VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY INDIKÁTOR OBSAHU FEROMAGNETICKÝCH FÁZÍ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV AUTOMATIZACE A MĚŘICÍ TECHNIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF CONTROL AND INSTRUMENTATION

INDIKÁTOR OBSAHU FEROMAGNETICKÝCH FÁZÍ METAL COMPONENTS TESTING EQUIPMENT

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER´S THESIS

AUTOR PRÁCE

Bc. ZDENĚK KRUPA

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2009

doc. Ing. PETR BENEŠ, Ph.D.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav automatizace a měřicí techniky

Diplomová práce magisterský navazující studijní obor Kybernetika, automatizace a měření

Student:

Bc. Zdeněk Krupa

Ročník:

2

ID:

49419

Akademický rok: 2008/2009

NÁZEV TÉMATU: Indikátor obsahu feromagnetických fází

POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ: Seznamte se s problematikou nedestruktivního měření obsahu feromagnetických fází v neferomagnetických ocelích. Vypracujte přehled vhodných metod měření. Navrhněte

a

realizujte

přenosný

dotykový

měřič

obsahu

feromagnetických

fází

v neferomagnetických ocelích založený na měření magnetické permeability materiálu. Předpokládaný rozsah měření od 0,05% do 20% obsahu feromagnetických fází. Proveďte základní měření demonstrující funkci přístroje.

DOPORUČENÁ LITERATURA: Dle vlastního literárního průzkumu a doporučení vedoucího práce.

Termín zadání:

9.2.2009

Termín odevzdání: 25.5.2009

Vedoucí práce:

doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D.

Konzultant:

Ing. Martin Papoušek, VÚHŽ

prof. Ing. Pavel Jura, CSc. Předseda oborové rady

ÚSTAV AUTOMATIZACE A MĚŘICÍ M ICÍ TECHNIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních ních technologií Vysoké učení technické v Brně

ABSTRAKT Tato práce se zabývá návrhem přenosného p enosného dotykového měřiče, m určeného k měření ení obsahu feromagnetických fází v neferomagnetických ocelích. První část ást popisuje princip snímače sníma použitého v indikátoru. Následně Následn je uveden přehled ehled trhu, kde jsou vybrány a popsány indikátory vhodné pro měření m obsahu feromagnetických fází. Další část ást se zabývá návrhem hardwaru zařízení, za ízení, který je zaměřen zam na hledání vhodné koncepce měř ěřiče. V této části ásti jsou navrženy obvody pro napájení z baterie, měřící řetězec zec a další obvody. Následuje popis software. Nejprve je popsán software pro DSP, potom je popsán software pro osobní počítač. po Program pro DSP je psán v jazyce C, pro osobní počítač je použit programovací jazyk C#. C V předposlední edposlední části je provedeno kontrolní měření ení indikátoru. Toto měření m je provedeno na testovacích vzorcích a dalších materiálech. V závěru záv jsou shrnuty dosažené výsledky a doporučení doporu pro případné vylepšení.

KLÍČOVÁ SLOVA DSP,GUI,, feromagnetické fáze, indikátor, snímač, C#, USD, A/D,, D/A, PWM

3


ABSTRACT

This thesis deals with designing a portable indicator for measuring of content of ferromagnetic phase in non-ferromagnetic non steels. The first part of the thesis describes the principle of sensor used in the indicator. A market survey is presented, with a description of selected indicators that are suitable for measurement of content of ferromagnetic phases. The following part deals with a design of the device hardware, which is focused on finding a suitable indicator concept. Circuits for battery charge, measuring chain and other circuits are designed in this part. The following part of the thesis describes the function of the software. First Fi it describes the software for DSP, then the software for personal computer. The software for DSP has been programmed in the C language, the software for the personal computer in the C# language. The last part but one describes an inspectional measurement measurement of the indicator. This measurement has been performed on testing samples as well as other materials. The final part presents a summary of the outcomes and provides recommendations for possible improvement.

KEYWORDS DSP, GUI, ferromagnetic phases, indicator, i sensor, C#, USD, ADC, DAC C, PWM

4


Bibliografická citace mé práce: KRUPA, Z. Indikátor obsahu feromagnetických fází. Brno: Vysoké učení u technické v Brně,, Fakulta elektrotechniky a komunikačních komunika ních technologií, 2009. 85 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D.

5

ÚSTAV AUTOMATIZACE A MĚŘICÍ M ICÍ TECHNIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních ních technologií

6

Vysoké učení technické v Brně

Prohlášení „Prohlašuji,

že

svou

diplomovou

práci

na

téma

Indikátor

obsahu

feromagnetických fází jsem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího diplomové práce a s použitím odborné literatury a dalších informačních informa zdrojů,, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlašuji, prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením ením této diplomové práce jsem neporušil autorská práva třetích t osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem zp sobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně pln vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského autor zákona č.. 121/2000 Sb., včetně vč možných trestněprávních důsledk ůsledků vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb.“

V Brně dne: 25. května kvě 2009

………………………… podpis autora

Poděkování Děkuji kuji vedoucímu diplomové práce, práce doc. Ing. Petru Benešovi, Benešovi Ph.D., za účinnou innou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při p zpracování mé diplomové práce. Dále bych rád poděkoval pod koval zaměstnancům zam firmy

VÚHŽ HŽ

a.s,

jmenovit jmenovitě

Ing.

Janu

Roháč Roháčovi,

CS.c

Ing. Martinu Papouškovi, Papouškovi za spolupráci a pomoc přii realizaci zařízení. za

kvě 2009 V Brně dne: 25. května

………………………… podpis autora

a


OBSAH 1. ÚVOD ................................................................................................ ................................ ...............................................12 2. PRINCIP SNÍMAČE SNÍMAČ ................................................................ ......................................................14 2.1 Metoda vířivých ivých proudů proud ................................................................ ..................................................14 2.1.1 Diferenciální transformátorový snímač sníma s potlačeným polem .......................15 2.1.2 Snímač použitý v indikátoru ................................................................ .........................................16 2.2 Hloubka vniku ................................................................................................ ................................ .................................17 3. PŘEHLED EHLED TRHU ........................................................................................... ...........................18 3.1 Indikátory firmy Foerster Tecom ................................................................ ....................................18 3.1.1 Sondy dodávané k přístroji ................................................................ ...........................................20 3.2 Indikátor firmy Fischer ................................................................ ...................................................21 3.2.1 Sondy firmy Fischer ................................................................ .....................................................22 3.3 Indikátor firmy Stefan Mayer Instruments................................ Instruments......................................................23 3.3.1 Sonda indikátoru ........................................................................................... ...........................24 3.4 Další firmy ................................................................................................ ................................ ......................................24 4. VLASTNOSTI SNÍMAČE SNÍMA ................................................................ .............................................25 4.1 Proměření ení parametrů parametr snímače................................................................ .........................................25 4.1.1 Postup měření ............................................................................................... ................................ ...............................25 5. POŽADOVANÉ É VLASTNOSTI INDIKÁTORU INDIKÁT ................................ ........................................ 27 5.1 Požadavky na zpracování dat ................................................................ ..........................................27 6. NÁVRH INDIKÁTORU ................................................................ .................................................28 6.1 Řídicí jednotka ................................................................................................ ................................ ................................28 6.1.1 Připojení ipojení zdroje hodinového signálu ............................................................ ............................30 6.2 Napájecí část ................................................................................................ ................................ ...................................31 6.2.1 Napáječ na baterii ......................................................................................... .........................31 6.2.2 DC-DC Měnič............................................................................................... ................................ ...............................34 6.2.3 Spínaní 5V ................................................................................................ ................................ ....................................35 6.2.4 Napájení DSP................................ ................................................................................................ ................................35 6.2.5 Zapnutí měřiče .............................................................................................. ..............................37 6.3 Měřicí řetězec................................................................................................ ................................ ..................................38

7


6.3.1 Možnosti řešení ešení............................................................................................. .............................38 6.3.2 Generátor harmonického signálu ................................................................ ..................................39 6.3.3 Obvody pro sběr sbě dat................................................................ ......................................................41 6.4 Další obvody ................................................................................................ ................................ ...................................45 6.4.1 Sběrnice SPI................................ ................................................................................................ ..................................45 6.4.2 Externí paměť ............................................................................................... ................................ ...............................46 6.4.3 Displej ................................................................................................ ................................ ...........................................46 6.4.4 Tlačítka a Led diody ................................................................ .....................................................48 6.4.5 Komunikační ční rozhraní ................................................................ ..................................................49 6.4.6 Indikace stavu baterie ................................................................ ...................................................49 6.5 Celkové blokové schéma indikátoru ............................................................... ...............................50 6.6 Schéma héma a deska plošných spojů spoj ................................................................ ......................................51 7. SOFTWARE ................................................................................................ ................................ ....................................52 7.1 Program pro DSP ............................................................................................ ............................52 7.1.1 Výpočett reálné a imaginární složky ............................................................. .............................54 7.1.2 Určení ení obsahu feromagnetických fází .......................................................... ..........................55 7.1.3 Indikace stavu baterie ................................................................ ...................................................56 7.1.4 Přehled ehled použitých funkcí ................................................................ ..............................................56 7.2 Program pro PC............................................................................................... ................................ ...............................60 7.2.1 Popis funkce programu ................................................................ .................................................60 8. MONTÁŽ A OVĚŘENÍ OVĚŘ FUKČNOSTI ......................................................... .........................62 8.1 Testovací vzorky ............................................................................................. .............................62 8.2 Další materiály (hliník, měď, m ocel, nerez) ...................................................... ................................ 64 8.3 Montáž do krabičky krabič ........................................................................................ ........................65 8.3.1 Popiss funkce tlačítek tlač ................................................................ .....................................................66 9. ZÁVĚR ................................................................................................ ................................ .............................................67 10.

SEZNAM LITERATURY................................................................ LITERATURY ..........................................70

11.

SEZNAM SYMBOLŮ, SYMBOL VELIČIN A ZKRATEK .................................... ................................ 72

12.

SEZNAM PŘÍLOH ŘÍLOH ................................................................ ....................................................73

8


SEZNAM EZNAM OBRÁZKŮ OBRÁZK Obrázek 2.1 - Vířivé řivé proudy [4]................................................................ ................................................. 14 Obrázek 2.2 - Diferenciální transformatorový snímač sníma ............................................... ................................ 15 Obrázek 2.3 - Princip snímače sníma použitého v indikátoru .............................................. ................................ 16 Obrázek 3.1 - Magnetoscop 1.069 [7]................................................................ ........................................ 18 Obrázek 3.2 - Feritscope MP30E [8] ................................................................ ......................................... 21 Obrázek 3.3 - Horní snímek sonda EGABW, sonda EGAB spodní snímek [8] ........ 22 Obrázek 3.4 - Permeability Meter FERROMASTER [10] ........................................ ................................ 23 Obrázek 3.5 - Rozměry ěry sondy [10] ................................................................ ............................................ 24 Obrázek 4.1 - Schéma zapojení snímače................................................................ sníma .................................... 25 Obrázek 4.2 - Rozdíl napětí nap mezi sekundárními vinutími snímače če v závislosti na obsahu feromagnetika materiálu. ................................................................ ............................................... 26 Obrázek 6.1 - Blokové schéma TMS230F2808 [11] ................................................. ................................ 29 Obrázek 6.2 - Schéma připojení p ipojení krystalu a krystalového oscilátoru k DSP [12]....... 30 Obrázek 6.3 - Blokové schéma napájecí části ............................................................ ............................ 31 Obrázek 6.4 - Schéma zapojení napáječe napáje na baterii [13] ........................................... ................................ 33 Obrázek 6.5 - Připojení ipojení DC-DC DC měniče [14] ............................................................ ............................ 34 Obrázek 6.6 - Spínání 5V ........................................................................................... ........................... 35 Obrázek 6.7 - Schéma zapojení obvodu napájení DSP [15] ...................................... ................................ 36 Obrázek 6.8 - Schéma zapínacího obvodu v indikátoru ............................................ ................................ 37 Obrázek 6.9 - Blokové schéma měřicího m řetězce ....................................................... ................................ 39 Obrázek 6.10 - Schéma zapojení generátoru vstupního signálu si ................................ 40 Obrázek 6.11 - Schéma zapojení napěťové nap reference s filtrem [18].......................... 42 Obrázek 6.12 - Schéma zapojení A/D převodníku p [17] ............................................. ................................ 43 Obrázek 6.13 - Schéma zesilovače zesilova na vstupu A/D převodníku ................................. ................................ 45 Obrázek 6.14 - Schéma zapojení paměti pam [20] ............................................................ ............................ 46 Obrázek 6.15 - Schéma připojení p displeje ................................................................ ................................. 47 Obrázek 6.16 - Zapojení tlačítek tla a LED diod ............................................................ ............................ 48 Obrázek 6.17 - Schéma připojení p FTDI ................................................................ ..................................... 49 Obrázek 6.18 - Indikace stavu baterie ................................................................ ........................................ 50

