навколишнє середовище проявляється під час рухуавтомобілів, їх технічного обслуговування, а також в зв'язку з існуваннямінфраструктури, що забезпечує функціонування автомобільного транспорту.
Викидиавтотранспортних засобів складають біля 40 % всіх шкідливих речовин, щопотрапляють в атмосферу. Для ряду міст України (Київ, Львів, Чернівці, Полтавата інші) ця величина перевищує 70 %.
Незважаючи на значнезменшення шкідливих викидів, їх величина залишається значною і складає близько40 кг на кожного жителя України.
1.2 Складвихлопних газів теплових двигунів
Відпрацьованігази теплових двигунів є складною сумішшю, до складу якої входить більш 200компонентів. Однак різноманітність продукті вихлопу можна звести до декількохгруп, кожна з яких поєднує речовини, у тій чи іншій мірі подібні за характеромвпливу на організм людини або близькі за хімічною структурою і властивостями.
Відповіднодо класифікації Ю. Г. Фельдмана, до першої групи відносяться компонентинетоксичні: азот, кисень, водень, водяна пара і вуглекислий газ. До другої — оксид вуглецю (СО); до третьої – оксиди азоту, що включають оксид азоту (II)(N0) і оксид азоту (IV) (>Ю2). Сама численна четверта групаречовин складається з вуглеводнів, серед яких є представники всіх гомологічнихрядів: алкани, алкени, алкадієни, циклани, а також ароматичні сполуки. Доп'ятої групи компонентів ВГ відноситься суміш альдегідів: формальдегід, аліфатичніальдегіди й ароматичні альдегіди; до шостої – сажа, характерна для вихлопудизельних, газотурбінних і турбореактивних двигунів. Слід зазначити, що взалежності від якості палива і різних присадок, що додаються до палива, у ВГтеплових двигунів можуть міститися сполуки свинцю і сірки [1].
Ізскладного складу ВГ теплових двигунів найбільш небезпечними як атмосфернізабруднювачі є: оксид вуглецю (II), оксиди азоту, вуглеводні, альдегіди, атакож сполуки свинцю і сірки — первинні забруднювачі атмосфери. Вториннимизабруднювачами є фотооксиданти — продукти фотохімічних перетворень викидівавтотранспорту, а також аерозолі [2].
Говорячипро транспорт як джерело забруднення навколишнього середовища, необхідно такожзгадати і про шум, що виникає при його експлуатації.
1.3 Нормуванняшкідливих викидів двигунами транспортних засобів
Під час роботиавтомобільних двигунів внутрішнього згоряння джерелами викидів шкідливихречовин є:
а) відпрацьованігази;
б) картерні гази;
в) випаровуванняз системи живлення.
Нормування екологічнихпоказників автомобілів та їх двигунів проводиться на стадії виробництва і впроцесі експлуатації. На стадії виробництва (при схваленні типу автомобілів,перевірці відповідності серійної продукції та реєстрації) екологічні показникиневеликих автомобілів перевіряються при випробуванні транспортних засобів настендах тягових якостей, автомобілі великої вантажопідйомності тапасажиромісткості – при випробуванні їх двигунів на гальмівних стендах.
В процесіексплуатації перевірка відповідності шкідливих викидів нормам проводяться на транспортнихзасобах під час роботи двигунів в окремих режимах, що легко імітуються і єхарактерними для експлуатації.
В європейськихкраїнах випробування і нормування дорожніх транспортних засобів з точки зорувикидів забруднюючих речовин здійснюється згідно Правил ЄЕК ООН та Директив ЄС.
Правила ЄЕКвстановлюють технічну процедуру випробувань. В них не вказується дата введеннянорм викидів. Допустимі величини викидів і терміни їх введення вказані вДирективах ЕС і вони є обов'язковими для країн-членів ЄС.
В 2009 роцікерівними органами Європейського Союзу погоджено перспективні норми на 2010 рікі на 2015 рік. Ці норми відомі як "Євро-3" і "Євро-4".Величина їх і термін введення в дію для пасажирських автомобілів категорії М1 повноюмасою менше 2,5 т.
В дію вказанінорми введені Директивою 98/69/ЄС. Крім більш жорстких норм викидів останньоюДирективою внесені нові вимоги і до процесу випробування. При випробуванні заїздовим циклом відпрацьовані гази відбираються і протягом 40 с, коли двигунпрогрівається. В попередніх Правилах і Директивах відбір газів для аналізупочинався після 40 с циклу.
В Україні під часвиробництва нових автомобілів їх екологічні показники, поки що, оцінюють згідноприйнятих раніше галузевих стандартів.
В Україні, покищо, в експлуатації автомобілі з бензиновими двигунами з огляду шкідливихвикидів перевіряються за ГОСТ 17.2.2.03-87. Згідно цього стандартуперевіряється і обмежується вміст оксиду вуглецю і вуглеводнів в двох режимахроботи двигуна: мінімальної і підвищеної частот обертання холостого ходу.Підвищена частота десь на рівні 2000 хв — 0,8 номінальної частоти обертанняколінчастого вала. В режимі мінімальної частоти обертання вміст оксиду вуглецюне повинен перевищувати 1,5 %, вуглеводнів для автомобілів з двигунами, якімають до 4 циліндрів — 1200 млн'', з більшим числом циліндрів — 3000 млн-1. Врежимі підвищеної частоти обертання вміст оксиду вуглецю обмежується 2 %, вміствуглеводнів — 600 млн-1 для автомобілів, двигуни яких мають до 4 циліндрів та1000 млн«1 для автомобілів з більшим числом циліндрів
1.4 Оглядіснуючих видів газоаналізаторів
Газоаналізатор(рос. газоанализатор, англ. gas analyser, gas alarm, gas indicator, нім.Gasanalysator, Gasprüfer) — прилад для визначення якісного і кількісногоскладу сумішей газів. Робота газоаналізатора основана на вимірюванні фізичних,фізико-хімічних характеристик газової суміші або її окремих компонентів.
