Ультразвуковое устройство
Разработка и проектирование макета, включающего в себя модуль излучателя и модуль приёмника. Для управления модулями используется внешний микроконтроллер на базе ArduinoUNO, который формирует зондирующий сигнал и анализирует принятый. Достоинства модуля.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.06.2017 |
| Размер файла | 5,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Ультразвук
2. Датчики
2.1 Ультразвуковые сенсоры
2.2 Принцип работы сонара
2.3 Пьезоэлектрический эффект
2.4 Диаграммы направленности ПЭП различных конструкций
3. Параметры датчика
3.1 Электрические параметры
3.1.1 Центральная частота датчика
3.1.2 Диапазон рабочих частот датчика
3.1.3 Количество элементов в датчике
3.2 Геометрические параметры датчиков
3.2.1 Апертура датчика
3.2.2 Радиус кривизны поверхности датчика
3.2.3 Угол обзора датчика
4. Разработка и проектирование макетов схемы
4.1 Моделирование электрической схемы
4.2 Создание макета схемы
4.3 Проверка работоспособности макета
4.4 Проектирование печатной платы
4.5 Изготовление печатной платы
5. Используемые компоненты
Заключение
Библиографический список
ВВЕДЕНИЕ
модуль излучатель приемник микроконтроллер
Различные ультразвуковые (УЗ) устройства в настоящее время нашли широкое применение. Это и системы автоматической парковки автотранспорта, охранные системы, системы позиционирования робототехнических устройств, медицина и многое другое. К основным достоинствам ультразвуковых датчиков, используемых в подобных устройствах можно отнести то, что они идеально подавляют фоновые шумы, как так определение расстояния до объекта производится путём измерения времени полёта звуковой волны, а не её интенсивности. В качестве объектов обнаружения могут использоваться все материалы, отражающие звук, а это значит, что даже прозрачные материалы или тонкие плёнки не представляют никаких проблем для ультразвуковых датчиков.
Каждый такой сенсор характеризуется своей диаграммой направленности, под которой понимается распространение ультразвуковых волн в пространстве и, исходя из этого, выбирается датчик для использования его в определённых условиях. Диаграмма направленности является одним из важнейших показателей датчика, с помощью которой можно судить о применимости данного датчика в тех или иных условиях, и, следовательно, максимально повысить эффективность работы какого-либо устройства. Однако при разработке подобной техники существует проблема практического определения диаграммы направленности излучателей и приемников УЗ сигналов [1].
Существует несколько методов определения диаграммы направленности:
1) Сущность этого метода заключается в следующем, в начале, при сканировании по плоской поверхности образца регистрируют эхосигналы, распространяющиеся от отражателя, затем производится расчёт многочастотных голограмм по эхосигналам, также рассчитывают пространственный спектр голограмм с последующим расчётом диаграммы направленности, при этом отражённые сигналы регистрируют в совмещённом режиме от дна полусферического образца, для этого производят сканирование по двум координатам с последующим расчётом произвольных сечений трёхмерной диаграммы направленности. Но возможен так же и другой вариант - регистрация эхосигналов в совмещённом режиме от дна полуцилиндрического образца, для этого производится сканирование по одной координате с дальнейшим расчётом единичных сечений трёхмерной диаграммы направленности. Технический результат: устраняется влияние реверберационного шума, а также устранение необходимости его отсечения для контактных пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) и, кроме того, за счёт использования единственного образца наблюдается упрощение отбора сигнала для обработки, а также за счет устранения необходимости использования дополнительного приемного преобразователя [2];
2) диаграмма направленности ПЭП определяется путём его перемещения по поверхности образца, который содержит ненаправленный отражатель, находящийся в дальней зоне ПЭП, и производится анализ зависимости амплитуды отражённого сигнала от расстояния до отражателя [3]. Недостатком данного способа является то, что под влиянием затухания ультразвука в материале тест-образца происходит влияние на результат квазиискривления лучей, а также при изменении расстояния от ПЭП до отражателя происходит дифракционное ослабление амплитуды сигнала;
3) способ определения диаграммы направленности при регистрации поля контактного пьезоэлектрического преобразователя на поверхности полуцилиндрического или полусферического образца точечным приемным преобразователем, например, электромагнитоакустическим преобразователем [4]. Недостатком этого способа является то, что присутствует необходимость применения дополнительного приёмного оборудования, а также технологическая сложность его реализации из-за сложности изготовления измерительного оборудования.
4) способ определения диаграммы направленности ПЭП, который принят за прототип. Сущность этого метода состоит в том, что происходит регистрация эхосигналов от отверстия бокового сверления при сканировании ПЭП в одной плоскости по поверхности образца, далее производится расчёт многочастотных голограмм по отражённым сигналам, также рассчитывают пространственный спектр голограмм с последующим расчетом диаграммы направленности [5]. Недостатком данного способа является необходимость устранения реверберационных шумов ПЭП, отстройки от сигналов, образующихся при возникновении волны обегания/соскальзывания на отверстии бокового сверления, трансформированных волн. Следует учитывать, что с помощью данного метода можно определить только одно сечение трехмерной диаграммы направленности при выполнении однократного сканирования. Кроме этого для определения иных характеристик ПЭП, кроме диаграммы направленности, дополнительно требуется применение образца с полуцилиндрическим дном.
Перечисленные методы достаточно сложны как в понимании, так и с точки зрения технической составляющей при проведении экспериментов. Поэтому в данной работе предпринята попытка упростить проведения экспериментов путём автоматизации процесса, а также уменьшения технических средств эксплуатации.
Для получения возможности автоматизированного построения диаграмм направленности, а также изучения характеристик ультразвуковых устройств, разработан макет универсального модуля с возможностью подключения к произвольной микроконтроллерной системе [6].
К основному достоинству данного модуля можно отнести независимое внешнее управление приёмным и передающим трактами, а также хорошее согласование с распространёнными микроконтроллерными модулями.
Метод измерения состоит в следующем: отражающий предмет перемещается относительно оси ультразвукового пучка, закреплённого сенсора в двух плоскостях. Результаты измерений фиксируются компьютером с целью дальнейшей обработки. Затем по полученным результатам производится расчёт угла расхождения ультразвукового пучка от оси симметрии и дальнейшее построение диаграммы направленности [7]. Вместо отражающего предмета может использоваться ультразвуковой приёмник, что даст более полную картину в распространении ультразвука, а также предоставит дополнительные возможности при проведении экспериментов и построении ультразвуковых систем.
В ходе работы также планируется проведение экспериментов по распространению ультразвука в различных жидкостях, где модули ультразвуковых излучателя и приёмника будут погружены в специальный аквариум. Метод данного эксперимента описан выше.
