Parametry i opis działania systemu

 

 

W warstwie sprzętowej urządzenie wykorzystuje procesor z rdzeniem AVR (planowana jest wersja z ARM - pozwalająca uzyskać zdecydowanie większą wydajność urządzenia). Skromne zasoby i moc obliczeniowa ograniczają wiele parametrów urządzenia, jednak w stosunku do zamierzonego zastosowania i przewidywanych wymagań pomiarowych - jest wystarczające.

 

System w aktualnej wersji posiada następujące parametry:

-cztery termoparowe czujniki temperatury o zakresie pracy min. -20 - 180C i rozdzielczości ok. 0,05C

-cztery wejścia do czujników przepływu ciepła (o zakresie pracy i czułości do dobrania w zależności od typu czujnika)

-pomiar napięcia i prądu dla dwóch niezależnych modułów Peltiera (na tej podstawie wyliczana jest od razu moc elektryczna dostarczona do każdego z modułów) o dokładności dla napięć

-dwa niezależne regulatory napięcia podawanego na moduły Peltiera z regulacją ręczną i automatyczna (typu PID)

 

Urządzenie zostało wyposażone w specjalne oprogramowanie, które pozwala na pełną jego kontrolę i ustawienie parametrów pracy (jest to ponad 100 różnych ustawień). Kontakt z użytkownikiem odbywa się z wykorzystaniem dwóch ekranów graficznych, z których jeden informuje użytkownika o wykonywanych pomiarach, drugi pełni także funkcję interfejsu ustawień. Do swojej dyspozycji użytkownik ma w sumie ok. 20 treści podekranów (nie licząc specjalnych, ukrytych ekranów diagnostyczno-serwisowych). Wszystkie ustawienia są wykonywane z wykorzystaniem dwóch impulsatorów i kilku mikroprzełączników.

 

Urządzenie wykorzystuje samodzielnie opracowaną, rozwijaną i wykorzystywaną od lat przez Autora (ZK) wersję systemu operacyjnego ZKOS (w tym urządzeniu w wersji bez wywłaszczeń, raczej o charakterze rozbudowanego monitora - tablicy zadań czasowych) oraz przerwania od timerów. Pozwala to na osiągnięcie dużej płynności pracy urządzenia i stałości pomiarów.

 

Najważniejsze konfigurowane przez użytkownika parametry to:

-współczynniki dla charakterystyk czujników temperatury i przepływu ciepła (indywidualne współczynniki kalibracyjne dla każdej termopary i czujnika przepływu ciepła) - aktualnie korekcja wykonywana jest liniowo: y=K*x+Z, ze względu na ochronę zasobów obliczeniowych procesora, jednakże planowane jest wprowadzenie korekcji drugiego lub trzeciego stopnia (o ile zajdzie taka potrzeba, gdyż jak wiadomo dla termopar charakterystyki pomiarowe są w dużym zakresie liniowe)

-analogicznie jak powyżej - współczynniki dla kalibracji wartości pomiarowych napięć i prądów każdego z modułów Peltiera (aktualnie liniowe)

-parametry regulatorów PID - przede wszystkim współczynników P, I, D dla każdego z dwóch regulatorów, a także wyboru i ustawienia poddawanego regulacji parametru - w zasadzie dowolnego (dla przyszłych wersji), choć w aktualnej wersji jest możliwość wybrania osiągania-stabilizacji nastawianej wartości temperatury (na każdej z 4 termopar) lub przepływu ciepła (na każdym z 4 czujników przepływu ciepła)

-parametry pomiarowe i zapisywania wyników (patrz dalej)

-parametry interfejsów komunikacyjnych i kart pamięci

-ręczna regulacja napięcia na modułach Peltiera

 

Współczynniki można ustawić ręcznie a następnie zapamiętać w wewnętrznej pamięci EEPROM, dlatego proces kalibracji urządzenia jest jednorazowy, ale w każdej chwili możliwa jest zmiana tych ustawień. Urządzenie może na życzenie użytkownika zapamiętać w pamięci EEPROM także aktualną konfigurację i parametry pracy, co ułatwia jego obsługę i pozwala np. na szybkie przywrócenie stanu urządzenia po cyklu wyłączenia zasilania.