В даний часнайбільш поширені автоматичні газоаналізатори. За принципом дії вони можутьбути розділені на три основні групи:
а) прилади, діяяких заснована на фізичних методах аналізу, що включають допоміжні хімічніреакції. За допомогою таких газоаналізаторів визначають зміну об'єму або тискугазової суміші в результаті хімічних реакцій її окремих компонентів;
б) прилади, діяяких заснована на фізичних методах аналізу, що включають допоміжніфизико-хімічні процеси (термохімічні, електрохімічні, фотоколориметричні іін.). Термохімічні засновані на вимірі теплового ефекту реакції каталітичногоокислення (горіння) газу. Електрохімічні дозволяють визначати концентрацію газув суміші за значенням електричній провідності електроліту, що поглинув цей газ.Фотоколориметричні засновані на зміні кольору певних речовин, при їх реакції заналізованим компонентом газової суміші;
в) прилади, діяяких заснована на чисто фізичних методах аналізу (термокондуктометричні,термомагнітні, оптичні і ін.). Термокондуктометрчні засновані на вимірітеплопровідності газів. Термомагнітні газоаналізатори застосовують головнимчином для визначення концентрації кисню, що володіє великою магнітноюсприйнятливістю. Оптичні газоаналізатори засновані на вимірі оптичноїщільності, спектрів поглинання або спектрів випускання газової суміші.
Кожен із згаданихметодів має свої плюси і мінуси, опис яких займе немало часу і місце, івиходить за рамки даної статті. Виробниками газоаналізаторів в даний часвикористовуються практично всі з перерахованих методів газового аналізу, аленайбільшого поширення набули електрохімічні газоаналізатори, як найбільшдешеві, універсальні і прості. Мінуси даного методу: невисока вибірковість іточність виміру; недовгий термін служби чутливих елементів, схильних до впливуагресивних домішок.
Принцип дії фотоколориметричнихзаснований на зміні кольору певних речовин, при їх реакції з аналізованимкомпонентом газової суміші, застосовують головним чином для вимірумікроконцентрацій токсичних домішок в газових сумішах — сірководню, оксидівазоту і ін.
При цьому міроюконцентрації певного компоненту являється інтенсивність окраски утворенихпродуктів реакції. Газоаналізаторам такого типу властива досить високачутливість і вибірковість, що досягається вибором характерного хімічногореактиву, який використовується для виготовлення індикаторного засобу. Також щеоднією перевагою даного методу є те що на його основі можна створюватиуніверсальні конструкції, оскільки один і той же прилад з різними індикаторнимирозчинами може бути використаний для встановлення різноманітних шкідливихречовин.
За принципом діїдані газоаналізатори поділяються на рідинні, стрічкові, порошкові.
В рідиннихгазоаналізаторах реакція відбувається в розчині, а концентрацію компонента,який ми визначаємо вимірюють за світлопоглинанням розчину. Перевагоювикористання даних приладів є більш висока точність вимірювання і можливістьвикористання індикаторних розчинів, які мають в своєму складі концентрованікислоти. Однак в зв’язку з тим що вони мають велику кількість механічних приладів,які забезпечують перекачку і дозування рідини і газів їх конструкція є доситьскладною і громіздкою.
В автоматичнихгазоаналізаторах стрічкового типу хімічна реакція протікає на текстильній абопаперовій стрічці, яка була просочена відповідними реагентами. Про концентраціюпевної речовини судять із ослабленого світлового потоку, який відбивається відпевної області індикаторної стрічки.
В принцип роботипорошкового газоаналізатора покладений принцип багаторазового використанняокраски поверхні індикаторного порошку під дією газу або пари, якийаналізується. Він надійний в експлуатації, досить простий і може бутивикористаний в системах автоматичного газового аналізу.
Електрохімічнігазоаналізатори. Електрохімічні дозволяють визначати концентрацію газу всуміші за значенням електричній провідності електроліту, що поглинув цей газ.Фотоколориметричні засновані на зміні кольору певних речовин, при їх реакції заналізованим компонентом газової суміші.
Електрохімічнігазоаналізатори найбільшого поширення набули електрохімічні газоаналізатори, якнайбільш дешеві, універсальні і прості. Мінуси даного методу: невисокавибірковість і точність виміру; недовгий термін служби чутливих елементів,схильних до впливу агресивних домішок
Електрохімічніметоди газового аналізу отримали широке використання для визначенняконцентрації різноманітних компонентів в лабораторних і в промислових умовах.
Велике визнанняотримав хроматографічний метод, який базується на використанні властивостейрозподілу складних сумішей на хроматографічній колонці (за фізико-хімічнимивластивостями), яка заповнюється сорбентом.