1. УЛЬТРАЗВУК
Ультразвуком называются упругие волны высокой частоты, которая находится за гранью слышимости человеческого уха. Частотная граница между звуком и ультразвуковыми волнами условна, так как звук, по своей физической природе ничем не отличается от ультразвука и представляет собой точно такие же упругие волны. Но, благодаря тому, что ультразвук обладает высокими частотами, и, следовательно, малыми длинами волн он имеет ряд особенностей:
1) позволяет определять с весьма малыми погрешностями измерения быстропротекающих процессов, таких как адиабатические характеристики, а также упругие постоянные твёрдых тел, значения удельной теплоёмкости газов и многое другое [8];
2) при сравнительно небольших амплитудах колебаний даёт возможность получения большой интенсивности, потому как плотность потока энергии при данной амплитуде пропорциональна квадрату частоты. Следует учитывать, что ультразвуковые импульсы высокой интенсивности сопровождаются рядом эффектов, описание которых становится возможным лишь благодаря законам нелинейной акустики [9];
3) к числу важнейший явлений, которые возникают при распространении ультразвука высокой интенсивности в жидкостях, относится акустическая кавитация - образование и активность газовых или паровых пузырьков (полостей) в среде из имеющихся субмикроскопических зародышей газа или пара, облучаемой ультразвуком, которые начинают пульсировать с частотой этого пучка и захлопываются в положительной фазе давления [10]. При захлопывании пузырьков газа возникают огромные локальные давления порядка тысяч атмосфер, образуются сферические ударные волны. После чего образуются акустические микропотоки возле пульсирующих пузырьков. Всё вышеперечисленное в кавитационном поле приводят к ряду полезных явлений, таких как очистка загрязнённых детялей, получение эмульсий и многое другое [11]. При реализации процессов в жидких средах - взрывающиеся кавитационные пузырьки обеспечивают ускорение процессов экстрагирования, эмульгирования, диспергирования в тысячи раз [12];
4) дифракция света на ультразвуке, возникающая с изменением плотности в ультразвуковой волне, которая связана с периодическим изменением показателя преломления световых волн;
5) фокусировка ультразвукового излучения позволяет не только получать звуковые изображения, такие как акустическая голография, системы звуковидения, но также даёт возможность концентрировать звуковую энергию. А это, в свою очередь, даст возможность не только формировать заданные характеристики направленности излучателей с помощью ультразвуковых фокусирующих систем, но и управлять ими [13].
Скорость, с которой ультразвуковые волны распространяются в неограниченной среде, определяется характеристиками среды, такими как упругость и плотность. На распространения ультразвука в ограниченных средах уже начинает влиять характер и наличие границ, следствием этого является частотная зависимость скорости (дисперсия скорости звука). Волны любой частоты подвержены затуханию звука, т.е. при распространении ультразвука в заданном направлении происходит уменьшение амплитуды и интенсивности, что связано с расхождением фронта волны по мере её удаления от источника, поглощением звука и рассеянием. Также нужно упомянуть так называемое «классическое» поглощение, которое происходит на всех частотах, вне зависимости от диапазонов (слышимый и неслышимый). Данное поглощение вызвано сдвиговой вязкостью (внутренним трением) среды. Не следует забывать, что существует дополнительное поглощение, называемое релаксационным, которое достаточно часто превосходит «классическое» поглощение.
2. ДАТЧИКИ
2.1 Ультразвуковые сенсоры
Ультразвуковые (УЗ) сенсоры (рис.1) широко используются для дистанционного обнаружения различных объектов, измерения расстояний,в качестве датчиков приближения и т.д. Большинство подобных датчиков обычно оснащаются пьезоэлектрическими преобразователями, использующие в своей работе прямой и обратный пьезоэлектрический эффект.
Рис.1. LV-ProxSonar-EZ
Каждый ультразвуковой сенсор характеризуется своей диаграммой направленности (ДН) (рис.2).
Рис.2. Диаграмма направленности LV-ProxSonar-EZ
Под диаграммой направленности понимается диаграмма распределения мощности излучения относительно оси симметрии пьезоэлектрических преобразователей, а ширина диаграммы направленности - это суммарный максимальный угол относительно оси симметрии пьезоэлектрических преобразователей, при котором амплитуда принимаемого излучения уменьшается в два раза.
В общем случае, диаграмма направленности представляется в виде сводного графика характеристик излучения и отражения, показывающего ширину распространения ультразвуковых волн во всем диапазоне обнаружения [14]. На рис.2 представлена диаграмма направленности для различных напряжений питания.
Такая диаграмма направленности предоставляет удовлетворительные результаты и подходит для решения большинства задач, но на этом и заканчивается область эксплуатации ультразвукового датчика. Так как совершенно не известно, как поведёт себя датчик в иных условиях, либо средах и каким будет его диаграмма направленности, производитель об этом не упоминает.
Для использования данного сенсора в нестандартных условиях необходима как его оптимизация, так и коррекция диаграммы направленности, которая может быть выполнена, например, путём добавления акустических линз либо рефлекторов. В этом случае имеется определённая трудность в практическом определении ДН.
2.2 Принцип работы сонара
На электронной части ультразвуковогосенсора находится пьезоэлемент, который излучает высокочастотные короткие звуковые импульсы определенного интервала, распространяющиеся в окружающей среде со скоростью звука. Ультразвуковой импульс, при встрече с объектом,частично отражается от него и приходит в приёмник в качестве эхо [15]. Датчик воспринимает этот сигнал, и электронная схема устройства обработки измеряет время прохождения ультразвука в среде и по времени запаздывания звуковой волны рассчитывает расстояние до объекта, которое в дальнейшем преобразуется в аналоговый или цифровой сигнал (рис.3).
Рис.3. Принцип работы ультразвукового датчика
Точность измерения ультразвуковых датчиков зависит от различных факторов окружающей среды:
1) давление среды;
2) влажность воздуха;
3) температура окружающей среды.
Следует учитывать, что именно отражённый сигнал даёт информацию о расстоянии до объекта, поэтому на работу ультразвукового датчика значительное влияние оказывает характеристика поверхности наряду с углом падения звуковой волны. Для достижения максимальной точности результатов измеренийнужно работать с хорошо отражающими поверхностями: деревом, гладким металлом, стеклом, жидкостями, пластиком и т.д. Также для устойчивой работы сонара рекомендуется, чтобы поверхности, имеющие грубый рельеф, располагались в положении, близком к перпендикулярному направлению луча. Для гладких поверхностей, допустимое отклонение от перпендикулярного направления ультразвукового пучка составляет около 3 градусов [16].
Для измерения расстояния может применяться как схема, использующая одну и ту же головку датчика для излучения и приёма, так и схема, в которой излучение и приём производят разные головки.