9


Obrázek 6.19 - Výsledné blokové schéma ................................................................ ................................. 50 Obrázek 7.1 - Funkce programu DSP ................................................................ ........................................ 53 Obrázek 7.2 - Výpočet čet RE, IM složky ................................................................ ....................................... 55 Obrázek 7.3 - Indikace ce stavu baterie ................................................................ .......................................... 56 Obrázek 7.4 - Komunikace mezi PC a DSP............................................................... ............................... 60 Obrázek 7.5 - Vytvořený software ................................................................ ............................................. 61 Obrázek 8.1 - Grafická závislost obsahu feromagnetika na vypočtené vypočtené Re[0]-Re[k] složce ................................................................................................ ................................ .......................................................... 63 Obrázek 8.2 - Komplexní rovina naměřených nam hodnot pro různé zné vzorky................... 64 Obrázek 8.3 - Umístění desky plošných spojů spoj do krabičky ....................................... ................................ 65 Obrázek 8.4 - Indikátor v nesešroubovaném stavu .................................................... ................................ 66 Obrázek 9.1 - Finální verze indikátoru ................................................................ ...................................... 69

10


SEZNAM AM TABULEK Tabulka 1 - Magnetoskop 1.069 - technická data ...................................................... ................................ 19 Tabulka 2 - Přehled ehled parametrů parametr indikátoru FERITSCOPE ......................................... ................................ 21 Tabulka 3 - Změřené ěřené hodnoty snímače sníma ................................................................ ...................................... 26 Tabulka 4 - Vypočtené čtené hodnoty Re a Im složky testovacích vzorků vzorků ......................... 62 Tabulka 5 - Vypočtené čtené tené hodnoty Re a Im složky pro další materiály ......................... 64

11


1.

ÚVOD

Ocel je jedním z nejdůležitějších materiálů používaných pro výrobu polotovarů. V dnešní době dob je nejvíce rozšířený způsob sob výroby ocelí plynulé odlévání. Plynulé odlévání je proces, při p kterém je tekutá ocel plynule lynule dodána do krystalizátoru. V krystalizátoru dochází ází ke chladnutí a tuhnutí oceli. Před P procesem odlévání oceli dochází k směšování prvků,, které oceli dávají jeho jedinečné vlastnosti. Podle materiálů, materiál použitých při výrobě,, se odlišují různé rů druhy oceli. Jedním z druhů oceli li jsou tzv. nemagnetické oceli, tyto oceli v ideálním případě neobsahují feromagnetické fáze. Výrobci materiálů uvádějí, jí, kolik daná ocel obsahuje procent příměsí. Hodnoty odnoty příměsí jsou ovšem s určitou itou tolerancí a vlivem náročnosti při výrobě, dochází k tomu, že nemagnetická ne ocel ve skutečnosti čnosti obsahuje malé procento feromagnetických fází. fází Tyto fáze vznikají také přii opracování materiálů. materiál K určení skutečné né hodnoty, hodnoty po opracování výrobku, slouží navržený indikátor. indikátor Hlavní součásti části indikátoru je snímací prvek. prvek V první části textu jsou popsány metody měření a princip rincipy snímacích prvků. Poslední popsaný je ten, který bude v indikátoru použitý. Samotný snímač byl dodán firmou VÚHŽ, a spolu s navrženým indikátorem tvoříí jeden celek. Následuje přehled řehled trhu. V této kapitolee byla snaha nalézt výrobce zabývající se problematikou nedestruktivního měření. m Z nabízených produktů vybraných firem byly nalezeny ty, které se hodí pro určení ení feromagnetických fází ocelí. Parametry a vlastnosti těchto měřičů ěřičů byly rozepsány v textu. Další část ást je věnována v určení parametrů snímače. e. Snímač Sníma dodaný firmou VÚHŽ byl proměřen ěřen v laboratořích této firmy. Změřené ené údaje byly zaznamenány do tabulky a na základěě změřených zm hodnot byl navržen měřící řetězec. ězec. Následuje samotný návrh koncepce indikátoru. Během hem návrhu bylo potřeba pot určit it požadavky na tvorbu indikátoru. Na základě základ těchto chto požadavků byly navrženy a podrobně popsány jednotlivé bloky koncepce indikátoru. V závěru záv této časti je zobrazeno výsledné blokové schéma. V příloze je pak kompletní obvodové obvodo schéma, návrh plošných spojů a seznam součástek.

12


Další část ást je věnována vě popisu software. Nejprve je popsán software pro DSP, který je vytvořen v jazyce C. Následuje popis programu pro PC vytvořeného v programovacím jazyce C#. C Text obsahuje nejdůležitější funkce unkce obslužného programu pro DSP, důležitá bloková blokov schémata, popis hlavní smyčky DSP,, atd. atd Předposlední poslední část část se zabývá montáží elektroniky do krabičky. krabi Jsou zde popsány použité mechanické prvky. prvky V této kapitole je rovněž popsáno ověření ov vlastností indikátoru, v grafu jsou pak zobrazeny výsledky měř ěření pro jednotlivé materiály. Závěrem rem jsou shrnuty dosažené výsledky a parametry indikátoru. Text rovněž obsahuje zhodnocení a doporučení pro ověření vlastností v průmyslovém ůmyslovém prostředí. prost

13


2.

PRINCI SNÍMAČE PRINCIP

K určení obsahu feromagnetických fází je možné využít magnetických vlastností materiálu. Snímač vyvinutý ve VÚHŽ těchto chto vlastností využívá, vy a je založen na metodě vířivých víř proudů. V následující ící kapitole je tato metoda popsána. 2.1

METODA VÍŘIVÝCH VÍ PROUDŮ

Tato metoda vychází ze základních fyzikálních zákonů. zákon Střídavý proud zákonů procházející cívkou generuje kolem cívky magnetické pole. Po přiblížení p k vodivému materiálu, magnetické agnetické pole cívky generuje proud uvnitř uvnit materiálu. Vzniklý proud tvoří uzavřené smyčky, myčky, které jsou kolmé k magnetickému toku. Těmto T proudům říkáme vířivé proudy. Na následujícím obrázku je znázorněnn princip. princip Budicí proud i Magnetické pole

Vodivý materiál

Vířivé ivé proudy

Obrázek 2.1 - Vířivé proudy [4] Vířivé ivé proudy kolem sebe vytvářejí vytvá ejí vlastní magnetické pole, které působí společně s hlavním magnetickým polem cívky. cívky Toto působení sobení má vliv na impedanci primární cívky. Měř ěřením této impedance pak lze zjistit vlastnosti měřeného m materiálu.

14


2.1.1 Diferenciální enciální transformátorový snímač s potlačeným čeným polem Základem snímače sníma e je primární cívka navinutá na feritovém jádře. jád Ta je buzena střídavým ídavým proudem. Na jádře jsou dále navinuta sekundární vinutí. Na těchto t vinutích se, vlivem magnetického pole vzniklého buzením primární cívky, indukuje napětí. Toto napětí ětí je úměrné úm budicímu proudu. Přiblížením iblížením ne-feromagnetického, ne elektricky vodivého předmětu př začnou na tělese vznikat vířivé ivé proudy. Tyto proudy vytvářejí ejí vlastní magnetické pole a působí p sobí proti poli primární cívky. Výsledná intenzita pole se zmenšuje a je ovlivněno ovlivn i výstupní napětí tí na sekundárním vinutí. Z velikosti změny ny napětí napě lze posuzovat vlastnosti měřeného ného materiálu. Tyto snímače če se v některé literatuře označují jako snímače sníma s vnesenou impedancí,, nebo taky snímače sníma s potlačeným polem.. Princip je znázorněn znázorn na Obrázku 2.2. Tento snímač sníma lze v měření ení využít, ovšem vzhledem k tomu, že firma VÚHŽ má již vyvinutý nutý vlastní snímač, sníma byl nakonec použit jiný, jiný popsaný v další kapitole.

u1 ud u2

Měřený materiál Obrázek 2.2 - Diferenciální transformatorový snímač sníma

15


2.1.2 Snímač nímač použitý v indikátoru Navrhnutý snímač sníma obsahuje primární cívku a další sekundární vinutí. vinutí Buzeno je střídavým ídavým proudem pouze primární vinutí. Dvě sekundární ekundární vinutí jsou zapojena do série. K jedné straně snímače je přiložen referenční ní materiál. K druhé straně je přiložen měřený ený materiál. Pokud by byly materiály stejné, budou udou výstupní signály ze sekundárních vinutí rovněž rovn shodné. V opačném případě dojde k rozdílu v měřených signálech. Vyhodnocovat ocovat lze jak rozdíl amplitud mezi sekundárními vinutími, tak i fázový posun. Princip snímače, sníma který bude použit v indikátoru, indikátoru je naznačen na Obrázku 2.3. 3. Toto zapojení bylo vybráno na základě základ zkušeností a doporučení doporu VÚHŽ.

Referenční materiál i u2

u1

Měřený materiál Obrázek 2.3 - Princip snímače použitého v indikátoru

16


2.2

HLOUBKA VNIKU

Z principu je patrné, že jednou z vlastností, která má vliv na hloubku vniku je vzdálenost od snímaného materiálu. Výsledný indikátor má být dotykový, čili se dá předpokládat, že měř ěřicí element bude s měřeným eným materiálem spojen. Tím máme zajištěnu nulovou vzdálenost od o snímaného materiálu. Dalšími parametry ovlivňujícími ujícími hloubku vniku jsou elektrická vodivost a magnetická permeabilita. S rostoucí vodivostí a magnetickou permeabilitou se hloubka vniku snižuje. Posledním parametrem, ovlivňujícím hloubku vniku je frekvence frekven budicího signálu. Podle skin-efektu efektu víme, že při p vysoké frekvenci vznikají proudy pouze na povrchu vodiče. Z toho je zřejmé, z že pro nízkofrekvenční ní signál bude hloubka vniku větší. Naopak pro signál s vysokým kmitočtem tem bude hloubka vniku malá. Pro určení hloubky vniku platí tento vztah:

δ=

2ρ

ωµ

δ - hloubka vniku je definována jako “vzdálenost vzdálenost pod povrchem vodivého tělesa,, ve které se magnetické pole utlumí na 37% intenzity na povrchu“. ω − úhlová frekvence ρ − elektrická rezistivita materiálu µ − relativní permeabilita

17


3.

PŘEHLED ŘEHLED TRHU

Měřením ením permeability materiálů materiál se zabývá celá řada ada firem. Méně firem už ovšem nabízí své indikátory určené ur k měření ení obsahu feromagnetických fází. Vyráběné né indikátory jsou vyráběny pro víceúčelové měření. ení. Jednak pro měření m tloušťky materiálů, ů, hledání defektu, atd. V podstatě všechny indikátory jsou založeny na metodě vířivých ivých proudů, která je známá již řadu adu let. Jednotliví výrobci se liší především edevším použitím různých r měřících sond, odlišující jící se tvarem i uspořádáním uspo uvnitř. Každý indikátor má v sobě implementovány různé zné vyhodnocovací metody, kteréé jsou ovšem chráněny chrán patenty. Mezi přední ední výrobce indikátoru pro měření m obsahu feromagnetických fází fáz jsou firmy Foerster TECOM,, Fischer. 3.1

INDIKÁTORY FIRMY FOERSTER F TECOM

Firma irma Foerster TECOM patří pat mezi největší tší výrobce zabývající se nedestruktivním zkoušením materiálů. materiál Jejich přenosné přístroje ístroje jsou použitelné v řadě aplikací, např. letecké údržbě,, projektování továren, všeobecné mechanice. Indikátory pracující na principu vířivých ví proudů jsou vhodné pro zjišťování zjiš povrchových vad materiálů, materiál elektrické vodivosti a zjišťování ťování magnetických vlastnosti matriálů. matriál Z celé řady měřicích přístrojů,, které firma nabízí, lze l pro zkoumání obsahu feromagnetických fází použít použ tzv. MAGNETOSCOP 1.069. Tento indikátor je určen ur k měření magnetické permeability materiálů materiál a nízkého magnetického pole s vysokou přesností. Přesnost ost dosahuje +-2,5% + z plného rozsahu Měřící rozsah pro měření rozsahu. ení permeability je 1.0001µ 1 r – 2 r. Obsahuje rozhraní RS232 pro komunikaci z PC. Je 2µ bateriov napájený. Z toho je zřejmé, bateriově ejmé, že je přístroj p přenosný. Umož Umožňuje volbu různých měřících ících jednotek. Indikátor v balení Obrázek 3.1 Magnetoscop 1.069 [7]

obsahuje dva kalibrační etalony pro kalibraci před p měřením. K měření využívá principu vířivých ivých proudů. proudů

Pomocí sond

umožňuje přímé ímé spojení s měřeným místem. Dále obsahuje vnitřní paměť pam o velikosti

18


30MB. Indikátor obsahuje vyjímatelnou paměťovou pam u kartu o velikosti 1Gb. Umožňuje uje až 8 hodin provozu při p plném nabití baterií. Přístroj je vhodný pro ruční ru použití a obsahuje velký přehledný p displej. Cena přístroje roje je poměrně vysoká. Pohybuje se v rozmezí 9 500 až 10 000 USD (zhruba 250 000 Kč). Kč Technická data jsou shrnutá v Tabulce č. 1. Technické údaje byly vyčteny z katalogového listu literatury [7].