Лазернийгазоаналізатор використовує особливості поглинання метаном випромінювання придовжині хвилі, що співпадає з однією з довжин хвиль спектра випромінюванняметану.
Термохімічнігазоаналізатори застосовуються для аналізу горючих компонентів газової суміші.З їхньою допомогою визначають більш 100 найменувань горючих газів, пар і їхніхсумішей.
Роботатермомагнітних газоаналізаторів заснована на русі в неоднорідному магнітномуполі при наявності температурного градієнта парамагнітних часток — молекулкисню й оксидів азоту. Це явище називається термомагнітною конвекцією. Змінитемператури, тиску і витрати аналізованої газової суміші можуть впливати нарезультати виміру.
Ухемілюмінесцентних газоаналізаторах використовується залежність інтенсивностілюмінесцентного випромінювання, що виникає в результаті хімічної реакціїаналізованого компонента з реагентом, від концентрації цього компонента.Застосовуються для виміру дуже малих концентрацій ПРО3, N0х і інших речовин.
Увольтамперометричних газоаналізаторах значення струму в електродному ланцюзізалежить від вмісту деполяризуючого компонента, наприклад, кисню, у лужномугальванічному елементі.
У кулонометричнихгазоаналізаторах вміст аналізованого компонента визначається за кількістюелектрики, витраченої при електролізі речовини, що вступає в реакцію заналізованим. Значення струму, при якому забезпечується нейтралізація розчину заналізованим компонентом, і служить величиною концентрації цього компонента.
Доелектрохімічного може бути віднесений і плазменно-іонізаційний газоаналізатор,у якому концентрація аналізованого комплексу визначається за іонізаційнимструмом, що утвориться у водневому полум'ї внаслідок іонізації молекулорганічних сполук.
Хроматографивідносяться до аналізаторів, що можуть проводити одночасно якісний і кількіснийаналіз газоподібних і рідких середовищ. Принцип дії заснований на поділігазових сумішей на окремі компоненти при русі уздовж поверхні сорбенту,наступної ідентифікації компонентів і визначення їхнього вмісту в суміші. Цейметод може бути використаний для визначення вмісту будь-яких газів зконцентрацією до 10-5–10-6 %. Хроматографи — прилади періодичної дії з часоманалізу 10—20 хвилин.
2 Розробкаструктурної схеми системи вимірювального контролю вологості та температури втеплицях
2.1 Вибіроптимального варіанту структурної схеми
Розглянемотри варіанта структурних схем та порівняємо їх між собою за визначенимикритеріями, дамо коротку характеристику кожній із них та виберемо оптимальнуструктурну схему. На основі вибраної системи і буде розробленоінформаційно-вимірювальну систему. При виборі найкращої структурної схемибудемо враховувати такі характеристики кожної з них як собівартість, швидкодію,надійність, простоту реалізації, габаритність та точність. Розглянемо першуструктурну схему, яка приведена на рисунку 2.1.
/>
Рисунок2.1 – Перший варіант реалізації структурної схеми системи для визначення складувихлопних газів автомобілів
Позначенняна схемі:
V//>– датчик концентрації, якийвикористовується для визначення концентрації вихлопних газів автомобілів;
МХ –мультиплексор;
/> – аналого-цифровийперетворювач;
MCU –мікроконтролер;
РС – персональнийкомп’ютер.
RS485 – приладякий призначений для перетворення інтерфейсу з USART в RS485;
Принципроботи наведеної схеми полягає в тому що вимірювана величина вимірюється іперетворюється в аналоговий сигнал за допомогою спеціального датчика вихіднийсигнал датчика поступає на мультиплексор. Далі з мультиплексора інформаціяпотрапляє на АЦП, де перетворюється з аналогового сигналу в цифровий код. Інформаціюз АЦП отримує мікроконтролер і за допомогою інтерфейсу обміну даних передаєтьсяна ПК.
Ця схемахарактеризується високою швидкодію, малою габаритністю системи, значна частинавартості системи припадає на вартість первинних датчиків.
Другаструктурна схема має наступний вигляд (рисунок 2.2).
/>
Рисунок 2.2 –Другий варіант реалізації структурної схеми системи для визначення складувихлопних газів автомобілів
Позначенняна схемі:
ПВП — первиннийвимірювальний перетворювач;
ВВП — вториннийвимірювальний перетворювач;
/> - аналого-цифровий перетворювач, якийперетворює аналогову величину у цифровий код.
MCU –мікроконтролер;
РС – персональнийкомп’ютер.
RS485 – інтерфейс.
Принцип дії цієїсистеми аналогічний попередній але в ції схемі перетворений сигнал з кожного вимірювальногоканалу безпосередньо подається на відповідний окремий АЦП. З АЦП вимірювальнаінформація знімається мікроконтролером і за допомогою інтерфейсу передається наПК.
Ця система маєвисоку швидкодію, але в той же час підвищується її собівартість через те що вданій схемі використовується велика кількість АЦП.
Третя структурна схема приведена на рисунку2.3.
/>
Рисунок 2.3 – Третій варіант реалізаціїструктурної схеми системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів
Позначення насхемі:
ПВП – первиннийвимірювальний перетворювач.
ВВП – вториннийвимірювальний перетворювач.