Схема, использующая одну головку, имеет очень важный недостаток, а именно - «мёртвое» время датчика. Суть этого недостатка сводится к тому, что после излучения пачки импульсов должно пройти некоторое время, за которое мембрана излучателя успокоится и датчик сможет работать как приёмник.
Наличие «мёртвого» времени обуславливает тот факт, что ультразвуковые датчики обнаружения, включающие в себя одну головку, имеют так называемую «слепую» зону, в которой какой-либо объект, находящийся слишком близко не может быть обнаружен, так как отражённый ультразвуковой сигнал, приходящий в измеритель достаточно быстро, не даёт перестроиться датчику с передачи на приём ультразвуковой волны.
«Слепую» зону можно существенно сократить путём применения схемы, включающей в себя две отдельные головки, использующиеся в качестве излучателя и приёмника. Но при этом не следует забывать об обеспечении максимальной чувствительности схемы за счёт выбора резонансной частоты, которая будет одной и той же как для излучателя, так и для приёмника [17].
При столкновении ультразвуковых волн с каким-либо объектом часть их отраженной энергии рассеивается в пространстве. Это, в свою очередь, означает, что все отраженные лучи практически равномерно распределяются внутри широкого пространственного угла, который вне зависимости от направления падающего луча, может достигать значения 180°.
Чтобы сгенерировать любые механические волны, в том числе и ультразвуковые, необходима организация обратно поступательного движения поверхности, в следствии чего, создаются зоны сжатия и разряжения рабочей среды: газовой (воздушной), жидкостной. Для возбуждения ультразвуковых волн чаще всего применяются пьезоэлектрические преобразователи, работающие в так называемом моторном режиме. Это название указывает на то, что в данном режиме пьезоэлектрические устройства напрямую преобразуют электрическую энергию в механическую.
2.3 Пьезоэлектрический эффект
Пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП) используют прямой и обратный пьезоэффект. Прямой пьезоэффект - при деформации тела на его поверхности возникают связанные электрические заряды. Явление прямого пьезоэффекта используется в приёмниках ультразвукового сигнала, когда упругая волна падает на пьезоэлектрическую пластину, вызывая её деформацию [18].
Обратный пьезоэффект -приложенное напряжение к телу напряжение вызывает его деформацию. Это явление используется в ультразвуковых передатчиках, чтобы генерировать ультразвуковое излучение, путём приложения разности потенциалов, заставляя его деформироваться.
Резонансная частота пьезопластины зависит от её толщины h. Условие резонанса такого, что на толщине hдолжна укладываться половина длины ультразвука, т.е.1/2. Исходя из этого можно получить формулу для резонансной частоты :
где с - скорость ультразвука в материале пьезоэлемента. Поперечные размеры пьезопластины выбираются из условия, что,
где а - радиус пьезопластины.
Эффективность возбуждения ультразвуковых волн пьезопластиной зависит от пьезомодуля d:
где q- величина связанных зарядов на единицу площади;
p - давление.
Следует так же учитывать, что пьезоэлектрические свойства преобразователя сохраняются вплоть до температуры Кюри , выше данной температуры пьезосвойства всех материалов пропадают [19].
К основным параметрам относят следующие:
1) Коэффициент преобразования.
2) Полоса преобразования Df.
3) точки выхода, стрелы и угла ввода, понятия которых вводят для наклонных преобразователей.
4) Угол ввода луча.
5) Время задержки волны в призме наклонного преобразователя или в акустической задержке.
6) Направленность поля ПЭП, оценивают шириной раскрытия диаграммы направленности.
7) Мертвая зона.
8) Лучевая разрешающая способность ПЭП r (разрешающая способность по глубине или дальности).
9) Фронтальная разрешающая способность L.
10) Область рабочих температур.
Рис. 4. ПЭП: А -- генерация ультразвуковых волн при подаче входного напряжения. И наоборот, в результате воздействия волн на выходе преобразователя появляется напряжение; Б -- ультразвуковой преобразователь с открытой апертурой.
На рис. 4А отображено, что возбуждение ультразвуковых волн происходит благодаря обратному пьезоэлектрическому эффекту. А при учёте того, что пьезоэффект может быть, как прямым, так и обратным, то из этого можно сделать вывод о том, что данный элемент можно реализовать таким образом, чтобы он являлся и излучателем, и приёмником.
Типичная рабочая частота излучающего пьезоэлемента составляет около 32 кГц. Для повышения эффективности нужно учитывать тот факт, что резонансная частота керамического элемента должна быть равначастоте задающего генератора. При соблюдении этого условия удается реализовать наилучшую эффективность и чувствительность элемента[20]. Исходя из вышесказанного, следует понимать, что при непрерывном режиме работы электрической схемы необходимы два пьезоэлемента, однако, при работе схемы в импульсном режиме для передачи и приема сигнала можно использовать один и тот же пьезопреобразователь. На рис. 4Б изображена типовая схема ультразвукового датчика перемещений, работающего в воздушной среде.
Наиболее широкое техническое применение находят воздушные ультразвуковые преобразователи ближнего ультразвука, то есть преобразователи с частотой колебаний от 10 до 100 кГц. При этом наиболее предпочтительная частота - 40кГц, когда, с одной стороны, длина волны в воздухе достаточно мала с точки зрения разрешающей способности и эффективности электроакустического преобразования и, с другой стороны, затухание при распространении ультразвука ещё невелико [21].
2.4 Диаграммы направленности ПЭП различных конструкций
Рис.5. Диаграммы направленности воздушных ультразвуковых преобразователей
А) Типичная ДН преобразователей открытого типа.
Б) ДН преобразователя с плоско-сферической диафрагмой.
В) ДН преобразователя с приподнятой плоской частью диафрагмы.
Ультразвуковые воздушные преобразователи имеют широкое применениев измерении расстояний до объекта, который способен отражать ультразвук, а также используются для бесконтактного обнаружения присутствия неподвижных или движущихся объектов и т.д. В этой области применений преобразователи с плоско-сферической диафрагмой могут иметь преимущество в увеличении дальности обнаружения. Дальность обнаружения может быть в 2-4 раза больше, чем у обычных открытых преобразователей, при этом обеспечивается степень защиты, характерная для преобразователей закрытого типа [22].
Вариация формы излучающей поверхности служит инструментом для получения ДН различных форм в довольно широких пределах. Можно предположить, что возможна комбинация этих вариантов, а значит, получение ДН специальной формы представляет собой предмет отдельного исследования.
3. ПАРАМЕТРЫ ДАТЧИКА
Все параметры основные параметры датчика можно условно разделить на электрические и геометрические.
3.2 Электрические параметры
3.2.1 Центральная частота датчика
Этот параметр является одним из важнейших, так как именно он определяет соотношение между разрешающей способностью ультразвукового изображения и тем, на какой глубине система сможет дать чёткую картинку.