Tabulka 1 - Magnetoskop 1.069 - technická data Váha

0.82kg (s baterií)

Napájecí baterie

5x1.5 VDC alkalické AA baterie, nebo NIMH baterie (7.5 VDC, 1800mAH)

Teplotní rozsah

0°C až 40°C

Přesnost měření

+-2.5% z plného rozsahu

Linearita

+-0.2% měřeného rozsahu

Časová asová odezva displeje

<= 0.3 sekund

Maximální citlivost

0.1nT limitovaná měřící sondou

Krytí přístroje

IP 54

Rozsah pro měření

µr=1.0001 - 2

permeability

Přístroj ístroj nabízí pro měření m ení magnetického pole a permeability různé r druhy sond. Pro měření ení permeability ovšem pouze jednu. Je určena ur ena pro absolutní měření m permeability materiálů. materiálů [6]

19


3.1.1 Sondy dodávané k přístroji Jak již bylo zmíněno, zmín je tento indikátor použitelný pro ro mnohostranné měření. m Spolu s přístrojem ístrojem lze objednat tyto sondy: •

Sonda pro měř ěření gradientu a intensity pole

•

Diferenční ní sonda

•

Jednopólová sonda

•

Mikropólová sonda

•

Mikrodiferenč sonda Mikrodiferenční

•

Sonda zbytkového pole

Sondy jsou ovšem použitelné pro měření m ení magnetického pole. Chceme-li Chceme měřit permeabilitu materiálu. Je třeba t k měření použít jednu z následujících sond: •

Sonda pro měř ěření permeability - standardní

•

Sonda pro měř ěření permeability - 10x standardní citlivost

•

Mikrosonda pro měření m permeability

Každá sonda je vhodná pro různé r typy materiálů. Připevněním ěním sondy k přístroji lze spustit úplný, nebo porovnávací proces. Těmito T mito procesy lze jednoduše zjistit, zda měřený ený materiál vyhovuje či nikoliv.

20


21


3.2

INDIKÁTOR FIRMY FISCHER FISC

Firma Fischer nabízí rovněž různé druhy indikátorů. Přístroj řístroj FERITSCOPE FERITSCO MP30E je určený pro měření m ení feromagnetických komponent v austenitických a duplexních ocelích. A pro danou aplikaci je vhodný. Jeho měřící ící rozsah je od 0.1 do 80% Fe v austenitických kých a duplexních ocelích.

Je

vybaven

jak

radiovým

vysílačem, tak i sériovou linkou pro připojení

PC.

Indikátor

obsahuje

9V

baterie, a je přenosný. enosný. Indikátor je možné provozovat i přii vybité baterii, musí být ovšem zapojen do sítě. sítě Obsahuje velký LCD displej pro přímé římé odečítání ode hodnot. Obrázek 3.2 - Feritscope MP30E [8]

Samozřejmostí uložení

je

měřené ené

pam paměť

umožňující

hodnoty.

Kapacita

měřených údajů je maximálně maximáln 10 000 záznamu ve stovce předvolitelných ředvolitelných aplikací. Před měřením ením je možné přístroj p kalibrovat kalibračnímii sondami, které jsou součástí balení. V balení jsou rovněž rovn obsaženy kalibrační ní vzorky. K přístroji je možné připojit několik ěkolik druhů druh sond podle druhů měření. Bohužel užel v katalogovém listu nejsou zmíněny některé ěkteré podstatné informace. Jako například nap íklad údaj informující o přesnosti a linearitě. Vlastnosti měřicího m přístroje jsou shrnuty v Tabulce T 2. Tabulka 2 - Přehled parametrů indikátoru FERITSCOPE Váha

0.82kg (s baterií)

Baterie

9V

Kapacita paměti

10 000 záznamů

Velikost displeje

60 x 30 mm

Krytí přístroje

IP 54

Komunikace s PC

RS-232 , Bezdrátový modul

Měřící rozsah

0,1 − 80% Fe


3.2.1 Sondy firmy Fischer Fis Podobně jako firma Foerster F nabízí i firma Fischer her pro měření měř různé druhy sond. Pro měření ení permeability lze využít následující:

-

EGAB 1.3-Fe

-

EGAB 1.3L-Fe 1.3L

-

EGABW 1.3-Fe 1.3

Obrázek 3.3 - Horní snímek sonda EGABW, sonda EGAB spodní snímek [8]

22


23


3.3

INDIKÁTOR FIRMY STEFAN STEF MAYER YER INSTRUMENTS

Tato firma má rovněž rovn ž ve své nabídce indikátory pro nedestruktivní testování. Jejich

přístroj ístroj

pro

m ení měření

permeability

se

nazývá

Permeability

Meter

FERROMASTER. R. Přistroj Př je velice jednoduchý a určený čený pouze k měření permeability. Měřící ěřící rozsah magnetické permeability přístroje p ístroje je od 1.001 až 1.999. Rozlišovací schopnost přístroje je 0.001. Obsahuje LCD displej s 3.5 digit. Součástí přístroje ístroje je i kalibrační materiál. mate Stupeň krytí přístroje ístroje je IP65. Je uřčen u pro kvalitní kontrolu nerezových ocelí. Lze ho využít pro třídění t ní materiálů, detekci feromagnetických částí v materiálu, atd. Teplotní pracovní rozsah indikátoru je od 0 do 50°C. Je napájen 9V alkalickou baterii. Doba běhu přístroje ístroje při p plném dobití baterie je přibližně 100h. Váha celého indikátoru je 340g.

Obrázek 3.4 - Permeability Meter FERROMASTER [10]


3.3.1 Sonda indikátoru Přístroj ístroj je velice jednoduchý na rozdíl od indikátoru od firmy Foerster a Fisher. V balení obsahuje pouze jednu sondu o délce 1.5m. Rozměry Rozm sondy jsou zobrazeny razeny na následujícím Obrázku 3.5.

Obrázek 3.5 - Rozměry sondy [10]

3.4

DALŠÍ FIRMY

Nedestruktivním destruktivním zkoušením materiálu se zabývá daleko více firem. Ovšem indikátorů vhodných pro měření m permeability není příliš íliš mnoho. Firmy se převážně p zabývají defektoskopií defektoskopi jako například česká eská firma Testima která se specializuje na kompletní řešení ešení nedestruktivní nedest kontroly.

24


25


4.

VLASTNOSTI SNÍMAČE SNÍMA

Snímač použitý pro měření m byl vyroben již dříve ve VÚHŽ. VÚHŽ Abychom byli schopni snímač správně správn používat, bylo potřeba eba nejprve zjistit jeho parametry. O snímačii bylo známo pouze zapojení vývodů vývod a vnitřní odpor jednotlivých vinutí. Na základě proměřených ených parametrů parametr je možné správně navrhnou měřící ěřící řetězec. 4.1

PROMĚŘ PROMĚŘENÍ PARAMETRŮ SNÍMAČE

Snímač má jedno primární vinutí a další dvě dv sekundární. Primární vinutí má impedanci 182 Ω a sekundární mají 8.6 Ω. Pro změření ení snímače sním byl použit harmonický signál o amplitudě amplitud 3Vpp, frekvence signálu je 50 Hz. Snímač Sníma byl zapojen podle dle následujícího schématu:

kanál 2

1

3

Snímač

GEN 2

mV

4 Osciloskop 5 mV kanál 1

Obrázek 4.1 - Schéma zapojení snímače

4.1.1 Postup měření m K měření ení byly použity 4 zkušební vzorky, u kterých byl předem př znám obsah feromagnetických fází. fáz Tyto vzorky byly postupně přiloženy k snímači sní a po změření byly zapsány efektivní hodnoty napětí na sekundárních vinutích, vinutích viz Tabulka 3. Během měření ení byl sledován i údaj o fázovém posunutí mezi signály. Průběhy signálu byly kontrolovány osciloskopem.


26


Tabulka 3 - Změřené hodnoty snímače Signál=sin 3 Vpp

1 vinutí

Obsah feromagnetika [%] 0 0,05 0,5 1,7 3,4

2 vinutí

V1[mV] 4,791 4,791 4,791 4,792 4,792

Rozdíl

V2[mV] 4,792 4,794 4,8 4,822 4,86

V2-V1 V1 [µV] V] 1 3 9 30 68

Z naměřených ených hodnot je vidět, vid že při narůstajícím stajícím obsahu feromagnetických fází narůstá i napětí ětí tí na druhém vinutí. Závislost rozdílu mezi prvním a druhým vinutím na obsahu feromagnetika je lineární viz Obrázek 4.2. Fázový rozdíl mezi jednotlivými vzorky byl osciloskopem nerozeznatelný. 80 70

U[µ µ V]

60 50 40 30 20 10 0 0

1

2

3

4

Obsah feromagnetika [%]

Obrázek 4.2 - Rozdíl napětí nap mezi sekundárními vinutími snímače sníma v závislosti na obsahu feromagnetika materiálu.

Seznam použitých měřících měř přístrojů je následující: • Generátor: Agilent 33220A, S/N: MY44015085 • Osciloskop: Tektronix TDS3014B S/N: B032205 • Milivoltmetr:: Keithley 2000 S/N:0806439


5.

POŽADOVANÉ VLASTNOSTI VLASTNOST INDIKÁTORU

Před započetím četím návrhu samotného indikátoru bylo potřeba potřeba určit ur požadované vlastnosti celého systému.

Požadavky: • Použití DSP řady TMS320FXXXX • Rozsah měření: ěření: 0.05% – 20% • Přesnost: 0.1% • Bateriové napájení • Komunikace s PC pomocí USB. • Displej • Ovládací tlačítka čítka • LED diody • Paměť pro naměřená naměř data • Požadavky na generovaný signál • Harmonický signál o amplitudě amplitud cca 3Vpp • Frekvence signálu 50Hz • Budicí proud primárního vinutí max. 50mA 5.1

POŽADAVKY NA ZPRACOVÁNÍ DAT

Pro buzení primárního vinutí bude, bude podle požadavku, použit harmonický signál o amplitudě přibližně př 3Vpp a frekvenci 50Hz. Požadovaný minimální proud do primárního vinutí je 50mA. Na základě základ těchto požadavkůů je potřeba pot navrhnout koncový obvod generátoru signálu. Zpracování dat bude provádět provád DSP. Z naměřených dat, na dvou sekundárních vinutích, vinutích se bude vyhodnocovat vyhodnoco rozdíl napětí mezi těmito mito vinutími. Naměřená ená data budou získána z A/D převodníků. Návrh indikátoru včetn četně měřícího řetězce je popsán v následující kapitole. kap

27


6.