/> МХ – мультиплексор;
– аналого-цифровийперетворювач;
MCU –мікроконтролер;
РС – персональнийкомп’ютер;
USART/RS485 –прилад який призначений для перетворення інтерфейсу з USART в RS485;
Принципдії цієї схеми полягає в тому, що на вхід первинного перетворювача поступаєконцентрація вимірюваної речовини, яка перетворюється в ємність, після чоговторинний перетворювач перетворює ємність у напругу, яка поступає намультиплексор. З мультиплексора інформація подається на АЦП, де перетворюєтьсяз аналогового сигналу в цифровий код. Інформація з АЦП знімаєтьсямікроконтролером і за допомогою інтерфейсу обміну даних передається на ПК.
Ця схемадосягає високої точності у вимірюваннях, але має великі габарити та невисокушвидкодію.
Для того, щоб порівняти вище наведеніструктурні схеми занесемо основні параметри системи до таблиці і порівняємо(таблицю 2.1).
Таблиця 2.1 –Порівняння структурних схемПараметр І II ІІI Ідеальна система Собівартість 1 1 Швидкодія 1 1 1 Надійність 1 1 1 Простота реалізації 1 1 Габаритність 1 1 1 Точність 1 1 1
Σ Еі 5 2 3 6
/> 0,83 0,33 0,50 1
Узагальнений коефіцієнт якості знайдемо занаступною формулою:
/> . (2.1)
Коефіцієнт якостіпершої схеми:
/>.
Коефіцієнт якостідругої схеми:
/>.
Коефіцієнт якостітретьої схеми:
/>.
Отже, критерійякості першої схеми більший, ніж для інших структурних схем. Тому з цих розрахунківможна зробити висновок, що для поставленої нами задачі найкраще нам підходитьструктурна схема, представлена на рисунку 2.1.
Ми отрималиоптимальний варіант структурної схеми. Використаємо цю схему для побудови електричноїпринципової схеми системи, що розробляється [4].
2.2 Оптимальнийваріант структурної схеми
На основі дослідженьпроведених у попередньому пункті даного курсового проекту зроблено висновок, щонаша система буде розроблятися за такою схемою як зображена на рисунку 2.3.Система побудована за такою схемою матиме найкращі технічні характеристики та задовольнятиметехнічним вимогам поставленим в завданні (рисунок 2.4).
/>
Рисунок 2.4 – Структурноасхема системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів
Розглянемодетальніше переваги і робота системи для визначення складу вихлопних газівавтомобілів.
V//>– датчик концентрації, якийвикористовується для визначення концентрації вихлопних газів автомобілів;
/>МХ – мультиплексор;
–аналого-цифровий перетворювач;
MCU –мікроконтролер;
РС – персональнийкомп’ютер.
RS485 – приладякий призначений для перетворення інтерфейсу з USART в RS485;
Принципроботи наведеної схеми полягає в тому що вимірювана велечина вимірюється іперетворюється в аналоговий сигнал за допомогою спеціального датчика вихіднийсигнал датчика поступає на мультиплексор.
Далі з мультиплексораінформація потрапляє на АЦП, де перетворюється з аналогового сигналу в цифровийкод. Інформацію з АЦП отримує мікроконтролер і за допомогою інтерфейсу обмінуданих передається на ПК.
Першою перевагоюданої реалізації системи це є її проста конструкція яка дозволяє не затрачуватибагато конструкторських зусиль, але недоліком є те що потрібно більш складнепрограмне забезпечення для мікроконтролера яке складне і вимагає більшої праціі затраченого часу програмістів. Так як дана схема має малу кількістькомплектуючих деталей вона є більш завадостійкою ніж будь-яка з розглянутихсхем і тому має вищу точність і надійність у роботі. І так самоенергоспоживання даної схеми також більш низьке.
Тепер розглянемороботу системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів. Після того якдатчики для визначення концентрації вихлопних газів автомобілів підключені доживлення вони починають вимірювати концентрацію вихлопних газів в середовищі,де вони безпосередньо знаходяться і під дією зовнішніх факторів починаютьформувати аналоговий сигнал. Після того, як з персонального комп'ютера будеподаний запит про стан того чи іншого датчика, мікроконтролер подає сигналмультиплексору про підключення того чи іншого вимірювального каналу, даліаналоговий сигнал з будь-якого датчика подається на АЦП, де аналоговий сигналперетворюється в цифровий код і потім подається на мікроконтролер.Мікроконтролер обробляє ці дані і через блок гальванічної розв'язки передає наперетворювач інтерфейсів інформацію формату інтерфейсу USART, перетворювачміняє формат даних в зручну для порту RS – 485, яким обладнаний комп’ютер, вжепідготовлену кодову інформацію комп’ютер в свою чергу розшифровує її і подає взручній для оператора формі або на пристрої контролю, які можуть керуватипроцесом і надалі при будь-яких критичних ситуаціях.
3 Розробка електричноїпринципової схеми системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів
3.1 Вибірмікроконтролера
Оберемомікроконтролер для реалізації даної ІВС. Використаємо 8-розрядниймікроконтролер фірми Atmel серії ATMega48.
ATMega48 — низкьопотребуючі8-бітні мікроконтролери з AVR RISC архітектурою. Виконуючи команди за один цикл,ATMega48 досягають продуктивності 1 MIPS при частоті генератора, що задає 1МГц, що дозволяє розробнику досягти продуктивності.