Центральная частота определяет: на колебания с какими частотами кристаллы датчика откликаются хорошо, а на какие не очень. Таким образом, если известно, что центральная частота конвексного датчика составляет 3,5 МГц, тогда при подаче на него электрических сигналов с частотами 3 - 4 МГц, датчик произведёт достаточно мощный ультразвуковой сигнал, и, как следствие, отражённые ультразвуковые колебания, пришедшие обратно в качестве эха, произведут хорошие электрические импульсы. А это, в свою очередь, даст отличное соотношение «сигнал -шум». Но, если подать на этот же самый датчик сигналы с частотой, допустим, 10 МГц, тогда он произведёт достаточно слабый ультразвуковой сигнал, и, что самое важное, отражённая ультразвуковая волна не даст никакого отклика, либо будет очень плохое соотношение «сигнал - шум», т.е. полезный сигнал не будет виден на уровне шумов, а значит система не сможет построить изображения.
Таким образом, датчик может нормально работать только с частотами, довольно близкими к его центральной частоте. Это верно в отношении режима серошкального изображения. Также данный фактор необходимоучитывать при настройке частот доплеровских режимов, так как нельзя «выжать» из ультразвукового датчика то, ради чего он не был спроектирован.
3.2.2 Диапазон рабочих частот датчика
Это тот параметр, который приводится в спецификациях. Ему уделяют наиболее пристальное внимание и, одновременно, его точные значения являются одними из наименее полезных параметров датчика. Причины рассмотрены выше.
В целом, при отсутствии другой информации, данный параметр можно использовать для оценки области применения датчика. Более высокие частотные диапазоны будут иметь датчики с большими центральными частотами и наоборот.
Следует упомянуть, что в первую очередь необходимо смотреть на нижнее значение частоты этого диапазона, так как именно оно лучше других позволяет отличить конвексные, микроконвексные или секторные фазированные датчики. По ним косвенно можно судить о центральной частоте ультразвукового датчика.
Важно знать, что значения частот сами по себе ничего не говорят о качестве датчика, т.е. датчик с нижней частотой 1 МГц не обязательно имеет лучшее проникновение, чем датчик, нижняя частота которого 2 МГц.
3.2.3 Количество элементов в датчике
Данный параметр часто отсутствует в спецификациях систем, предлагающихся с датчиками, содержащими 128 элементов. Он же почти всегда выставляется напоказ в материалах о сканерах, располагающими так называемыми «датчиками высокой плотности». Здесь чаще всего речь идет о датчиках с 192 или 256 элементами.
Это не случайно: разумеется, в разы большее число элементов дает возможность получить меньшее расстояние между кристаллами и получить более четкую картинку. Поэтому датчики высокой плотности дают прирост качества изображения не в разы, а на несколько десятков процентов. Что, разумеется, тоже весьма неплохо.
Данный параметр является существенным, но его необходимо пристально уточнять у поставщика. Существуют технические методы демонстрации количества элементов в датчиках. Однако, сделать это могут только сервисные инженеры при поставке.
Нужно не путать количество элементов в обычном датчике с количеством элементов в матричном датчике. Последний представляет собой несколько слоев элементов, как бы положенных друг на друга. При этом расстояние между элементов такое же, как в обычном датчике или даже больше, а четкость, такая же.
3.3 Геометрические параметры датчиков
Геометрические параметры - это размеры и форма датчика. Они часто уже приведены в спецификациях и достаточно легко получить достоверную информацию.
Геометрические параметры датчика не менее важны, чем общеизвестные электронные. Всё дело в том, что датчик с хорошей электронной составляющей, но с неудачными геометрическими параметрами не сможет раскрыть всех своих возможностей, не говоря уже о задачах, которые он должен выполнять.
3.3.1 Апертура датчика
Иначе говоря, длина рабочей области. Данный параметр указывается только для линейных и секторных фазированных датчиков. Чем меньше апертура, тем выше плотность линий и лучше прилегание датчика. Особенно последнее важно при проведении допплеровских исследований. Но большая апертура дает возможность захватить больший участок поверхностного органа.
В итоге, при исследовании большей частью поверхностные органы, в частности, щитовидную железу - можно рекомендовать выбор линейного датчика с апертурой приблизительно 45-50 мм. Если же размер датчика не так критичен - остальные факторы на стороне датчиков с меньшей апертурой - порядка 40 мм.
3.3.2 Радиус кривизны поверхности датчика
Этот важнейший параметр конвексных и микроконвексных датчиков часто также называют апертурой, что не совсем верно. Длина сканирующей поверхности таких датчиков для пользователя бесполезна. Датчики с одной и той же длиной поверхности могут иметь абсолютно различные формы, не говоря уже об области их применения.
Поверхность любого конвексного или микроконвексного датчика представляет собой часть окружности. То есть, если продолжить эту поверхность на бумаге штанген - циркулем, мы получим круг. Его радиус (расстояние от центра до границы) - это и есть тот самый радиус кривизны, который указывается в спецификациях.
Чем больше радиус - тем, разумеется, больше головка датчика, а значит тем он «шире». Микроконвексные датчики имеют радиус кривизны порядка 8-20 мм. Конвексные - 40-60 мм.
Также следует учитывать для какой задачи применяется тот или иной датчик, так, к примеру, еслимикроконвекнсый датчик предполагается использовать для исследований мозга новорожденных через родничок или их сердца, лучше выбирать радиус порядка 10-20 мм. Датчик с большей головкой может просто не попасть в родничок или межреберье. Или же наоборот, если речь идет главным образом об исследованиях брюшной полости или пункциях, тогда лучше подойдет датчик с большим радиусом кривизны.
Что до конвексных - то датчики с радиусом 60 мм позволяют исследовать пациентов практически любой комплекции. Однако, плотность линии у них не высока. Кроме того, зачастую часть сканирующей поверхности «простаивает». Поэтому в настоящее время наибольшую популярность приобрели датчики с радиусом 50 мм, как наиболее оптимальные [23].
3.3.3 Угол обзора датчика
На первый взгляд кажется, что данный параметр является простым. Чем он больше, тем шире сектор сканирования и лучше обзор, и наоборот. Это не так, точнее, верно только для внутриполостных датчиков. Именно выбор неудачных значений угла обзора датчика является причиной наибольшего числа проблем у пользователей ультразвуковых систем.
Можно провести простой пример. Предположим, что угол обзора конвексного датчика составляет аж 180 градусов. То есть, его поверхность представляет собой половину круга. Для того, чтобы полностью использовать все элементы данного датчика - необходимо полностью вдавить его в поверхность тела пациента так, что наружу торчать будет только рукоятка. В противном случае датчик будет прилегать к пациенту лишь незначительной частью своей поверхности и сектор сканирования будет небольшим.