NÁVRH ÁVRH INDIKÁTORU

Jednou z nejdůležitějších nejdů částí ástí celého indikátoru je hlavní řídící jednotka, která bude zpracovávat ovávat naměřená nam data. Jelikož ve VÚHŽ používají signálové procesory firmy Texas Instruments, Instruments byl vybrán procesor, na který mají vývojové prostředky. edky. Zvolený procesor je TMS320F2808. Dále v textu budou jednotlivě jednotliv popsány všechny části sti v návrhu. 6.1

ŘÍDICÍ ÍDICÍ JEDNOTKA

Řídicí ídicí jednotka je tvořena tvo ena signálovým procesorem TMAS320F2808. Procesor je napájen napětím tím 1.8V pro jádro CPU a 3.3V pro I/O. Je vhodný pro bateriově bateriov napájené zařízení. ízení. Obsahuje šestnáct 12 bitových A/D převodníků. p evodníků. Paměť Pam pro data je 18 x 16 bitu SARAM. Pro program 64 x 16 bitu Flash. Maximální frekvence je 100Mhz. Obsahuje sériové sběrnice sb SPI, SCI, I2C, CAN. Pro generování výstupního signálu je procesor vybaven 16 kanály PWM.

Přehled důležitých parametrů parametr DSP TMS320F2808 Napájeni: • 3.3V I/O, 1.8V jádro Frekvence: • Max 100Mhz Paměť: • 64K X 16 Flash(128kB) • 18K X 16 SARAM (36kB) Sériové sběrnice • 4x SPI • 2x SCI (UART) Modules • 2x CAN Modules • 1x (I2C)

28


A/D převodníky- 12Bit ADC • 12-Bit • 16 kanálů • Sample and hold • 6.25 MSPS

Obrázek 6.1 - Blokové schéma TMS230F2808 [11]

29


Procesor máá v sobě implementován bootloader pro možnost programování přímo po sériové lince. Samozřejmostí Samoz ejmostí je JTAG konektor pro programování pomocí emulátoru. Výhoda JTAG programování spočívá spo v možnosti ladění lad programu. Programovací prostředí pro DSP je Code Composer Composer Studio IDE. Toto studio lze stáhnout přímo ímo ze stránek firmy Texas Instruments. Během B hem ladění musí být k DSP připojeno ipojeno napájecí napětí nap a zdroj hodinového signálu.

6.1.1 Připojení ipojení zdroje hodinového signálu Možnosti jak generovat hodinový signál jsou dvě. dvě. První je j připojení krystalového oscilátoru a druhá je použití klasického krystalu. Ve schématu jsou obsaženy obě varianty, varianty po odzkoušení bude zvolena jedna z nich. Připojení krystalového oscilátoru (U5) bylo převzato z [12]. Zapojení krystalu je doporučené doporu přímo ímo od výrobce. Odpory R23,R6 slouží pro volbu jedné čii druhé varianty.

Obrázek 6.2 - Schéma připojení p ipojení krystalu a krystalového oscilátoru k DSP [12]

30


31


6.2

NAPÁJECÍ ČÁST

Měřič bude napájen pomocí Li-ion baterie. Protože by bylo nepraktické vytahovat baterii a dobíjet ji před každým měřením, bude napájecí část obsahovat obvod pro napájení baterie. Napájení tohoto t obvodu bvodu bude realizováno pomocí připojeného ipojeného adaptéru, adaptéru nebo napětím z USB. Stejnosměrné rné napětí nap z baterie je přiváděno k DC-DC DC měniči m i ten zajistí napájení displeje a napěťové nap reference. Procesor vyžaduje napájecí napětí nap tí 3.3V a pro jádro 1.8V. Toto napětí nap nám zajistí obvod TPS767D301. USB 5V

5V

Napajec na baterii bq2057

3,7V

Zapinání / Vypináni 4.1V

Baterie LI2200

3.3V CORE 1.8V

5V

3,7V DC-DC MAX1797

Napajeni TPS767D301 5V

Obrázek 6.3 - Blokové schéma napájecí části

6.2.1 Napáječ na baterii Obvodu pro nabíjení baterii existuje exist celá řada. Tyto yto obvody vyrábí vyráb různé firmy jako například íklad Maxim Integrated Products, Products Texas Instruments, Microchip. Jelikož je DSP firmy Texas Instruments, I byl vybrán obvod od stejného výrobce. Obvod by měll umožňovat umožň dobíjení baterie a v případě dobití baterie se přepnout p do klidového režimu. Tomuto požadavku poža vyhovuje například íklad obvod BQ2057. Parametry BQ2057C:: • možnost dobíjení 1 až 2 Li-ion nebo Li-pol článků (4.2V, 8.4V) • Teplotní ochrana • Indikace ndikace stavu dobíjení


• Nastavitelný nabíjecí proud Popis funkce teplotní ochrany: Teplotní ochrana se nastavuje pomocí odporového děliče.. V obvodu bq2057 jsou komparátory, které porovnávají vstupní hodnotu napětí nap s referenčními. refer Pokud se na vývodu TS objeví napětí nap větší nebo menší než je stanovená mez, obvod o přestane baterii nabíjet a vývod ývod STAT přejde p do stavu vysoké impedance. Vzorce pro výpočet jsou uvedeny v katalogových listech [13]. Před výpočtem čtem bylo zapotřebí zapot zvolit baterii rii a termistor. Z katalogových listů byla zvolena baterie LI2200 a termistor termistor 164N47k. Minimální a maximální dobíjecí teplota pro baterii je 0 – 40°C, těmto mto teplotám odpovídají hodnoty termistoru. RTH=24k – odpor termistoru při p 40°C RTC=24k – odpor termistoru termis při 5°C Výpočet odporů RT 1 =

5 × RTH × RTC 5 × 24kΩ × 126kΩ = ≅ 56kΩ 3 × ( RTC − RTH ) 3 × (126kΩ − 24kΩ)

RT 2 =

5 × RTH × RTC 5 × 24kΩ × 126kΩ = ≅ 180kΩ [(2 × RTC ) − (7 × RTH )] [(2 × 126kΩ) − (7 × 24kΩ)]

Parametry baterie LI2200

• Napětí - 3.7V-3.0V 3.0V • Vydrž: - 2200mAh • Nabíjecí napětí

- 4.2V – +-0.03V

• Max nabíjecí proud

– 1.47A (0 - +40°C)

• Max vybíjecí proud

- 4.2A (0 - +40°C)

32


Obrázek 6.4 - Schéma zapojení napáječee na baterii [13]

Popis zapojení Obvod byl zapojen podle katalogových listů list [13]. Dioda D7 a D8 byla přidána idána jako ochrana proti přepólování. Konektor J9 slouží k připojení řipojení 5V adaptéru. Vývod USB5V představuje ředstavuje napájecí napětí nap přiváděné z USB konektoru. Velikost nabíjecího proudu z adaptéru je nastavena odporem R16 na 500mA podle katalogových listů. list Velikost nabíjecího proudu, po přivedení řivedení napětí nap z USB, byla omezena odporem R17 na 250mA. Led dioda D6 a odpory R57 a R40 jsou v zapojení připojeny ipojeny pro kontrolu připojeného p adaptéru.

33


6.2.2 DC-DC DC Měnič M Na baterii je potřeba pot připojit DC-DC měnič, který zajistí ajistí 5V pro další obvody.

Z několika kolika možných obvodů obvod byl vybrán rán obvod BQ2057, protože má

příznivou íznivou cenu, vysokou účinnost, ú a je lehce dostupný. Parametry ametry obvodu jsou vypsány níže: • Napájecí napětí ětí – 0.7 – 5.5V • Výstupní napětí ětí nastaveno nastaven na 5V • Maximální výstupní proud – 1.5A • Účinnost – 95% Obsahuje pin Shutdown (použitý pro vypnutí obvodu přii poklesu napětí nap na baterii).

Výpočet odporů: vě než 250kΩ - zvoleno R21=1MΩ R21 – voli se větší R18 = R21 * [(VTRIP / 0.85V ) − 1] = 1MΩ * [(3.3V / 0.85V ) − 1] ≅ 2.7 MΩ

Obrázek 6.5 - Připojení DC-DC měniče [14]

34


6.2.3 Spínaní 5V Obvody, které pro svou činnost potřebují ebují napájecí napětí nap 5V je nutné odpojovat od napájení. Je to potřeba, pot aby přii vypnutém stavu nebylo zbytečně zbyte odebíráno napětí z baterie. Spínání lze jednoduše vyřešit vy ešit spínáním dvou tranzistorů tranzistor viz následující schéma:

Obrázek 6.6 - Spínání 5V Popis funkce: Vývod ENABLE-5V ENABLE je připojen k DSP přii úrovni log 1 je tranzistor Q10 otevřen, odpor R55 „přitáhne” „p G tranzistoru Q9 k 5V a Q9 se uzavře. uzav V opačném případě (přii log 0) je tranzistor tra Q10 uzavřen a Q9 otevřen. řen. Odpor R51 zajistí přizemnění ní báze tranzistorů tranzistor Q10, pokud bude na pinu ENABLE-5V ENABLE stav vysoké impedance. Tranzistor Q11 je připojen p paralelně k tranzistoru Q9 a bude osazen pouze v případě,, že proud tekoucí přes p tranzistor Q9 bude příliš íliš velký.

6.2.4 Napájení DSP Signálový procesor pro svoji funkci potřebuje pot dvě napájecí napětí, nap 1.8V pro jádro CPU a 3.3V pro I/O. Pro správnou funkci musí být dodrženo pořadí po připojení jednotlivých napětí. ětí. Nejprve se musí přivést p napětí tí 3.3V a poté napětí nap 1.8V. Přímo pro napájení procesorů procesor Texas Instrument je doporučován ován výrobcem napěťový nap regulátoru TPS767D301.

35


Parametry obvodu TPS767D301 TPS tupní proud max. 1A. • Výstupní • Dva regulátory napětí: nap • První nastavitelný 1.5V-5.5V • Druhý pevný 3.3V nap na prvním regulátoru: Výpočet pro nastavení napětí

Vref = 1.1834 - Vnitřní Vnit reference regulátoru Vout = 1.8V - Napětí Napě pro jádro DSP standardn podle katalogových listů. R2 = 30.1k – Zvoleno standardně

V   1.8V  R3 =  out − 1 xR2 =  − 1 x30.1kΩ = 15kΩ V   1.1834V   ref 

Obrázek 6.7 - Schéma zapojení obvodu napájení DSP [15]

36


Popis funkce: Po přivedení ivedení log 0 na 2EN se zapne regulátor 2 a k napájecím vývodům vývod DSP se přivede ivede 3.3V. Zapnutím tohoto regulátoru dojde k sepnutí tranzistoru M1. Tím se přivede log 0 na vývod vod 1EN a zapne se regulátor 1. Se zpožděním ěním se přivádí p napětí pro jádro DSP. Po přivedení obou napětí nap tí se DSP resetuje signálem RESET. Schéma bylo převzato z doporučeného doporu zapojení [15]. Napájecí napětí tí pro regulátor 2 je 5V, protože přii poklesu napětí nap na baterii pod 3,5 V by regulátor přestal řestal pracovat. 6.2.5 Zapnutí měřiče m Jednou z variant jak zapnout měřič m je používat klasický vypínač. vypína Jelikož bude indikátor možné připojit řipojit k PC, bylo by vhodné, aby se sám uvedl do činnosti s přivedením ivedením napájecího napětí nap z USB rozhraní. Toto můžeme žeme vyřešit vy například tranzistorem, který sepne při p přivedení USB a tím přivede ivede napájecí napětí nap pro procesor. Další variantou je použití invertoru s otevřeným eným kolektorem. Jednotlivé vstupy invertoru lze pak použít jak pro sepnutí pomocí tlačítka čítka tak i pro sepnutí v případě propojení s PC pomoci USB. Obvod vhodný pro toto použití je například nap SN74LV05A. Umožňuje Umožň napájecí napětí v rozmezí 2-5.5V, 5.5V, a proto ho lze napájet přímo ímo z baterie. Schéma zapojení je uvedeno na následujícím schématu.