 

Podstawowe parametry pomiarowe to:

-niezależne nastawianie w dużym zakresie częstotliwości pomiarów poszczególnych parametrów, przeliczanie wyników, sterowanie modułami Peltiera, załączanie pętli regulacji PID, częstości zapisu wyników; pomiar może odbywać się co sekundę; maksymalna dopuszczalna częstotliwość pomiarów temperatur i przepływu ciepła jest ograniczona wydajnością stosunkowo szybkich przetworników i wynosi ok. 10000 razy na sekundę, jednakże zarówno sam charakter mierzonego obiektu i zjawisk termicznych w przewidzianej skali, jak i ograniczona moc procesora - każą ograniczyć pasmo do praktycznych 100 pomiarów na sekundę.

-pomiary prądów i napięć modułów Peltiera - od 1 sekundy do 100 pomiarów na sekundę

-wszelkie pomiary mogą być uśredniane - na wypadek wystąpienia ew. zakłóceń; uśrednianie wynosi od 2 do 16 próbek (jest to ograniczone rozmiarem pamięci urządzenia)

-zapis danych regulacji (DAC) do modułów Peltiera - 1 do 10000 razy na sekundę

-zapis danych do portów komunikacyjnych i na kartę pamięci (w trakcie realizacji) - 1 do 1000 razy na sekundę

-załączenie regulatora PID - 1 do 1000 razy na sekundę

 

Parametry zapisu pozwalają w szerokim zakresie programować urządzenie:

-po nastawieniu i załączeniu urządzenie może automatycznie zapisywać wyniki do portów komunikacyjnych, a następnie zakończyć pomiar i wyłączyć moduły Peltiera

-nastawa może dotyczyć zarówno liczby zebranych próbek, czasu pomiaru lub względem czasu końca pomiaru; urządzenie automatycznie przelicza te wartości i w zależności od nastawy podaje liczbę próbek, czas trwania lub zakończenia pomiaru itp.

-w przypadku korzystania z portów szeregowych istnieje możliwość konfiguracji transmitowanych danych pomiarowych, tak aby przekazywań tylko aktualnie użyteczne dane - tym samym zwiększając przepływność kanału komunikacyjnego; wyniki przedstawiane są w przystępnej formie - od razu w przeliczonych wartościach temperatur, przepływów ciepła lub elektrycznych parametrów pracy modułów Peltiera

-podstawowe porty komunikacyjne to dwa EIA-232 z szybkością transmisji od 9600 do 115200 bitów na sekundę (tyle testowano, teoretycznie do 920000), przy czym standardowa to szybkość 115200, co typowo pozwala na przekazywanie 100 pomiarów na sekundę; dodatkowo do jednego z portów dołączony jest konwerter USB - co pozwala na transmisję danych do komputera przez ten interfejs.

 

Urządzenie posiada także kilka innych interesujących właściwości:

-użytkownik może ręcznie włączać i wyłączać moduły Peltiera oraz regulować wartość i kierunek prądu przez nie płynącego

-bieżące wskazywanie stanu systemu, stanu pomiaru, zgłaszanie ewentualnych błędów itp.

-szacowanie obciążenia procesora, użyteczne podczas projektowania parametrów pomiaru

-obliczanie na bieżąco wiele innych interesujących parametrów jak np. rezystancję termiczną badanych obiektów (na podstawie uzyskanych pomiarów temperatur i przepływów ciepła) - aktualnie to wersja eksperymentalna, nadal rozwijana

-możliwość wyboru realizacji regulatora PID, w tym wyboru funkcji przejścia (aktualnie testowana jest funkcja tgh)

 

 

 

 

 

 

Powrót na stronę główną - Informacje o stronie, prawa autorskie, legalność itd. tutaj Informacje o przetwarzaniu i ochronie danych osobowych, kontakt i zapytania itd. tutaj Prywatne serwery Zbigniewa Kuleszy zjk.pl. Aktualny dostawca Internetu - Vectra.pl, Wszelkie prawa zastrzeżone. Zespół redakcyjny zjk.pl: zjk7@wp.pl W sprawie treści i działania strony oraz w sprawie funkcjonowania i udostępniania treści na serwerach zjk.pl - kontakt z administratorem: webmaster@zjk.pl lub zjk7@wp.pl