Именно по этой причине угол сканирования конвексных датчиков выбирается в диапазоне 60 - 80градусов. Оптимальным считается угол 70 градусов. По той же причине углы обзора микроконвексных датчиков, предназначенных для исследований брюшной полости или контроля пункций, выбираются в диапазоне 90 - 120 градусов.
В заключение по данному разделу можно сказать, что для выбора датчика рекомендуется получить как можно больше информации обо всех вариантах, доступных для данной ультразвуковой системы. Если у данной системы поддерживаются как стандартные датчики, так и датчики высокой плотности, лучше остановиться на последних. Разумеется, нужно учитывать соотношение «качество - цена». После необходимо определиться с центральной частотой датчика и далее подобрать вариант с оптимальными геометрическими параметрами, рекомендации по их выбору которых, приведены выше.
Оптимальные варианты датчиков, приведённых выше:
1) конвексный датчик - 3,5 МГц, R - 50 мм, 70 градусов;
2) линейный датчик - 7,5 МГц, R - 40 мм;
3) внутриполостной датчик - 6,5 МГц, R - 10 мм, 180 градусов;
4) микроконвексный датчик для педиатрии - 5 или 6 МГц, R-10-14 мм, 90 - 120 градусов [24].
4. РАЗРАБОТКА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАКЕТОВ СХЕМЫ
В ходе разработки ультразвукового модуля необходимо начинать с первого и очень важного этапа, а именно - моделирования электронных схем излучателя и приёмника, с целью теоретической проверки работоспособности, таким образом, этот этап показывает применимость данной электрической схемы.
4.1 Моделирование электрической схемы
Моделирование электрической схемы было выполнено в программе схемотехнического моделирования Micro-Cap, предназначенной для аналогового и цифрового моделирования электрических и электронных цепей с интегрированным визуальным редактором, разработанная компанией SpectrumSoftware. Программа имеет удобный, дружественный интерфейс, который хорошо подходит для работы как начинающим пользователям, так и опытным, а также, что не мало важно, предъявляет весьма скромные требования к программно-аппаратным средствам персонального компьютера. Следует отметить, что пакет Micro-Cap содержит обширную внутреннюю библиотеку аналоговых и цифровых устройств с возможностью добавления новых электронных компонентов из сети Internet как отечественного производства, так и западного [25]. Интерфейс программы изображён на рис. 6.
Рис. 6. Интерфейс программы Micro-Cap
В ходе этого этапа работы были промоделированы электронные схемы излучателя и приёмника, а также был произведён анализ переходных процессов, который позволяет рассматривать поведения схем во временной области, с целью получения входных и выходных сигналов.
На рис. 7 представлена схема включения УЗ-излучателя.
Рис. 7. Схема включения УЗ-излучателя
Цифровой сигнал с микроконтроллера подаётся на резистивный делитель R3, R2, а затем на базу транзистора Q1, выполняющего функцию согласующего устройства, т.е. уровень пяти вольтовой логики преобразовывается в уровень девяти вольтовой и выше, в зависимости от напряжения питания, потому как микроконтроллер питается от напряжения 5 вольт, что для работы пьезоэлемента недостаточно, ему необходима большая амплитуда напряжения. Таким образом, сигнал, приходящий на базу, открывает транзистор, тем самым закорачивая напряжение питание на землю. Так как сигнал импульсный и имеет определённую частоту, то в следующий момент времени на базу поступает логический нуль, транзистор закрывается и на схему начинает поступать напряжение Vcc.
Микросхема К561ЛН2 включает в себя 6 инверторов (Х1 - Х6). На инверторах X1, X2 собран фазорасщипитель входного сигнала, смысл которого состоит в том, чтобы сигналы приходили на разные входы пьезопреобразователя в противофазе, что, в свою очередь, приводит к генерации ультразвуковых волн. На инверторах X3 и Х4, Х5 и Х6 собраны выходные буферные усилители. Следует учитывать, что каждый инвертор обладает свойством усилителя, тогда при сборке инверторов по данной схеме, на выходе они формируют ток уже от источника, и, следовательно, суммарный ток будет в 2 раза превышать ток, который может выдать хоть 1 инвертор. Получается усилитель мощности на логическом элементе, сделанный для получения на выходе мощного сигнала. Далее к выходам буферных усилителей, через разделяющие ёмкости С1 и С2, подключён УЗ-излучатель.
На рис. 8 и 9 изображены графики зависимостей входного напряжения от времени для УЗ-излучателя входного и выходного сигнала соответственно.
Рис. 8. Зависимость входного напряжения от времени для УЗ-излучателя
Рис. 9. Зависимость выходного напряжения от времени для УЗ-излучателя
В ходе моделирования было придумано 2 варианта реализации включения УЗ-приёмника (схема усилителя и схема формирователя), они отличаются по типу подключения к микроконтроллеру. На рис. 10 представлен первый вариант реализации включения УЗ-приёмника в схеме усилителя.
Рис. 10. Схема включения усилителя сигнала для УЗ-приёмника
На входе схемы стоит УЗ-приёмник, на который падает волна, вырабатывается напряжение, которое подаётся на оба входа операционного усилителя Х7, охваченного отрицательной обратной связью с частотно-зависимой связью. Суть этой связи состоит в том, чтобы не любой сигнал, попавший на приёмник, вызывал колебания. На выходе операционного усилителя усиленный сигнал подаётся на вход микроконтроллера.
Следует учитывать тот факт, что для работы операционного усилителя в данной схеме на его положительный вход необходимо дополнительно подавать половину напряжения питания, которое обеспечивается резисторами R7 и R8, т.к. падающая на приёмник ультразвуковая волна имеет аналоговую природу, т.е. амплитуда сигнала меняется от -Uдо +U, а операционный усилитель работает с напряжениями от 0 до +Vcc, таким образом, любой сигнал, пришедший на вход усилителя усиливается относительно Vcc/2, а это означает сдвиг отрицательной области сигнала в положительную.
На рис. 11 и 12 изображены графики для УЗ-приёмника входного и выходного сигнала соответственно.
Рис. 11. Зависимость входного напряжения от времени для УЗ-приёмника
Рис. 12. Зависимость выходного напряжения от времени для УЗ-приёмника
Полученные графики позволяют просматривать процессы в моделируемой схеме так же, как это в реальности делается при помощи осциллографа или логического анализатора и, следовательно, судить о работоспособности модулейизлучателя и приёмника.
Из графиков видно, что входные и выходные сигналы напряжения соответствуют требуемым.
На рис. 13 представлен второй вариант реализации включения УЗ-приёмника в схеме формирователя (из синусоидального сигнала формирует последовательность цифровых импульсов).