Obrázek 6.8 - Schéma zapínacího obvodu v indikátoru

37


Popis funkce: Tlačítko ítko S6 slouží pro zapnutí přístroje. p Ve výchozím stavu odpor R35 zajistí, že na vstupu invertoru toru U15A je úroveň log0. Vývod CBUS3 zajistí automatické zapnutí indikátoru po připojení p USB konektoru. Signál je dvakrát invertován, protože při zapnutí USB je na CBUS3 log0. Pokud není připojeno př USB ani není přivedeno ivedeno na signál ON/OFF log1, log1 bude na výstupu z invertoru úroveň log1, signál ON je také v log1 a napájení pro regulátor je vypnuto. Pokud dojde na kterémkoliv vstupu invertorůů U15A,U15B,U15C k přivedení ení log1, dojde k přepnutí invertoru a na vývodu ON se nastaví log0. Tím se zapíná píná napájení pro DSP. DSP

6.3

MĚŘICÍ ĚŘICÍ ŘETĚZEC

Jednou z nejdůležitějších nejd částí indikátoru je návrh měřícího m řetězce. V následujícím textu jsou popsány jednotlivé části řetězce zce od generování genero vstupního signálu, až po obvody zajištující sběr sb dat. 6.3.1 Možnosti řešení Měřící řetězec ězec musí obsahovat obsahovat generátor pro buzení primárního vinutí, vinutí a obvody pro sběr ěr dat. Nejsnazší možností tvorby generátoru je využití mikrokontroléru s D/A převodníky. p Digitálně analogové převodníky evodníky lze použít pro generování sinusového signálu. Požadavkem VÚHŽ bylo využití signálových procesorů od firmy Texas Instruments řady ady TMS320F. Tyto procesory neobsahují v sobě D/A převodníky, evodníky, proto byla první možnost zavrhnuta. Další možností je využití generovaného obdélníkového signálu. Spektrum toho signálu je tvořeno řeno nekonečným nekone počtem sinusových signálů. Aplikováním filtru typu dolní propusti lze docílit odfiltrování všech frekvencí kromě kromě první harmonické. Tím dostaneme z obdélníkového obdélníko signálu signál harmonický. Použitý filtr musí mít dostatečně strmou frekvenční frekven ní charakteristiku za bodem zlomu, aby skutečně skute potlačil všechny vyšší kmitočty. Sběrr dat následně následn zajistí A/D převodníky. Jsou dvě možnosti, buď bu se využijí 12 bitové převodníky íky obsažené v DSP, nebo se použijí převodníky evodníky externí s větším

38


39


počtem bitů. Před ed převodníky je ještě nutné vložit zesilovač, č, který zesílí výstupní napětí ze snímače. Blokové schéma navrženého měřicího m řetězce ězce je znázorněno znázorn na následujícím obrázku. Popis jednotlivých části je popsán dále v textu. textu

Napětový sledovač TLV4113

50mA

Filtr DP Max 7425

fs

RC článek

DSP – TMS320F2808 clk

0,4V

4mV Zesilovač INA126

SPI

PWM

AD převodník ADS1271 0,4V

4mV Snímač Zesilovač INA126

AD převodník ADS1271

Napětová reference 2.5V ADR441

Obrázek 6.9 - Blokové schéma měřicího řetězce ězce 6.3.2 Generátor harmonického signálu Podle požadavků požadavk VÚHŽ má být vstupní signál do sníma nímače harmonický o frekvenci 50Hz. Pomocí DSP lze snadno generovat g napětí obdélníkové lníkové o frekvenci 50Hz. Pro odfiltrování vyšších kmitočtů, kmito než je kmitočet první harmonické, musí mít filtr co největší tší strmost frekvenční frekven charakteristiky. Tomuto uto požadavku vyhovuje spousta filtrů od různých ůzných výrobců. výrobc Podle doporučení Ing. Papouška byl nakonec zvolen filtr od firmy my MAXIM ic. konkrétně konkrétn MAX7425. Parametry filtru MAX7425 • Eliptický filtr 5 řádu. ř • Napájecí napětí ětí – 2.7 – 3.6 V • Frekvenční ní rozsah – 0.001 – 45khz • Zlomová mová frekvence – fclk=100 x fs • Pro 1.25*fs = útlum 37dB


Po vytvoření ření sinusového signálu je potřeba pot eba signál ještě ješt impedančně přizpůsobit. sobit. To se zajistí napěťovým nap sledovačem. em. Jelikož pouzdra operačních opera zesilovačů bývají s více operačními opera zesilovači v sobě, jee možné generátor rozšířit o možnost změny ny amplitudy výstupního signálu. Toho lze docílit operačním opera zesilovačem v invertujícím zapojení. Volba operačního ního zesilovače zesilova je omezena požadavkem na maximální výstupní proud 50mA. Zvolen byl operační opera zesilovač TLV4113. Parametry OP - TLV4113 • Rail to rail ětí 2.5 – 6V • Napájecí napětí • Výstupní ní proud - < 300mA • Napěťový ový drift - 3uV/°C

Obrázek 6..10 - Schéma zapojení generátoru vstupního signálu

40


Popis zapojení Na vstupu filtru jsou dva signály. První signál IN je vstupní signál, který se bude filtrovat. Z DSP vystupuje signál obdélníkový o frekvenci 50 Hz (pin IN), po průchodu RC článkem lánkem (R61,C59) dostaneme na vstupu digitálního filtru signál pilový o frekvenci 50Hz. Dalším signálem CLK se řídí ídí bod zlomu na frekvenční frekven charakteristice digitálního filtru. fi Aby by filtr odfiltroval kmitočty kmitoč nad frekvencí vstupního signálu, musíme m na CLK přivést minimálně sto násobek frekvence vstupního signálu. Z výstupu OUT pak dostaneme harmonický cký signál. Schéma digitálního filtru bylo vytvořeno podle doporučeného zapojení z katalogových listu [16]. Dále následuje zapojení s operačním zesilovačem. em. První je zapojen jako napěťový sledovačč a druhý jako invertující zesilovač. Kondenzátor C26 na vstupu do cívky slouží k odfiltrování stejnosměrné stejnosm rné složky. Zesíleni je odpory R30 a R31 R nastaveno na 1. 6.3.3 Obvody pro sběr sb dat Měřený ený signál je analogový, analogový pro převedení evedení do digitální podoby je nutné použít A/D převodník. evodník. Předpokládaná P vzorkovací frekvence signálu, signálu při frekvenci budícího signálu 50 Hz, Hz je 5kHz. Ovšem při použití vyšší yšší frekvence budicího signálu musí vzorkovací frekvence narůst. Proto je vhodnéé volit převodník p s vyšší vzorkovací frekvencí. Po konzultaci s Ing. Papouškem byl volen převodník př 24 bitový firmy Texas Insrument ADS1271. Tento obvod má dva režimy komunikace Frame Sync a SPI. V mém případě př se použije v modu SPI.

Parametry ADS1271 • 24 bitový • Typ – sigma delta. delta • Vzorkovací frekvence převodníku p max. 105kSPS. • SNR 109dB • Komunikace: SPI, SPI Frame Sync

41


Pro A/D převodník evodník je nutné ještě ješt zvolit napěťovou ovou referenci. Kvalita této reference může že výrazně výrazn ovlivnit výslednou přesnost převodu. evodu. Jako referenční refere zdroj byl zvolen obvod ADR441. ADR441. Za touto referencí je nutné dodat ještě ješt filtr kvůli odstranění šumu.

Parametry ADR441 ětí – 2.5V • Výstupní napětí • Šum – 1.2uV 10 • Výstup – max 10mA • Napájení – 3V – 18V • Teplotní koeficient – 10ppm/°C

Obrázek 6.11 11 - Schéma zapojení napěťové reference s filtrem [18] Zapojení napěťové ové reference je podle doporučení výrobce viz katalogové listy [18].

42


Obrázek 6.12 - Schéma zapojení A/D převodníku evodníku [17]

43


Zapojení A/D převodníků př je podle doporučení ení výrobce, obvod U25 (XOR) je zde zapojen kvůli li snadné kontrole synchronizace. V případě, ě, že je synchronizace v pořádku ádku nastavují oba A/D převodníky signál FSYNC v jeden okamžik, v opačném případě nevzorkují A/D převodníky p synchronně. Obvod U25 je hradlo typu XOR, když dojde k desynchronizaci A/D převodníku evodníku objeví se na výstupu hradla úroveň úrove log 1. Pokud je synchronizace v pořádku, je na výstupu neustále tále log 0. Jelikož se naměřené naměř napětí sekundárních vinutí původního vodního snímače sníma pohybuje okolo 5mV je vhodné signál upravit tak, aby jeho amplituda dosáhla co největšího nejv měřeného rozsahu ahu A/D převodníku. K zesílení je vhodné použít přístrojový p zesilovač. Z několika kolika variant byl nakonec vybrán obvod firmy Texas Instruments INA126. Tento obvod umožňuje umož měnit zesílení pouze změnou nou odporu dle vzorce:

Zesileni = 5 +

80kΩ Rg

Odzkoušením byla zvolena hodnota odporu 510Ω, čili zesílení zesíle 162 krát.

Parametry INA126 • Zesílení 5 - 5000 • Šum – 35nV/ Hz • Výstup – max 30mA • Napájení – 1.35V 1.35 – 18V • Napěťový drift – 3uV/°C Popis zapojeni: Zapojení obvodu je podle katalogových listů. list . Na vstupu zesilovače zesilova je připojen RC článek, lánek, pro případnou p filtraci rušivého napětí. ětí. Odzkoušením bylo zjištěno, že postačí čí připojit př paralelně k sekundárnímu vinutí snímače sníma kondenzátor 10uF (C56) odpor R74 je ponechán pone nulový. Totožně je zapojen další zesilovač ve druhém kanále.

44


Obrázek 6.13 6 - Schéma zesilovače na vstupu A/D převodníku řevodníku

6.4

DALŠÍ OBVODY O

V této kapitole bude popsán způsob zp použití sběrnice SPI, a popsáno připojení p dalších periferních obvodů. obvod

6.4.1 Sběrnice rnice SPI Sběrnice rnice SPI je j sériovou sběrnicí obsahující čtyři vývody. První SPICLK je pro přivádění ní hodinového signálu na základě základ kterého se jednotlivé obvody mezi sebou synchronizují. Další dva vývody jsou jsou SPISO pro posílání dat k příjemci a SPISI k přijímání dat. Poslední vývod je SPICSX (CS Chip Select). Select Tento vývod slouží pro výběrr obvodu, obvodu se kterým se bude komunikovat. Na sběrnici sb SPI je připojená ipojená externí paměť a externí A/D převodníky, které využívají pro komunikaci jen některé vývody.

45


6.4.2 Externí paměť p Jedním z požadavků požadavk na tvorbu indikátoru bylo připojení ipojení externí paměti. pam Paměť bude sloužit it k ukládání obsahu feromagnetických fází. Z několika možných řešení ešení byla vybrána paměť pam o velikosti 64kB, což ož nám umožní uchovat dostatečný dostate počet měření. Z nabízených obvodů obvod byl vybrán oblíbený obvod 25LC640A firmy Microchip.

Obrázek 6.14 - Schéma zapojení paměti [20]

6.4.3 Displej V indikátoru nesmí chybět, chyb pro zobrazení naměřených ených hodnot, hodnot displej. Displej nebylo potřeba vybírat, protože byl dodán firmou VÚHŽ. VÚHŽ Jde o displej MC1604B, tento ento displej je 4 řádkový. Napájecí napětí je v rozmezí 4,5 – 5,5V. Komunikace po sběrnici ěrnici je možná s 3.3V logikou. Displej obsahuje v sobě řadič a paměť. Schéma zapojení je na následujícím obrázku.

46


Obrázek 6.15 - Schéma připojení displeje Popis zapojení Displej obsahuje celkem 16 vývodů, vývod každý z nich má svou funkci. Vývody LED+ a LED- jsou vývody připojené p k LED diodám pro podsvětlení po displeje. Podsvětlení tlení se zapíná signálem ON_LED tento signál řídí ídí tranzistor Q8, Q8 který spíná (vypíná) podsvětlení tlení pro displej. displej Odpor R12 je v obvodu pro omezení proudu tekoucího LED diodami. Signálem 5V--SP se zapíná displej. Automaticky cky po zapnutí 5V napájecí části dochází k jeho aktivaci, aktivaci viz kapitola 6.2.3. Odporovým trimrem mrem R8 se nastavuje poosvětlení displeje. Signály E,RS a R/W slouží k řízení ízení zápisu dat do displeje. Signál R/W je trvale přizemněn, p n, protože se do displeje bude pouze zapisovat. Signály DB0 – DB7 slouží s pro paralelní přenos dat. Displej umožňuje umož komunikaci jak 4 vodičovou ovou tak i 8 vodičovou, vodi v zapojení bylo použito zapojení 8 vodičové. Ve schématu v příloze íloze jsou patice patice pro dva displeje, po odzkoušení se zvolí připojení p do vybrané patice.

47


6.4.4 Tlačítka čítka a Led diody V zadání je požadavek na připojení tlačítek a LED diod pro ovládání a signalizaci ci stavu zař zařízení. Tlačítka byla připojena standardním způsobem, viz Obrázek 6.16.. Odpory R54,R58,R59,R60 byly přidány jako ochrana proti špatné konfiguraci DSP.. Odpory R13,R14,R15,R42 jsou pull up rezistory na vstupu do DSP. Odpory u LED diod R11 a R10 nastavují proud tekoucí diodami.