AVR ядро об'єднуєвелику систему команд і 32 робочих регістра загального призначення. Усі 32регістра безпосередньо пов'язані з арифметико-логічним пристроєм (АЛУ), щодозволяє отримати доступ до двох незалежних регістрів при виконанні однієїкоманди. У результаті ця архітектура дозволяє забезпечити в десятки разівбільшу продуктивність, ніж стандартна CISC архітектура.
ATMega48 маютьнаступні характеристики: 4КБ внутрішньосистемної програмованої Flash пам'ятіпрограми, 256 байтну EEPROM пам'ять даних, 512 байтну SRAM, 23 лінії введення — виведення загального застосування, 32 робочих регістра загального призначення,три гнучких таймера / лічильника зі схемою порівняння, внутрішні та зовнішніджерела переривання, послідовний програмований USART, проводний інтерфейс, 6канальний АЦП (8 — канальний у приладів в TQFP і MFL корпусах), 4 із (6) каналівяких мають 10 — бітну розрядність, а 2 — 8 — бітну, програмований сторожовийтаймер з вбудованим генератором, SPI порт і п'ять програмно ініціалізіруємих режимівзниженого споживання. У режимі Idle зупиняється ядро, а SRAM, таймери /лічильники, SPI порт і система переривань продовжують функціонувати. УPower-down режимі вміст регістрів зберігається, але відключаються всі внутрішніфункції мікропроцесора до тих пір, поки не відбудеться
переривання абоапаратне скидання. У режимі Power-save асинхронні таймери продовжуютьфункціонувати, дозволяючи відраховувати тимчасові інтервали в той час, колимікропроцесор знаходиться в режимі сну. У режимі ADC Noise Reductionзупиняється обчислювальне ядро і всі модулі введення-виведення, за виняткомасинхронного таймера і самого АЦП, що дозволяє мінімізувати шуми протягомвиконання аналого-цифрового перетворення. У Standby режимі задає генераторпрацює, в той час як інша частина приладу не діє. Це дозволяє швидко зберегтиможливість швидкого запуску приладів при одночасному зниженні споживання.
Приладвиготовлений за високощільної енергонезалежній технології виготовлення пам'ятікомпанії Atmel. Вбудована ISP Flash дозволяє перепрограмувати пам'ять програмив системі через послідовний інтерфейс SPI програмою-завантажувачем, щовиконується в AVR ядрі, або звичайним програматором енергонезалежній пам'яті.Програма-завантажувач здатна завантажити дані з будь-якого інтерфейсу, що є умікроконтролера. Програма в завантажувальному секторі продовжує виконуватися,навіть при заванта-женні області пам'яті прикладної програми, забезпечуючиреальний режим „зчитування при запису“. Об'єднавши 8 — бітове RISKядро і самопрогра-муються усередині системи Flash пам'яттю корпорація Atmelзробила прилади ATMega48/ATMega88/ATMega168 потужними мікроконтролера, щозабезпечують більшу гнучкість і цінову ефективність широкому колу керуючихпристроїв.
ATMega48підтримується різними програмними засобами та інтегрова-ними засобами розробки,такими як компілятори C, макроассемблери, про-грамні відладчики / симулятори,внутрішньосхемного емулятори та ознайомчі набори.
AVR ядро об'єднує потужну систему команд з 32 8-розрядними регістрамизагального призначення і конвеєрне звернення до пам'яті програм.
Виконання відносних переходів і команд виклику реалізується з прямоюадресацією всього обсягу (4К) адресного простору. Адреси периферійних функціймістяться в просторі пам'яті вводу/виводу. Архітектура ефективно підтримує якмови високого рівня, так і програми на мовах асемблера.
Блок-схема мікроконтролера ATMage48 зображено на рисунку 3.1.
/>
Рисунок 3.1 — Блок-схема мікроконтролера ATMage48
Максимальне споживання приладів в активному режимі складає 3.0 мА і впасивному режимі 1.2 мА (при VCC =3 В і f = 4 МГЦ). В стоповому режимі,при працюючому сторожовому таймері, мікроконтролер споживає 15 мкА.
Об'єднання на одному кристалі вдосконаленого 8-розрядного RISC ЦПУ зFlash ПЗУ, яка завантажується дозволило фірмі створити потужний мікроконтролер,що забезпечує високу гнучкість і економічність в використанні приладу в якостівбудованого контролера.
Port B (PB5… PB0) 6-розрядний двонаправлений порт I/O із вбудованиминавантажувальними резисторами. Вихідні буфери забезпечують втікаючий струм 20мА. При використанні виводів порта в якості входів і установці зовнішнімсигналом в низький стан, струм буде витікати тільки при підключених вбудованихнавантажувальних резисторах. Порт B використовується також при реалізаціїрізноманітних спеціальних функцій.
Port C (PC5… PC0) 6-розрядний двунаправлений порт I/O із вбудо-ваниминавантажувальними резисторами. Вихідні буфери забезпечують втіка-ючий струм 20мА. При використанні виводів порта в якості входів і уста-новці зовнішнімсигналом в низький стан, струм буде витікати тільки при підключених вбудованихнавантажувальних резисторах. Входи порта використовуються також як аналоговівходи аналого-цифрового перетворювача.
Port D (PD7… PD0) 8-розрядний двунаправлений порт I/O із вбудованиминавантажувальними резисторами. При використанні виводів порта в якості входів іустановці зовнішнім сигналом в низький стан, струм буде витікати тільки припідключених вбудованих навантажувальних резисторах.