Рис. 13. Схема включения формирователя УЗ-приёмника
Данная схема позволяет использовать цифровой вход микроконтроллера, вместо аналогового. Входной сигнал приводит к тому, что можно настроить операционный усилитель так, чтобы он работал как компаратор, который будет сравнивать значения входного сигнала со значением Vcc/2.
Преимущество данной схемы заключается в том, что не требуется наличие аналогового порта и нет необходимости в написании программы для микроконтроллера, которая будет оцифровывать аналоговый сигнал, что, в свою очередь, требует больших вычислительных ресурсов. Таким образом, с помощью формирователя подключение происходит сразу на цифровой вход и программным путём анализируется частота, которая туда поступает.
На рис. 14 и 15 изображены графики для УЗ-приёмника входного и выходного сигнала соответственно.
Рис. 14. Зависимость входного напряжения от времени для УЗ-приёмника
Рис. 15. Зависимость входного напряжения от времени для УЗ-приёмника
4.2 Создание макета схемы
После проверки работоспособности промоделированной схемы можно приступать к созданию макета электронной схемы.
При создании макета схемы использовалась учебная лабораторная измерительная станция NI-ELVIS.Платформа NI-ELVIS -это настольная лабораторная станция для подключения к персональному компьютеру, включающая в себя графическую среду программирования LabVIEW. Совмещение этих компонентов в рамках единой системы делает NI ELVIS мощной и гибкой контрольно-измерительной платформой. Эта программно-аппаратная среда также включает в себяпрограммное обеспечение NI ELVIS и аппаратную составляющую, предназначенную для выполнения измерений и построениясхем [26]. Следует заметить, что в лабораторную станцию NIELVIS встроены аппаратно реализованные регулируемые блоки питания и функциональный генератор, а спроектированные в LabView лицевые панели (SoftFrontPanel - SFP) измерительных приборов позволяют объединить функциональность работы DAQ-устройства (модуля ввода-вывода) и рабочей станции NIELVIS, предоставляя возможность работы со следующими приборами:
· ArbitraryWaveformGenerator - ARB (генератор сигналов произвольной формы).
· DigitalBusReader (устройство чтения с цифровой шины).
· DigitalBusWriter (устройство записи на цифровую шину).
· Digital Multimeter - DMM (цифровоймультиметр).
· Dynamic Signal Analyzer - DSA (анализаторспектра).
· FunctionGenerator - FGEN (функциональный генератор сигналов).
· ImpedanceAnalyzer (анализатор импеданса).
· Oscilloscope - Scope (осцилограф).
· TwoWireCurrentVoltageAnalyzer (анализатор вольтамперной характеристики двухполюсников)
· Three-WireCurrentVoltageAnalyzer (анализатор вольтамперной характеристики четырёхполюсников).
· VariablePowerSupplies (регулируемые источники питания).
Следует учесть, что кроме перечисленных приборов, в NI ELVIS имеется набор высокоуровневых функций LabVIEW, использование которых может быть направлено на усовершенствование средств отображения и организации экспериментов, а также для управления рабочей станцией NI ELVIS из LabVIEW.
На рис. 16 можно наблюдать собранный проект макетной платы, включающий в себя ультразвуковые приёмник и излучатель.
Рис. 16. Макет излучателя и приёмника на платформе NI-ELVIS
4.3 Проверка работоспособности макета
Для перехода к дальнейшему этапу проектирования ультразвукового модуля необходимо получить удовлетворительные результаты работы макета электрической схемы. В целях этого нужно провести анализ работоспособности собранного макета и адекватность полученных результатов.
В ходе проверки работоспособности схемы использовались следующие приборы:
1) осциллограф двухканальный цифровой запоминающий АСК-2043;
2) генератор многофункциональный АНР-1001, задающий частоту работы УЗ-датчиков и выполняющий функцию микроконтроллера;
3) учебная лабораторная измерительная станция NI-ELVIS, которая использовалась в качестве источника питания, а также вольтметра.
На один канал осциллографа подавался сигнал с генератора, на другом канале производилось снятие сигнала с электрической схемы.
На рис. 17 и 18 представлены осциллограммы отрицательного и положительного выводов УЗ-излучателя. График сверху показывает заданную частоту работы ультразвукового излучателя, график снизу показывает сигнал, снятый с УЗ-датчика.
Рис. 17. Сигнал, снятый с отрицательного вывода УЗ-излучателя
Рис. 18. Сигнал, снятый с положительного вывода УЗ-излучателя
На представленных выше осциллограммах видна помеха, снятая с ультразвукового излучателя. Данная помеха связана с зарядом-разрядом конденсаторов, стоящих перед выходом схемы и не вносит проблем в работоспособность схемы.
На рис. 19 изображена осциллограмма, снятая непосредственно с УЗ-приёмника на резонансной частоте.
Рис. 19. Сигнал, снятый с УЗ-приёмника
На рис. 19 отчётливо видна электрическая помеха, создаваемая цифровым устройством, а именно инвертирующим буфером и возникающая в момент его переключения. Это является крайне нежелательным явлением, которое препятствует правильной работе электрической схемы УЗ-приёмника, и, как следствие, приводящее к его полной неработоспособности.
Для согласования работы электронных устройств необходимо соблюдать электромагнитную совместимость. Электромагнитная совместимость - способность технического средства функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам.
Самым простым способом борьбы с электромагнитными помехами, излучаемыми электрическими схемами, микросхемами, шинами питания и т.д. является использование помехоподавляющего фильтра, который может представлять из себя LC, либо RC-цепочки [27].
После устранения проблемы, мешающей согласованной работе ультразвуковых излучателя и приёмника планируется дальнейшее проектирование УЗ модуля и изготовление печатной платы.
Рис.20. Амплитуда сигнала с выхода ультразвукового приёмника
На рис. 20 представлена осциллограмма, на которой можно увидеть амплитуду отражённого сигнала от поверхности, принятого ультразвуковым приёмником и усиленную с помощью операционного усилителя. Расстояние от ультразвукового излучателя до поверхности составляет приблизительно 20 см.
4.4 Проектирование печатной платы
После получения удовлетворительных результатов можно приступать к проектированию электронной схемы, основной этап которого заключается в трассировке печатной платы (пошаговое проектирование структуры проводников).
Трассировка была выполнена с помощью программного пакета Sprint-Layout, предназначенного для проектирования и ручной трассировки печатных плат. Основное достоинство Sprint-Layout заключается в понятном интерфейсе, который включает в себя лишь самые необходимые инструменты для подготовки печатных плат размером 300 на 300 мм. Следует отметить, что с помощью данной программы становится возможным работать с двумя слоями (проводников и маркировки) для каждой стороны платы. А также есть дополнительные возможности - слой паяльной маски SMD-маска, металлизация. Встроенный трассировщик не является автоматическим, а только помогает разводить проводники. В свою очередь, необходимо упомянуть, что в библиотеке программы содержатся наиболее распространённые электронные компоненты, а также имеется возможность создания элементов любой сложности.