Výpočet odporů R10a R11:

Max. proud nízkopříkonovou říkonovou LED diodou je 2mA. Zvolen proud 1.5mA.

R11 =

3.3V − 2.0V 82 Ohm = 866Ω =>zvoleno podle elektronické řady – 820 1.5mA

Obrázek 6.16 - Zapojení tlačítek ítek a LED diod

48


6.4.5 Komunikační Komunika rozhraní Posledním osledním požadavkem bylo možnost připojení Indikátorů k nadřazenému systému (PC) pomocí USB rozhraní. Protože procesor nemá v sobě obsaženo toto rozhraní, bylo potřeba nalézt obvod, který tuto komunikaci umožňuje. Asi nejdostupnější obvody na českém trhu jsou obvody FTDI. Z možných modifikací byl vybrán obvod FT232RL. Pro komunikaci s MCU je nejsnazší využít využí sériové sběrnice SCI (UART). Tato sběrnice využívá dvouvodičové připojení. Komunikace Komuni po ní probíhá asynchronně. Schéma zapojení bylo použito podle doporučení výrobce z katalogových listů [21]. V schématu je navíc zapojen vývod CBUS3 ten je použit pro zapínání indikátoru v případě připojení USB konektoru, popsáno v kapitole 6.2.5.

Obrázek 6.17 - Schéma připojení FTDI 6.4.6 Indikace stavu baterie Schéma bylo ještě doplněno o indikaci stavu baterie. Schéma je tvořeno odporovým děličem s odpory R47 a R48. Tyto odpory mají velký odpor, aby příliš nezatěžovaly baterii. Odpor R49 je připojen na vstup A/D převodníku. Operační zesilovač v obvodu je zapojen jako napěťový sledovač, aby nedocházelo k zatěžování odporového děliče připojeného na A/D převodník. V tomto zapojení není odpor R50 osazen. Pravděpodobně bude stačit osadit pouze odpor R50 bez operačního zesilovače vzhledem k velkému vnitřnímu odporu A/D převodníku. Signál SHTDN2 slouží k vypnutí operačního zesilovače.

49


50


Obrázek 6.18 - Indikace stavu baterie 6.5

CELKOVÉ BLOKOVÉ SCHÉMA INDIKÁTORU ÁTORU

Složením jednotlivých části do jednoho celku bylo vytvořeno výsledné blokové schéma celého systému. Schéma obsahuje všechny všechny bloky popsány výše v textu. 5V

Napaječ na baterii bq2057

3,7V

Zapinání / Vypináni

4.1V 3.3V CORE 1.8V

5V

3,7V Baterie LI2200

DC-DC MAX1797

Napajeni TPS767D301

SCI FTDI FT232RL FT

Stav Baterie

Napětový sledovač TLV4113

50mA

Filtr DP Max 7425

RC Článek

LED

DSP – TMS320F2808 clk

Zesilovač ilovač INA126 126 4mV

Ovladání

fs

0,4V

4mV

SPI

PWM Displej MC1604B

AD převodník ADS1271 0,4V

Snímač Zesilovač lovač INA126 126

PC

AD převodník ADS1271 SPI Napětová reference 2.5V ADR441

Obrázek 6.19 - Výsledné blokové schéma

Pamět 25LC640 EEPROM


6.6

SCHÉMA A DESKA PLOŠNÝCH PLOŠN SPOJŮ

Tvorba elektronických schémat a deska plošných spojů byla vytvořena v návrhovém systému plošných plošn spojů Orcad. Kompletní obvodové schéma, deska plošných spojů a seznam součástek je zařazen na konci dokumentu v příloze. Deska plošných spojů obsahuje 4 vrstvy. rstvy. Horní a spodní vrstva je použita pro vedení signálových a analogových vodičů. První prostřední vrstva je využita pro vedení zemnícího vodiče. Zemnící vodič byl rozlit po celé ploše desky. Další prostřední vrstva byla využita pro vedení napájecích vodičů, případně pro další signálové vodiče pokud již nezbylo ne místo v horní, nebo spodní vrstv vrst ě. Během tvorby desky bylo potřeba oddělit analogovou zem od digitální. Digitální a analogová zem byla spojena v místě pod A/D převodníky. Kolem analogových vodičů byla „vylita” analogová zem, minimalizuje se tím vliv rušení. Vliv rušení lze rovněž potlačit vedením analogových vodičů co nejkratší „cestou”,, toto pravidlo bylo při tvorbě rovněž zohledněno. V příloze 6 a 7 je vidět ve spodní části vylitá analogová zem, je zde vidět i vedení analogových části přímo ke konektoru.

51


7.

SOFTWARE

Pro programování DSP firmyy Texas Instrument lze použít vývojové vý prostředí Code Composer studio. Toto studio umožňuje programovat v jazyce C/C++. Zvolený programovací jazyk je C. Software pro komunikaci s PC byl programován ve Visual C# 2008 Express Edition. Edition Tento software umožňuje základní komunikaci s měřičem po USB rozhraní.

7.1

PROGRAM PRO DSP

Funkci řídicího software procesoru lze rozdělit do dvou částí. První obsahuje obsluhu A/D převodníku, generování signálu, vyhodnocení a zobrazení naměřených údajů na displej. Druhá část zahrnuje komunikaci měřiče s PC pomocí USB rozhraní. Při zapnutí měřiče dojde k automatickému resetu. Po provedení resetu se zinicializují proměnné a nastaví se parametry portu (vstup, vystup). Následně je provedeno nastavení PWM signálu pro A/D převodníky a číslicový filtr. Poté jsou nastaveny časovače. Program dále přejde do „nekonečné smyčky”, ky kde se cyklicky provádí výpočet hodnot z naměřených údajů, zobrazení na displej ej a zaslání dat do PC v případě potřeby. Program pro procesor využívá tří úrovně obsluhy přerušení. První nejvyšší je od čítače 0 a zajišťuje generování obdélníkového signálu 50Hz pro generátor signálu. Další přerušení vyvolá signál DRDY z A/D převodníků. Při vyvolání tohoto přerušení dojde k vyčtení dat z A/D převodníku. Poslední přerušení na nejnižší úrovni je přerušení od SCI (USB), zde se příjme znak z SCI sběrnice, který nám určí, jaká data se mají poslat zpět k PC. Pro komunikaci mezi procesorem a PC P slouží obvod FTDI 232RL. Funkce celého programu je naznačena na následujícím blokovém schématu.

52


Start

Prerušeni nejvyšší priorita

Inicializace portů, proměnné, atd.

Časovač překlopení hrany pro generator 50 Hz

Inicalizace PWM, časovačů

Konec

Přerušení střední priorita

Navzorkováno ? AD převodník: převodník příjem dat z AD převodníku Výpočet, zobrazeni podle volby Konec Indikace stavu baterie, ovladání LED

Zaslat data na USB?

Prerušení nízká priorita

USB: Příjem bajtu (Nastaven Nastaven přiznak pro poslání dat) dat

Zasláni dat na USB Konec

Obrázek 7.1 - Funkce programu DSP

53


7.1.1 Výpočet reálné a imaginární složky Časový průběh obou signálu je sinusový a způsob zpracování je následující. Na naměřená data se aplikuje tzv. kvadraturní směšování (Quadrature mixing). mixing V podstatě jde o násobení vstupního signálu komplexním harmonickým signálem s úhlovou frekvencí ω = 2πf n . -

kde fn – je frekvence vstupního signálu.

Čili sinusový signál x1 se vynásobí podle následujících vzorců:  2 ⋅π  s1 = x1 ⋅ cos   N   2 ⋅π ⋅ i  s 2 = x1 ⋅ sin    N  - N je počet vzorků na periodu.

Vynásobením dostaneme dva signály, které mají dvojnásobnou frekvenci oproti signálu původnímu. vodnímu Na tyto signály se aplikuje dolnofrekvenční filtr o zlomové frekvenci nižší než fn/2. Tím dostaneme složky komplexního signálu Re1 a Im2. Jelikož jsou signály dva, dva dostaneme celkem dva body v komplexní rovině. Ty se přepočítají podle následujících vzorců:

Re =

Re1 ⋅ Re 2 + Im1 ⋅ Im 2 Re 2 ⋅ Re 2 + Im 2 ⋅ Im 2

Im =

Re1 ⋅ Im 2 + Re 2 ⋅ Im1 Re 2 ⋅ Re 2 + Im 2 ⋅ Im 2

Výsledkem je jeden bod v komplexní rovině. Přikládáním různých materiálů se mění reálná a imaginární imaginár složka signálu. U materiálů s měnicím se obsahem feromagnetika se mění rapidně reálná složka, ožka, zatímco imaginární se liší nepatrně. U vodivých materiálů zase narůstá složka imaginární inární a reálná zůstává takřka konstantní.

54


s1

s2

Kvadraturní směšování

Dolní propust

Re1,Im1

Re2,Im2

Výpočet RE,IM

RE

IM

Obrázek 7.2 - Výpočet RE, IM složky Vzorkovací frekvence A/D převodníků je 5kHz. To znamená, při frekvenci generovaného signálu 50Hz, 100 vzorků na periodu. Počet sejmutých vzork vzo ů je nastaven na 200, čili dvě periody. K filtraci je použit digitální filtr navržený v matlabu. Filtr je typu FIR, počet koeficientů má 181. Výpočet reálné a imaginární složky signálu je proveden 10krát. Následně je proveden výpočet střední hodnoty reálné a imaginární složky. K veškerým výpočtům byla použita knihovna IQmath.lib stažena ze stránek firmy Texas Instrument. Instrument Tato knihovna obsahuje funkce pro počítání s virtuální plovoucí řadovou čárkou. Nastavením parametru IQ se nastavuje rozsah čísla. V programu je hodnota nastavena astavena na 24 což odpovídá rozsahu rozs od -128 128 až 127.999 999 940 a přesnosti 6*10-8.

7.1.2 Určení čení obsahu feromagnetických fází K určení obsahu feromagnetických fází byla použita pouze reálná složka, protože imaginární závisí zejména na vodivosti materiálu. Závislost obsahu feromagnetických fází na reálné složce je lineární a proo získání výsledku výsl je použita rovnice přímky, určení této závislosti je popsáno v kapitole č.8.1.

55


7.1.3 Indikace stavu baterie Zjištění stavu baterie je prováděno pomocí A/D převodníku procesoru. Vývod A/D převodníku je připojen přes odporový dělič přímo na baterii viz Obrázek 7.3. V zapojení nebyl použit operační zesilovač, jelikož zapojení s odpory je dostačující.

Sejmi vzorky z AD převodniku

>high ?

Zhasni obě ob LED

Rozblikej červenou LED, zhasni zelenou

Rozsviť zelenou LED, zhasni červenou ervenou

Obrázek 7.3 - Indikace ndikace stavu baterie Samotná indikace probíhá pomocí LED diod. Pokud je hodnota, hodnota získaná z A/D převodníku, vyšší než stanovená mez high je rozsvícena zelená LED dioda. Pokudd je hodnota nižší než mez low dojde k rozblikání červené LED diody. Mezi těmito dvěma hodnotami jsou obě LED diody zhasnuté.. Informaci o přesném stavu baterie je možné ožné zjistit stiskem příslušného tlačítka.

7.1.4 Přehled ehled použitých funkcí Program obsahuje hlavní zdrojový soubor Program.c, dále potom zdrojové soubory pro práci s některými obvody. Vytvořené soubory jsou Display.c pro komunikaci s displejem, Pamet.c pro práci s pamětí, PWM.c pro nastaveni PWM,

56


57


SCI_PC.c soubor obsahující funkce pro komunikaci s PC a soubor ADconv.c pro nastavení komunikace s A/D převodníky. Každý zdrojový soubor obsahuje svůj hlavičkový soubor obsahující deklarace funkcí a popis. Přehled nejd n ůležitějších funkcí je popsán následně.