RESET Вхід скидання. Для виконання скидання необхідно утримувати низькийрівень на вході протягом двох машинних циклів.
XTAL1 Вхід інвертуючого підсилювача генератора і вхід схеми вбудованогогенератора тактової частоти.
XTAL2 Вихід інвертуючого підсилювача генератора.
AVCC Напруга живлення аналого-цифрового перетворювача. Виводипід’єднується до зовнішнього VCC через низькочастотний фільтр.
AREF Вхід аналогової напруги порівняння для аналого-цифровогоперетворювача. На цей вивід, для забезпечення роботи аналого-цифровогоперетворювача, подається напруга в діапазоні між AGND і AVCC.
AGND Цей вивід повинен бути під’єднаний до окремої аналогової землі, якщоплата оснащена нею. В іншому випадку вивід від’єднується до загальної землі.
Мікроконтролер ATMega48має такі технічні характеристики:
- діапазоннапруги живлення: — від 1.8 до 5.5 В;
- діапазонробочої частоти: — от 0 до 1 МГц
- класточності 0,05 [8].
Схема включення мікроконтролера зображено на рисунку 3.2.
/>
Рисунок 3.2 — Схема включення мікроконтролера
3.2 ІнтерфейсRS-485
Обмін інформацією між інформаційно — вимірювальною системою іперсональним комп’ютером здійснюється за допомогою інтерфейсу RS — 485.
При проектуванні системи на базі технічних засобів, слід враховувати рядважливих факторів: кількість передавачів і приймачів, швидкість передачі данихта відстань обіну даними. За допомогою інтерфейсу RS 485 можна передавати код,як в послідовному так і в паралельному форматі. У 99% випадків передача данихвідбувається у послідовному форматі.
Згідно стандарту на інтерфейси RS-485, драйвер інтерфейсу не повиненвиходити з ладу при закороченні будь-якого із сигнальних дротів на шинуживлення або на землю. Також згідно стандарту всі драйвери цих інтерфейсівповинні мати захист від перегріву і автоматично вимикатись при нагріві 150 0С.
Мережа,побудована на інтерфейсі RS-485, являє собою прийомопередавач з'єднаний задопомогою кручениої пари — двох скручених проводів. В основі інтерфейсу RS-485лежить принцип диференціальної (балансової) передачі даних. Суть його полягає впередачі одного сигналу по двох проводах. Причому по одному проводі (умовно A)йде оригінальний сигнал, а по іншому (умовно B) — його інверсна копія. Іншимисловами, якщо на одному проводі „1“, то на іншому „0“ інавпаки. Таким чином, між двома проводами крученої пари завжди є різницяпотенціалів: при „1“ вона позитивна, при „0“ — негативна.
Саме цієюрізницею потенціалів і передається сигнал. Такий спосіб передачі забезпечуєвисоку стійкість до синфазної перешкоди. Синфазною називають перешкоду, що дієна обох проводів лінії однаково.
Апаратнареалізація інтерфейсу — мікросхеми приймачів і передавачів з диференціальнимивходами/виходами (до лінії) і цифровими портами.
Отже длявикористовуваного в даному курсовому проекті інтерфейсу RS-485. Цифровий вихідприймача (RO) підключається до порту приймача UART (RX). Цифровий вхідпередавача (DІ) до порту передавача UART (TX). Оскільки на диференціальнійстороні приймач і передавач з'єднані, то під час прийому потрібно відключатипередавач, а під час передачі — приймач.
Для цього служатькеруючі входи — дозвіл приймача (RE) і дозволу передавача (DE). Тому що вхід REінверсний, то його можна з'єднати з DE і переключати приймач і передавач одним сигналомз будь-якого порту мікроконтролера. При рівні „0“ — робота на прийом,при „1“ — на передачу.
Приймач,одержуючи на диференціальних входах (AB) різниця потенціалів (UAB) переводитьїх у цифровий сигнал на виході RO. Чутливість приймача може бути різної, алегарантований граничний діапазон розпізнавання сигналу виробники мікросхемприемопередавачів пишуть у документації. Звичайно ці пороги складають ± 200 мв.Тобто, коли UAB > +200 мв — приймач визначає „1“, коли UAB
Якщо різницяпотенціалів у лінії настільки мала, що не виходить за граничні значення — правильне розпізнавання сигналу не гарантується. Крім того, у лінії можуть бутиі не синфазні перешкоди, що спотворять настільки слабкий сигнал.
Усі пристроїпідключаються до однієї крученої пари однаково: прямі виходи (A) до одногопроводу, інверсні (B) — до іншого. Вхідний опір приймача з боку лінії (RAB)звичайно складає 12 кОм, тому що потужність передавача не безмежна, це створюєобмеження на кількість приймачів, підключених до лінії. Відповідно до специфікаціїRS-485 з обліком
резисторів,передавач може вести до 32 приймачів. Однак є ряд мікросхем з підвищенимвхідним опором, що дозволяє підключити до лінії значно більше ніж 32 пристрої.
Максимальнашвидкість зв'язку по специфікації RS-485 може досягати 10 Мбіт/сек. Максимальнавідстань — 1200 м. Якщо необхідно організувати зв'язок на відстані більшому 1200 м або підключити більше пристроїв, чим допускає навантажувальна здатність передавача — застосовують спеціальні повторювачі (репитери).