В Sprint-Layout включена возможность экспорта результата работы в популярные форматы Excellon и Gerber, а также создать файл HPGL для отделки печатной платы на программно-управляемом фрезерном станке [28].
Интерфейс программы изображён на рис. 21.
Рис. 21. Интерфейс программы SprintLayout
На рис. 22 представлен окончательный вариант трассировки печатной платы
Рис. 22. Трассировка печатной платы
4.5 Изготовление печатной платы
Изготовление печатной платы начинается с вырезания заготовки из текстолита нужных размеров (рис. 23). В данной работе использовался двухсторонний фольгированный стеклотекстолит СФ1-35, толщиной 1,5 мм и толщиной напыления меди 35 мкм.
Рис. 23. Заготовка печатной платы
Затем производится печать фотошаблона на прозрачной плёнке. Для печати можно воспользоваться любым современным лазерным либо струйным принтером. Так как фоторезист бывает двух типов: позитивный и негативный, то важно учитывать тот факт, какой именно фоторезист будет использоваться. Это влияет на печать фотошаблона. В данной работе использовался негативный плёночный фоторезист ordylalpha 350, следовательно, печатать необходимо в негативе и с зеркальным отображением.
Далее фоторезист наносится на заготовку, но перед этим нужно тщательно очистить её от окислов и всяческих загрязнений, которые пагубно влияют на функциональные свойства печатной платы и снижают её электрические параметры, что в дальнейшем может повлиять на работоспособность всей схемы. Обычно, очистка производится ацетоном или какими-либо щелочными растворами с дальнейшей промывкой в дистиллированной воде. Следует помнить, что нельзя производить механическую очистку поверхности, т.к. можно стереть тонкий слой меди (35 мкм), либо добиться разной её толщины по всей поверхности заготовки. Последнее может привести к разной скорости вытравливания и к отрыву дорожки при дальнейшем изготовлении.
После нанесения фоторизиста происходит задубливание - плата отправляется в ламинатор с целью повышения адгезии фоторезиста с поверхностью заготовки, а также увеличения прочности и твёрдости рисунка, а это, в свою очередь, увеличивает температурную стойкость проводников.
Затем производится экспонирование, для этого происходит совмещение фотошаблона с заготовкой и помещение их в камеру с ультрафиолетом рис. 24, суть этого процесса заключается в засветке фоторезиста, который содержит определённый рисунок. Весь процесс занимает примерно 60-65 секунд, после чего плата помещается в раствор (карбонат натрия), где происходит проявление рисунка, т.е. смываются все не засвеченные участки (негативный фоторезист).
Рис. 24. Ультрафиолетовая лампа
Здесь необходимо отметить важность точного времени выдержки, а именно, если печатную плату передержать в камере, тогда рисунок может не проявиться, в противном случае, если засветка производилось недостаточно долго, тогда в процессе проявления рисунка могут смыться не только все не засвеченные участки, но также и те, которые засветились.
Далее следует процесс травления платы, при котором происходит удаление проявленного поверхностного слоя меди. Существует много химических составов для стравливания меди с печатной платы, но, пожалуй, самый распространённый реактив - это (хлорное железо), т.к. он не обладает резким, едким запахом, является более безопасным по сравнению с другими кислотами и распространён в специализированных радиомагазинах. Раствор приготавливается в пропорции 1 к 3 (1 часть хлорного железа на 3 части воды). Время травление занимает от 15 до 60 минут, в зависимости от температуры раствора и его концентрации. Для повышения скорость процесса рекомендуется непрерывное помешивание раствора и незначительное повышение его температуры для увеличения скорости протекания реакции. Перед травлением, следует защитить обратную сторону платы от вытравления, которая может быть использована в качестве экранирующего слоя, защищающего от воздействия электромагнитных полей.
После травления в хлорном железе плату необходимо промыть большим количеством воды и оставить сохнуть. Затем смыть экспонированный слой фоторезиста с дорожек ацетоном, либо каким-нибудь растворителем для нитрокрасок.
После всего вышеперечисленного можно приступать к лужению проводников. Это является важным аспектом, т.к. слой олова защищает медные дорожки от окисления и способствует дальнейшему монтажу радиоэлектронных компонентов. На рис. 25 изображена готовая печатная плата, выполненная поверхностным монтажом.
Рис. 25. Готовая печатная плата
5. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ КОМПОНЕНТЫ
В процессе монтажа печатной платы использовались электронные SMD компоненты, представленные в таблицах 1-4.
В ходе работы устройства панируется использовать внешний микроконтроллер AVGMega 328p на базе ArduinoUNO (рис. 26).
Рис. 26. ArduinoUNO
Таблица 1
Спецификация используемых резисторов
|
№ |
Позиционное обозначение |
Типоразмер |
Параметры |
Количество |
|
|
1 |
R0 |
SMD 0805 |
0,125Вт, 0Ом |
1 |
|
|
2 |
R1 |
SMD 0805 |
0,125Вт,1,8КОм ± 5% |
1 |
|
|
3 |
R2 |
SMD 0805 |
0,125Вт,10КОм ± 5% |
3 |
|
|
4 |
R3 |
SMD 0805 |
0,125Вт,100КОм ± 5% |
6 |
Таблица 2
Спецификация используемых конденсаторов
|
№ |
Позиционное обозначение |
Типоразмер |
Параметры |
Количество |
|
|
1 |
С1 |
SMD 0805 |
22пФ ± 5% |
1 |
|
|
2 |
C2 |
SMD 0805 |
0,1мкФ ± 10% |
6 |
|
|
3 |
C3 |
SMD 0805 |
0,2мкФ ± 20% |
2 |
Таблица 3
Спецификация используемых транзисторов
|
№ |
Позиционное обозначение |
Наименование |
Количество |
|
|
1 |
VT1 |
MMBT3904 |
1 |
Таблица 4
Спецификация используемых микросхем
|
№ |
Позиционное обозначение |
Наименование |
Количество |
|
|
1 |
LM1 |
LM358 |
1 |
|
|
2 |
CD1 |
HEF4049BT |
1 |
На рис. 27 и 29 представлены пассивные SMDэлементы (резистор и конденсатор) с типоразмером 0805, используемые в схеме, размеры которых можно увидеть на рис. 28 и 30 соответственно. Типоразмер 0805 используется из соображения наибольшей удобности, когда с одной стороны компонент имеет небольшие размеры, что позволяет проектировать достаточно малые габариты печатных плат, а с другой имеет приемлемые размеры для комфортного монтажа.