Zdrojový soubor Display.c: Display.c • void Init_displ(void);

-funkce funkce

inicializuje

displej

(vynulování,

nastavení počtů vodičů pro komunikaci, nastavení kurzoru, …) … • void My_printfloat(double cislo,int c);

-funkce funkce pro tisk čísel na displej,

první parametr je číslo, druhý udává počet desetinných míst. • void My_printf(char string[]);

-funkce pro tisk řetězce na displej,

vstupní parametr řetězec znaků. • void Data_Displ(char data);

-funkce realizující alizující poslání dat na displej, displej

využívají ívají ji všechny výše uvedené funkce. funkce • void Disp_Clr(void);

-funkce pro smazání mazání displeje. Po smazání je

nutné dodržet ržet prodlevu 1.53ms před dalším zápisem na displej. • void Disp_Goto_XY(unsigned char x,unsigned char y); -posunutí kurzoru na displeji na stanovenou pozici, první parametr je posun v ose x a druhy v ose y. Rozmezí je v ose x 0-19 , v ose y 0 – 3. • void Gpio_setup_display(void); - funkce nastavující vstupy/výstupy.

Zdrojový soubor Pamet.c: Pamet.c • void clk(void); ostatní funkce. funkce

-funkce funkce generuje jeden hodinový cyklus, cyk využívají jí


58


• void Write_enabled(void);

-fukce fukce povolující zápis do paměti.

• void Write_disabled(void);

-funkce funkce zakazující zápis do paměti.

• char Read_EEPROM(Uint16 adress);

-vstupní vstupní

parametr

funkce

je

adresa ze které se ma číst, výstupní je přečtený znak z paměti. • void Write_EEPROM(unsigned char data,Uint16 adress);

-první

parametr udává znak, druhý udává adresu, adresu kam se má znak uložit • void Write_EEPROM_32(long data,Uint16 adress);

-zápis do paměti 4

bajty, první parametr je ukládaná hodnota (long = 32b) druhý druh je adresa. • void Gpio_setup_memory(void); Gpio_setup_memory - funkce nastavující vstupy/výstupy.

Zdrojový soubor PWM.c: PWM.c • void HRPWM5_Config(int);

-funkce funkce nastavující parametry PWM

signálu, pro filtr vytvářející sinusový signál parametr nastavuje periodu. • void HRPWM6_Config(int);

-funkce funkce nastavující parametry PWM

signálu, pro A/D převodník parametr nastavuje periodu.

SCI_PC.c Zdrojový soubor SCI_PC.c: • void scia_xmit(char a);

-funkce funkce

realizující

poslání

jednoho

znaku po SCI sběrnici. • void scia_msg(char * msg);

-funkce funkce pošle na sběrnici SCI řetězec

znaků. • void InitSciaGpio_SCI(void); sběrnici SCI.

-inicializační funkce vstupů/výstupu pro


59


• void scia_fifo_init(void);

-inicializační funkce FIFO pro SCI

sběrnici.

Zdrojový soubor ADconv.c: ADconv.c • void spi_init_AD(void); spi_init_AD(void

-funkce funkce inicializuje sběrnici SPI pro

komunikaci s A/D převodníky. • void Gpio_setup_ADCONV(void); -inicializační funkce vstupů/výstupu pro A/D převodníky.

Další funkce z hlavního zdrojového souboru Program.c: • float Calcul(void); Calcul(void)

- funkce realizující výpočet, ve funkci

jsou použity globální proměnné, výstupní parametr je hodnota obsahu feromagnetických fází. • void DataToUSB(void)

- funkce realizující poslání naměřených a

vypočtených hodnot na USB rozhraní • void Print_to_displ(int typ)

- funkce realizující výpis hodnot na

displej podle zvolené volby (vstupní parametr) • interrupt void sciaRxFifoIsr(void)

-

funkce

přerušení

od

SCI

rozhraní • interrupt void cpu_timer0_isr(void) • interrupt void xint1_isr(void)

- přerušení od časovače 0

- přerušení od externího A/D převodníku


7.2

PROGRAM PRO PC

Programovací jazyk pro tvorbu GUI je C# za použití technologie .NET 2.0. Pro tvorbu programu bylo zvoleno prostředí Visual C# 2008 Express Edition. Edition Mezi základní vlastnosti programu je načtení změřených údajů z měřiče. Načtené údaje je možné zobrazit v grafické závislosti. závislosti Pro zobrazení grafické závislosti byla použita open source knihovna ZedGraph.

7.2.1 Popis funkce programu Program umožňuje základní komunikaci mezi PC a měřičem pro komunikaci je použito USB rozhraní. Pro správnou funkci je potřeba nainstalovat ovladače převodníku FTDI [23]. Komunikace probíhá podle následujícího diagramu. Požadavek

Poslání bajtu ->DSP

Přerušení (Příjem bajtu)

Zaslání odpovědi ->PC

Zaslání udajů ů hodnot ->PC

Kontrola

OK ?

OK ? Konec

Chyba konec komunikace

Odpověd přijata

Čekej dokud není změřeno

Obrázek 7.4 - Komunikace mezi PC a DSP

60


Volbou v programu se vyvolá požadavek na zaslání dat. Program v PC pošle směrem k měřiči jeden bajt. Procesor bajt přijme a odpoví. Pokud přijde očekávaná odpověď, program čeká, dokud není změřeno, v opačném případě komunikaci ukončí. Po změření dat DSP pošle změřené hodnoty směrem k PC. Program v PC data zkontroluje, pokud jsou v pořádku, pokračuje v běhu programu, pokud jsou data špatná, program zopakuje výzvu. Použité ovladače jsou typu virtuální COM port. Díky jim se v operačním systému ovladače hlásí jako klasický COM port, což umožňuje použít v programu protokol pro komunikační rozhraní RS232. Nastavení rozhraní je následující. Komunikační rychlost je nastavena na 62500 Bd, suda paria, počet bitů 8, jeden stop bit. Stejným způsobem je nastaveno rozhraní SCI u DSP. Dále program umožňuje načítání hodnot o bodech v komplexní rovině. Tyto body je rovněž možné zobrazit v přehledném grafu. Samozřejmostí je možnost uložení změřených hodnot do souboru. Formát F souboru ouboru není šifrovaný a jde j o standardní textový soubor. Do souboru se ukládají naměřené né vzorky z posledního měření, změřené body v komplexní rovině a změřený obsah feromagnetických fází. Na následujícím obrázku je vidět vytvořená aplikace.

Obrázek 7.5 - Vytvořený software

61


8.

MONTÁŽ A OVĚŘENÍ FUKČNOSTI NOSTI

Ověření funkčnosti indikátoru bylo provedeno pomocí testovacích vzorků. Následně byl indikátor odzkoušen na vodivých materiálech (měď, hliník) a jiných ocelových materiálech (nerezové oceli, klasické oceli). oceli . Všechna měření byla provedena v laboratorních podmínkách.

8.1

TESTOVACÍ VZORKY

Pro měření vlastností indikátoru byly dispozici vzorky o obsahu feromagnetických fází 0.05, 0.05 0.5 a 3.4%. Proměřením a výpo ýpočtem popsaným v kapitole 7.1.1,, jsme dostali tabulku naměřených hodnot Re a Im složky.

Tabulka 4 - Vypočtené Vypo tené hodnoty Re a Im složky testovacích vzorků vzork k 0 1 2 3

Obsah feromagnetika [%] 0 0,05 0,5 3,4

Re 1,0277 1,0274 1,0241 0,9999

Im 0,0039 0,0040 0,0041 0,0046

Re[0]-Re[k] Re[0] 0 0,0003 0,0036 0,0278

Z naměřených hodnot je vidět, že s rostoucím obsahem feromagnetických romagnetických fází narůstá výrazně reálné složka, zatímco imaginární roste pozvolna. K určení obsahu feromagnetických fází bude proto použita pouze reálná složka. Vynesením závislosti obsahu feromagnetika eromagnetika na složce Re[0]-Re[k], a následným proložením bodů, dostaneme lineární grafickou závislost, závislost viz Obrázek 8.1.

62


63


3,5

Obsah feromagnetika [%]

3

2,5

2

1,5 y = 121,46x 1

0,5

0 0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

Re[0]-Re[k]

Obrázek 8.1 - Grafická závislost obsahu feromagnetika na vypočtené Re[0]-Re[k] složce

Proložením bodů jsme dostali rovnici přímky: y = 121,46 X + X 0

První hodnota X z rovnice udává sklon přímky. Druhá hodnota (X0) je posunutí v ose x. Hodnota X0 je rovna hodnotě Re složky v okamžiku kdy k snímači není přiložen žádný materiál. Pro Tabulka 4 tomu odpovídá 0,0277. Tato hodnota je po stisku kalibračního tlačítka aktualizována.


64


8.2

DALŠÍ MATERIÁLY (HLINÍK, MĚĎ,, OCEL, NEREZ)

Pro ověření, že s rostoucím obsahem feromagnetika narůstá pouze reálná složka, byly testovány další materiály nerez (feromagnetikum cca 0,18%), klasická ocel (feromagnetikum agnetikum cca 30%), hliník a měď. Hliník a měď feromagnetikum neobsahují a indikátor má být indikátor vůči těmto vzorkům „imunní“. Měření probíhalo následovně. Jednotlivé vzorky byly postupně přibližovány ke snímači, hodnoty v různých vzdálenostech byly změřeny a zapsány do tabulky.

Tabulka 5 - Vypočtené Vypo hodnoty Re a Im složky pro další materiály Vzdálenost [mm] 10 8 6 4 2 0

Hliník Re 1,0278 1,0278 1,0278 1,0278 1,0278 1,0278

Obsah fer.

0,00%

Im 0,0039 0,0048 0,0057 0,0080 0,0082 0,0090

Měď Re 1,0278 1,0278 1,0278 1,0278 1,0278 1,0278

Im 0,0039 0,0043 0,0044 0,0051 0,0054 0,0059

0,00%

Nerez Re 1,0278 1,0277 1,0275 1,0272 1,0268 1,0262

Im 0,0037 0,0037 0,0037 0,0038 0,0039 0,0039

0.19%

Ocel Re 1,0278 0,9917 0,9639 0,9098 0,8654 0,7847

Im 0,0036 0,0040 0,0041 0,0041 0,0042 0,0044

29,52%

0,0113

IM

0,0092

Hlinik

0,0072

Měď Nerez Ocel 0,0051

0,0030 0,7700

0,8200

0,8700

0,9200

0,9700

1,0200

1,0700

RE

Obrázek 8.2 - Komplexní rovina naměřených nam ených hodnot pro různé r vzorky


Z naměřeného grafu je vidět, že u hliníku a mědi skutečně narůstá imaginární hodnota výrazně, zatímco reálná nepatrně. Naopak u oceli roste výrazně reálná složka. Porovnáním změřených a skutečných hodnot obsahu feromagnetických fází vidíme, že se výsledky shodují.

8.3

MONTÁŽ DO KRABIČKY KRABI

V návrhu plošných spojů byla předem zohledněna možnost umístění měřiče do krabičky. Krabička byla zakoupena s předstihem a montážní otvory v DPS jsou proto navrženy přesně pro ni. Krabička obsahuje štítek pro 4 řádkový displej, displej ovšem montážní díry nepasují do vybraného displeje. Pro upevnění displeje musely musel být proto vyvrtány nové otvory. Další otvory byly vyvrtány pro tlačítka, led diody a konektory. Výkresová dokumentace pro tvorbu montážních otvoru byla vytvořena v programu Autocad,, a její výkresová dokumentace je obsažena v příloze na disku DVD. Umístění desky plošných spojů do krabičky je vidět na následujících n obrázcích.

Obrázek 8.3 - Umístění desky plošných spojů do krabičky krab

65


Obrázek 8.4 - Indikátor v nesešroubovaném stavu 8.3.1 Popis funkce tlačítek tla Indikátor obsahuje celkem 6 tlačítek. Dvě z nich slouží pro zapnutí (zelené) a vypnutí (červené) měřiče. Další čtyři slouží k ovládání indikátoru. Pravé tlačítko označené nápisem NULL je kalibrační, toto tlačítko je důležité použít před každým měřením. Po jeho stisku se vynuluje hodnota na displeji. Levým tlačítkem lze vybrat jednu ze dvou voleb. První zobrazuje informaci o stavu baterie, druhá umožňuje ukládat a načítat uložené hodnoty. Druhé tlačítko zprava má dvě funkce, první zobrazí stav baterie na displeji, displeji druhá načítá uložené hodnoty.. Poslední tlačítko druhé zleva slouží k ukládání kládání naměřených hodnot a druhá funkce zapíná podsvětlení displeje.

66


9.