Стандартніпараметри інтерфейсу RS-485
— припустимечисло передавачів / приймачів 10;
— максимальнадовжина кабелю 1200 м;
— максимальнашвидкість зв'язку 10 Мбіт/с;
— діапазон напруг»1" передавача +2...+10 В;
— діапазон напруг«0» передавача -2...-10 В;
— діапазонсинфазної напруги передавача -3...+3 В;
— припустимийдіапазон напруг приймача -7...+7 В;
— вхідний опірприймача 4 кОм;
На рисунку 3.3наведена функціональна схема інтерфейсу RS-485.
/>
Рисунок 3.3-Схема інтерфейсу RS-485
Мікроконтролер DD3має у своєму складі стандартний USART за допомогою, якого здійснюється обмінданими із зовнішнім пристроєм в послідовному форматі. Сигнал TхD (передачаданих) поступає на вхід мікросхеми на вхід інтерфейсу RS-485 (DD5) іперетворюється в несиметричний сигнал у форматі стандартного USART. Сигналстандартного USART, який має рівень від 0 до 5 В.
3.3 Вибір джерелаопорної напруги
Живлення всіхелементів має бути стабільним, щоб уникнути збоїв у роботі системи. Длязабезпечення високої стабільності використаємо джерело опорної напруги.Найкращими джерелами, які випускаються в теперішній час є: REF-02, AD586, МС7805,LM113, TL431. Одним з найкращих джерел опорної напруги є мікросхема МС7805.Схема підключення опорного джерела живлення />МС7805 показана на рисунку 3.4.
/>
Рисунок 3.4 –Схема включення джерела живлення
Джерело опорноїнапруги МС7805 має такі технічні характеристики:
- відхиленнянапруги від опорного значення: ± 0,02 % В;
- струмспоживання 2 μА;
- діапазонструму навантаження: від 0 до 10 mА;
- температурний коефіцієнтвихідної напруги: 10-5/ ºС .
3.4 Кисневий датчик А-01
Кисневі датчикидля автомобільних газоаналізаторів фірми IT працюють за добре відомим принципомгальванічних осередків, що дає споживачеві
достовірнийсигнал по парціальному тиску кисню в вимірювальної голівці.
Кисень проникаєкрізь синтетичну кіслородопроводящую мембрану в головці датчика і потімвідновлюється на поверхні катода. Цей процес відновлення генерує електричнийструм, прямо пропорційний парціальному тиску кисню перед датчиком.
Електрохімічнареакція, яка відбувається на поверхні катода, дуже складна. Спрощено, процесможе бути виражений наступним хімічним рівнянням:
O2 + 2 H2O + 4e-=> 4 OH-(1) .
Матеріал анода окислюєтьсядля забезпечення балансу електрохімічних реакцій осередку за формулою:
2 Pb => 2 Pb2+ + 4 e-(2) .
Повна хімічнареакція осередку:
2 Pb + O2 => 2PbO (3) .
При наявностікисню і коли анод і катод електрично з'єднані з провідником, має місцевідновний процес, і іони утворюють потік всередині датчика. Зовнішнійелектричний струм, потрібних для врівноваження потоку іонів, може бути вимірянана резисторі, послідовно з'єднаний з катодом і анодом, як показано на рис. (1).Відповідно до рівнянням (2), матеріал анода поступово споживається процесами,що відбуваються на аноді. Тому датчик має обмежений термін служби, якийзалежить від доступної маси матеріалу анода та ефективності катодного процесу.
Електрохімічнареакція, також як і процес дифузії кисню крізь мембрану, залежить відтемператури. У більшості практичних випадків потрібно отримувати температурно-незалежнийсигнал у всьому цьому температурному діапазоні. Для компенсації температурноїзалежності сигналу датчик забезпечений термісторним зв'язком, що має відповіднітемпературні характеристики.
Датчики серії Афірми IT спроектовані для застосування в автомобільних газоаналізатора.Максимальна ефективність використання буде досягнута, якщо: датчик не будепрацювати при температурах, що виходять за межі рекомендованої області,зазначеної у технічній характеристиці датчика; буде захищена від водяногоконденсату головка датчика; не підключений ні до якого виду зміщених напруг абоне заряджається зовнішнім електричним потенціалом; приєднаний до вимірювальноїапаратури з мінімальним вхідним опором 10 кОм; установка / заміна датчикаповинна здійснюватися підготовленими фахівцями
Катод Структурна схемадатчика A-01 зображена на рисунку 3.5.
Корпус
Анод
Електроліт
Провідна
мембрана
Механічна
фіксація />
Рисунок 3.5 – Структурнасхема датчика А-01
Йогохарактеристики:
— діапазон: від 0до 100% кисню;
— електричнийінтерфейс: РCB;
— електричнийроз'єм: 3 pin molex;
— робочатемпература: від 0 до 50 ° C ;
— вихіднанапруга: від 7 до 13 мВ, або на вимогу замовника;
— від 25.1 до100% кисню: ± 1.0% відносно;
— рекомендованенавантаження: не менше 10 кОм;
— температурнакомпенсація: вбудована NTC компенсація;
— оптимальна температуразберігання: від 5 до 25 ° C;
— максимальнатемпература зберігання: від -15 до 60 ° C;
— вага: приблизно25 г.
Матеріали, зякими можливий контакт: Поліамід 12, нержавіюча сталь
На рисунку 3.6 показанийзовнішній вигляд кисневого датчика А-01 [7].