Рис. 27. SMD резистор с типоразмером 0805
Рис. 28 Размеры SMD резистора с типоразмером 0805
L=2,0мм
W=1,2мм
H=0,4мм
L1=0,4мм
Рис. 29. SMD конденсатор с типоразмером 0805
Рис. 30 Размеры SMD конденсатора с типоразмером 0805
L=2мм
H=1,3мм
W=1,25мм
На рис. 31 изображён биполярный n-p-n SMDтранзистор MMBT3904.
Рис. 31. SMDтранзистор
На рис. 32 изображён двухканальный операционный усилитель с однополярным питанием LM358 в корпусе SMD, в котором выполнены 2 операционных усилителя, работающие независимо друг от друга [29]. Цоколёвка микросхемы представлена на рис. 33.
Рис. 32. LM358 в корпусе SMD
Рис. 33. Цоколёвка микросхемы LM358
На рис. 34 изображён инвертирующий буфер HCF4069Uв корпусе SMD, в котором располагаются 6 инверторов [30]. Цоколёвку инвертирующего буфера и расположение инверторов можно увидеть на рис. 35.
Рис. 34. HCF4069U в корпусе SMD
...Подобные документы
Проектирование модуля вывода дискретных и ввода аналоговых сигналов для систем управления различным технологическим оборудованием. Моделирование схемы модуля в ССМ Multisim. Разработка печатной платы модуля. Разработка принципиальной и структурной схем.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 03.11.2014- Микропроцессорная система управления технологическим оборудованием типа CNC. Модуль входных сигналов
Разработка микропроцессорной системы управления технологическим оборудованием и проектирование структурной и принципиальной схемы электрического модуля входных дискретных сигналов с проведением расчетов основных электрических и временных параметров.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 29.11.2010 Разработка модуля для решения задач управления и обмена информацией с удаленными объектами. Принцип работы интерфейсного модуля RS2-4.5x и разработка его конструкции. Выбор и описание элементной базы, поверочный конструкторский расчет устройства.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 06.11.2012Обзор генераторов сигналов. Структурная схема и элементная база устройства. Разработка печатной платы модуля для изучения генератора сигналов на базе прямого цифрового синтеза. Выбор технологии производства. Конструкторский расчет; алгоритм программы.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 25.04.2015Блок-схема алгоритма программы управления микроконтроллером. Требования к печатным платам и их разработка. Структурная схема измерительного устройства Ретом-30КА. Выбор микроконтроллера как одно из самых важных решений при разработке управляющего модуля.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 18.06.2010Модернизация аппаратных средств монитора МИТАР-01-"Р-Д": разработка конструкции датчика модуля термисторного съема дыхания вместо модуля инвазивного давления. Расчет стоимости прибора, анализ его соответствия критериям экологичности и безопасности.
дипломная работа [365,0 K], добавлен 30.06.2012Классификация и структура микроконтроллеров. Структура процессорного ядра микроконтроллера, основные характеристики его производительности. Архитектура процессорного модуля, размер и тип встроенной памяти, набор периферийных устройств, тип корпуса.
курсовая работа [41,7 K], добавлен 28.08.2010Анализ разработки системы автоматизированного контроля на базе микроконтроллера МК51, схемотехника портов. Выбор интегральных микросхем ОЗУ для модуля памяти. Определение надёжности (вероятности безотказной работы) системы автоматизированного контроля.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 15.01.2012Требования к конструкции модуля управления климатом. Требования к технологичности, надёжности, уровню унификации и стандартизации, маркировке и упаковке. Эксплуатационные характеристики разрабатываемого модуля. Разработка схемы электрической структурной.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 20.06.2015Проектирование процессорного модуля – независимого устройства, которое в соответствии с входными данными выполняет одно из двух действий: умножение целых беззнаковых чисел и преобразование двоично-десятичного числа в двоичное. Проектирование М-автомата.
курсовая работа [888,6 K], добавлен 16.06.2011Анализ основных технических требований. Выбор и обоснование элементной базы, материалов конструкции, компоновочной схемы, метода и принципа конструирования. Разработка модуля управления климатом на базе микроконтроллера. Стандартная структура сети.
отчет по практике [1,1 M], добавлен 28.04.2015Описание алгоритма работы игры и применяемых в ней функций. Составление программы работы системы управления с использованием языка С. Основные характеристики микроконтроллера, его функциональные группы. Принципиальная схема микропроцессорного модуля.
курсовая работа [756,1 K], добавлен 14.01.2013Разработка функциональной схемы и основных функциональных узлов. Назначение входных сигналов. Устройство ввода значений и блока деления. Сигнал запрещенного деления. Блок интервалов времени. Антидребезговый модуль. Блок индикации. Преобразование кода.
контрольная работа [404,0 K], добавлен 02.02.2016Анализ вариантов подключения и построения контроллеров индикации на PIC микроконтроллерах. Проектирование модулей системной шины ISA. Разработка обобщенной схемы модуля. Методы построения алгоритмов инициализации и управления, разработка программы.
курсовая работа [574,7 K], добавлен 04.09.2012Проект и программная реализация на языке программирования Ассемблер модуля дистанционного запуcка двигателя автомобиля. Структурная и электрическая принципиальная схемы устройства, алгоритм его работы. Реализация модуля на микроконтроллере серии MCS-51.
реферат [1,8 M], добавлен 02.12.2013Сравнительный анализ признаков разрабатываемого технического объекта (субблок модуля управления МПС) с признаками аналогов. Технические характеристики модуля, расчет предпроизводственных затрат и себестоимости. Технико-экономическое обоснование.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 15.07.2009Назначение и принцип действия интегрального модуля. Разработка микрополосковой платы. Выбор технологического процесса и оборудования для изготовления платы. Расчет себестоимости проектируемого модуля и цены для его реализации. Значение охраны труда.
дипломная работа [220,5 K], добавлен 15.05.2009Анализ комбинационной схемы, минимизация логической схемы и синтез комбинационного устройства в заданных базисах логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Разработка и применение модуля для ПЛИС Spartan6, реализующего функционирование соответствующих схем.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 12.02.2022Разработка принципиальной электрической схемы на базе микропроцессора. Механизм работы устройства, его зависимость от сигналов, приходящих на микроконтроллер от датчиков присутствия человека в помещении. Выбор датчика присутствия. Расчет параметров реле.
курсовая работа [491,6 K], добавлен 03.04.2017Конструирование сменного оптического носителя для запоминающего модуля: разработка электродвигателя вращения, привода каретки и оптической головки. Расчет показателей линейного двигателя позиционирования, информационной емкости и плотности записи.
практическая работа [1,1 M], добавлен 27.11.2010