/>
Рисунок 3.6 – Кисневий датчикА-01
4 Електричні розрахункикомпонентів системи вимірювального контролю вологості та температури в теплицях
Здійснимо електричнийрозрахунок елементів принципової схеми системи для визначення складу вихлопнихгазів автомобілів.
З документації на мікросхемуAD780 визначаємо номінали конденсаторів С2, С1. Отже,обираємо конденсатори С2 =С1= 100 мФ.
До портів мікроконтролераХТAL1 та ХТAL2 під’єднано конденсатори /> та />, між якими розташований кварцовийрезонатор ZQ, призначений для того, щоб задавати такт роботи мікроконтролера.Його частота f=1 МГц.
/> (4.1)
/>
Візьмемо /> пФ.
Схема інтерфейсуRS 485 зображена на рисунку 3.3. Для забезпечення подавлення високочастотнихзавад живлення кожної мікросхеми, безпосередньо близько до її корпусушунтуються керамічні конденсатори, а саме С5, С6, С7ємність яких не перевищує 0,1 мкФ. Звідси випливає, що ємність конденсаторів С5=С6=С7= 0,1 мкФ.
З документації намікросхему MC7805 визначаємо номінали конденсаторів С8 – С9..Отже, обираємо конденсатори С8= С9=0,1 мкФ.
Для забезпеченнястабілізації п’яти-вольтового живлення для мікросхем DA1, DA4 використовуємодіоди VD1, VD2, VD3 — діоди напівпровідникові імпульсні 1N4148, які мають такіхарактеристики:
- постійназворотна напруга, UR — 75 В;
- робочатемпература навколишнього середовища — від –65 до +150 °C;
5Розрахунок похибки вимірювання системи вимірювального контролю вологості татемператури в теплицях
Розрахуємо похибку квантування АЦПмікроконтролеру за такою формулою:
/> (5.1)
де n- розрядність АЦП n=12;
/> -напруга АЦП; /> = 10 (В).
Підставившизначення, отримаємо:
/>.
Похибка розробленої системи в основному будескладатись із похибки датчика, похибки джерела опорної напруги та похибкиперетворення АЦП мікроконтролера. І буде знаходитись у межах 1%.
Розрахуємо середньоквадратичне значенняпохибки мікроконтролера за такою формулою:
/> (5.2)
Підставивши значення маємо:
/>
Висновки
У курсовомупроекті була розроблена система для вимірювання складу вихлопних газівавтомобілів.
Висвітленопитання забруднення атмосфери пересувними джерелами, наведені статистичні даніз цього питання, проведена коротка характеристика вмісту викидів автомобілів збензиновими та дизельними двигунами. Крім цього, в першому розділіохарактеризовано автомобільний транспорт як одне з основних джерел забрудненняповітря навколишнього середовища.
Описано шляхипокращення екологічних показників автомобілів. Також цей розділ міститьвизначення масових викидів шкідливих речовин автомобілів і соціально-економічнихзбитків, що наносяться довкіллю.
В першому розділіми розглянули вплив речовин, що утворюються при горінні на навколишнєсередовище та на людину, розглянули методи за допомогою яких можливо визначитиконцентрацію шкідливих речовин у вихлопних газах автомобілів. Зробили оглядіснуючих газоаналізаторів.
В другому розділібуло подано різні варіанти структурних схем систем для визначення складувихлопних газів автомобілів. З запропонованих нами варіантів ми обрали одиннайоптимальніший.
В третьомурозділі ми вибрали мікроконтролер фірми Atmel моделі ATMega48 з вбудованим аналого-цифровим перетворювачем,інтерфейс зв’язку між вимірювальною системою і персональним комп’ютером – RS-485,джерело живлення MC7805та вимірювальнийдатчик А-01.
В четвертомурозділі були проведені розрахунки основних вузлів системи для визначення складувихлопних газів автомобілів.
В п’ятому розділірозрахували загальну похибку системи.
Розробленасистема має високі метрологічні характеристики та придатна до використання.
Перелікпосилань
1. Антропогенныепроблемы экологии: Методическое пособие. – К.: Вища школа, 1997. – 144 с.
2. Аксенов И.Я.,Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. – М.: Транспорт, 1986. – 176с.
3. Желібо Е.П., Заверуха Н.М.,Зацарнкий В.В. “Безпека життєдіяльності”. – Вінниця: ВНТУ, 2004. – 185 с.
4. Клименко Л.П.Техноекологія – О: Таврія, 2000. – 542 с.
5. Бреслер П.І. Оптичні абсорбційнігазоаналізатори і їх використання.– Л.: Енергія, 1980. — 164с.
6. ДСТУ 4277 – 2004: Норми і методивимірювань вмісту оксиду вуглицю та вуглеводнів у відпрацьованих газахавтомобілів з двигунами, що працюють на бензині або газовому паливі.
7. Ю.Ф.Гутаревич,Д.В.Зеркалов, А.Г.Говорун, А.О.Корпач, Л.П.Мержиєвська Екологія автомобільноготранспорту: Навч. Посібник – К.: Основа, 2002. – 312с.
8. www.
atmel.сom
9. Проектирование микропроцесорныхизмерительных приборов и систем/В.Д. Циделко, Н.В. Нагаец, Ю.В. Хохлов и др.-К.: Техніка, 1984.-215с.