ZÁVĚ ÁVĚR

Cílem této práce bylo navrhnout koncepci a realizovat zovat přenosný dotykový měřič obsahu feromagnetických fází. V první části je text věnován popisu principu snímače použitého užitého při měření. Jsou zde popsány některé způsoby měření pomoci metody vířivých proudů, je zde taktéž popsán snímač použitý v indikátoru. Dále následuje průzkum trhu, který se zabývá vyhledáním výrobců zabývajících se problematikou nedestruktivního měření na principu vířivých proudů. Z celé škály indikátorů byly popsány ty, které by byly vhodné pro měření vlastností nemagnetických ocelí. Dále v textu jsou shrnuty naměřené hodnoty zjištěné proměřením snímače. Naměřenáá data jsou zapsána v Tabulce č.3. Z naměřených dat je vidět očekávaný lineární nárůst napětí s rostoucím obsahem feromagnetických fází, fází a na základě tohoto předpokladu byl navržen měřící řetězec. Před návrhem měřicího řetězce bylo potřeba ještě stanovit požadavky p na měřicí kanál a způsoby zpracování měřeného signálu. Na základě požadavků na indikátor bylo navrženo obvodové schéma a desky plošných spojů. Nejprve je popsána řídicí dicí jednotka, ta je tvořena signálovým procesorem TMS320F2808 firmy Texas Instruments. Dále je popsána napájecí část včetně zapínání zařízení, zení, jsou zde popsány jednotlivé napájecí větve pro procesor, ale i pro vnější obvody. Následuje popis popi měřícího řetězce. Práce se zde zabývá možnostmi řešení generátoru generátor signálu, z nich byl vybrán nejvhodnější. Dále v textu jsou popsány ostatní obvody (A/D převodníky, operační zesilovače, atd.). Většina obvodových součástek byla zapojena podle doporučení výrobců. Podrobněji jsou popsána zapojení, která se odlišují od katalogových listů. Návrh obvodových schémat a desek plošných spojů byl proveden v programu Orcad. Veškerá Vešker schémata a motivy desek plošných spojů jsou zařazeny jako přílohy na konci dokumentu (Příloha 1-10). Po schválení návrhu následovalo zadání zad výroby desek plošných spojů. Výrobu desek prováděla externí firma. Po dodání desek bylo provedeno osazení vlastními silami. Během osazování byly postupně oživovány jednotlivé jednotl části od

67


napájecí větve až po měřící kanál. Při oživování měřicího kanálu bylo potřeba odstranit rušivé vysokofrekven ysokofrekvenční napětí,, které se objevilo na generovaném sinusovém signálu. Rušivé napětí se potlačilo připojením kondenzátorů 10uF paralelně k sekundárnímu vinutí (kondenzátory C56, C61). Kontrola správnosti byla provedena osciloskopem. Při proměřování indikátoru ve vypnutém stavu se objevil nežádoucí stav, indikátor ikátor odebíral z baterie cca 30mA. Prozkoumáním zapojení byl zjištěn problém v napájení A/D převodníků. Napájecí napětí musí byt spínáno, spí nebo před vypnutím indikátoru musí být A/D převodník přepnut do power-down power režimu. Jelikož vypínací tlačítko odpojí DSP od napájení (nelze spolehlivě přepnout A/D převodníky do power-down power režimu) byla druhá možnost zavrhnuta. Oprava byla proto provedena úpravou pravou DPS, DPS která spočívala v proškrábnutí jednoho spoje a propojení dvou sousedních testovacích bodů drátovou propojkou. Následovalo ledovalo proměření indikátoru na testovacích vzorcích. Proměřením byla zjištěna lineární závislost, která je použita pro určování obsahu feromagnetických fází. Kontrola byla provedena na materiálech obsahujících feromagnetikum, a materiálech, které feromagnetikum neobsahují (hliník, měď). Změřené a skutečné hodnoty vzorků se shodují, viz kapitola 11.2. Konstrukce indikátoru byla volena tak, aby bylo snadné jeho jeh použití, proto byla krabička vybrána již v průběhu návrhu desky plošných spojů. Po odzkoušení funkčnosti indikátoru následovalo vytvoření otvorů do krabičky a následné smontování. V indikátoru je použita Li-ion Li baterie o celkové kapacitě 1300mAh. Změřená spotřeba indikátoru kátoru je při rozsvěceném displeji cca 310mA. Výpočtem lze zjistit, že celková doba použitelnosti měřiče, při nabité baterii, je 4,5 hodin. Tato hodnota odpovídá změřené hodnotě. Tuto dobu lze zvýšit použitím baterie o vyšší kapacitě. Spotřeba při vypnutém režimu je okolo 1mA. Pokud by indikátor byl delší dobu nenabíjen, hrozilo by zničení baterie.. Na tuto možnost bylo během návrhu pamatováno a je zde aplikována „pojistka“. Ta spočívá v tom, že pokud dojde k poklesu napětí na baterii pod 3,25V dojde do k vypnutí tí obvodu BQ2057 viz Obrázek 6.5. Vypnutím tohotoo obvodu klesne spotřeba na cca 80µA.

68


Indikátor těsně po zapnutí vykazuje jistou nestabilitu měření, která se projevuje kolísáním změřené hodnoty na displeji. Proto roto je vhodné po p zapnutí vyčkat zhruba minutu než se hodnota na n displeji ustálí. Po ustálení je nutné stisknout kalibrační tlačítko, displej indikátoru začne ukazovat hodnotu 0,00%. 0,00% Indikátor byl testován pouze v nezarušeném prostředí, jelikož se předpokládá použití indikátoru indi v průmyslu, je potřeba otestovat indikátor i v tomto prostředí. Přílohou této práce je disk DVD-ROM, DVD ROM, který obsahuje adresáře: • Diplomová práce - adresář obsahuje elektronickou kopii této práce • PC – zdrojové kódy pro GUI v jazyce C# • DPS – podklady pro výrobu DPS • IF – zdrojové kódy pro DSP • Filtr – návrh FIR filtru v programu Matlab • Autocad – podklady pro opracování krabičky

Vzhled prototypu indikátoru je zobrazen na následujícím obrázku.

Obrázek 9.1 - Finální verze indikátoru

69


10. SEZNAM LITERATURY [1]

KRYŠTŮFEK, Pavel. Nauka o materiálu [online]. 1999 [cit. 2008-03-20]. 2008 Dostupné z WWW: .

[2]

NOVOTNÝ, Pavel. DIAGNOSTIKA AUSTENITICKÝCH OCELÍ NA ZÁKLAD [online]. 2007 [cit. 2008-03-25]. Dostupné z WWW: .

[3]

Identifikace kovů - teoretická část [online]. 2004 [cit. 2008-04 04-01]. Dostupné z WWW:.

[4]

ŠROUB, Jan. VÍŘIVÝCH PROUDŮ [online]. 2008 [cit. 2008-04-01]. 2008 Dostupné ostupné z WWW: <www.cdm.cas.cz/czech/hora/vyuka/tdk/sem2004/EC_SROUB.doc www.cdm.cas.cz/czech/hora/vyuka/tdk/sem2004/EC_SROUB.doc >.

[5]

ĎAďO, Stanislav, et al. Senzory a Převodníky. ČVUT. [s.l.] : [s.n.], 2005. 128s.

[6]

Přenosné přístroje pro nedestruktivní zkoušení [online]. 2008 [cit. 2008-03-20]. 2008 Dostupné z WWW: .

[7]

Magnetoscop 1.069 [online]. 2008 [cit. 2008-03-20]. Dostupné tupné z WWW: < http://www.magnetoscop.com/pdf_m/Magnetoscop_e.pdf http://www.magnetoscop.com/pdf_m/Magnetoscop_e.pdf>.

[8]

Feritscope [online]. 2008 [cit. 2008-03-20]. Dostupné z WWW: < http://62.206.211.91/globalfiles/DE_Feritscope_EN.pdf http://62.206.211.91/globalfiles/DE_Feritscope_EN.pdf>.

[9]

Probes and Measurement Fixtures [online]. 2008 [cit. 2008-03 03-20]. Dostupné stupné z WWW: < http://www.helmutfischer.com/globalfiles/DE_Probes_EN_0302.pdf>. http://www.helmutfischer.com/globalfiles/DE_Probes_EN_0302.pdf>.

[10] MAYER, Stephan. Magnetic Permeability Meter FERROMASTER [online]. 2001 [cit. 2008--04-28]. Dostupné z WWW: .

70


[11] Katalogový list DSP firmy firmy Texas Instruments TMS320F2808 Dostupné z WWW (2008-12): (2008 http://www.ti.com/lit/gpn/tms320f2808 [12] Obvodové schéma vyvojového kitu ezf2812, ezf2812 Dostupné z WWW (2008-12): (2008 http://c2000.spectrumdigital.com/ezf2812/docs/ezf2812_schem.pdf [13] Katalogový list obvodu BQ2057C, Dostupné z WWW (2008-12): (2008 http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/bq2057.pdf [14] Katalogový list obvodu MAX1797, Dostupné z WWW (2008-12): (2008 http://datasheets.maxim http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX1795-MAX1797.pdf MAX1797.pdf [15] Doporučené zapojení obvodu TPS767D301, Dostupné z WWW (2008-12): (2008 http://focus.ti.com/lit/ml/slvr250/slvr250.pdf [16] Katalogový list obvodu MAX7425, MAX7425, Dostupné z WWW (2008-12): (2008 http://datasheets.maxim http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX7418-MAX7425.pdf MAX7425.pdf [17] Katalogový list A/D převodníku ADS1271,, Dostupné z WWW (2009-5): (2009 http://focus.ti.com/lit/ds/ focus.ti.com/lit/ds/symlink/ads1271.pdf [18] Katalogový vý list napěťové reference ADR441,, Dostupné z WWW (2009-5): (2009 www.analog.com/static/imported files/data_sheets/ADR440_441_443_444_445.pdf www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADR440_441_443_444_445.pdf

[19] Katalogový list obvodu MAX4634, Dostupné z WWW (2008-12): (2008 http://datasheets.maxim http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX4634.pdf [20] Katalogový list paměti 25LC640, Dostupné z WWW (2008--12): http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21223f.pdf http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21223f.pdf [21] Katalogový obvodu obvo FT232RL, Dostupné z WWW (2008-12): 12): http://www.ftdichip.com/Documents/DataSheets/DS_FT232R_v104.pdf [22] Katalogový obvodu obv INA126, Dostupné z WWW (2009-5): http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ focus.ti.com/lit/ds/symlink/ina126.pdf [23] FTDI Drivers [online]. 2009 [cit. 2009-05-05]. 05]. Dostupný z WWW: . [24] TŮMA, Jiří. SIGNAL PROCESSING. SIGNAL PROCESSING [online]. 2006 [cit. 2009-05-05]. 05]. Dostupný z WWW: http://homel.vsb.cz/~tum52/download/SignalAnalyserPopis.pdf [25] IQMath library [online]. 2009 [cit. 2009-05-05]. 05]. Dostupný z WWW: http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/sprc087.html

71


11. SEZNAM SYMBOLŮ, SYMBOL VELIČIN IN A ZKRATEK A/D

- Analogově digitální převodník

C#

- Programovací jazyk

D/A

- Digitálně analogový převodník

DPS

- Deska plošných plo spojů

DSP

- Signálový procesor

FIFO - Fronta (first in, first out) FIR

- Typ číslicového filtru (finite impulse response)

GND - Zem, uzemnění GPIO - Vývody DSP, které mohou být nastaveny jako vstupy/výstupy GUI

- Grafické uživatelské rozhraní

LCD - Displej z tekutých krystalů Li-ion - Typ batrie (nikl-metalhydridová) NIMH - Typ baterie (lithium-ionová) ( PWM - Pulzně šířková modulace SMD - Součástky pro povrchovou montáž USB

- Univerzální sériová sběrnice

USD - Americký dolar VCC - Napájecí vodič

72


12. SEZNAM PŘÍLOH P Příloha 1 - Obvodové schéma - připojení DSP ......................................................... ................................ 74 Příloha 2 - Obvodové vodové schéma – další obvody............................................................ ............................ 75 Příloha 3 - Obvodové schéma - A/D převodníky, zesilovače ................................... ................................ 76 Příloha 4 - Obvodové schéma - napájecí část ............................................................ ............................ 77 Příloha 5 - První vrstva desky plošných spojů (horní strana) .................................... ................................ 78 Příloha 6 - Druhá vrstva desky plošných plošnýc spojů (spodní strana) ................................. ................................ 79 Příloha 7 - Třetí vrstva desky plošných spojů (první vnitřní vrstva) ......................... 80 Příloha 8 - Čtvrtá vrstva desky plošných spojů (druhá vnitřní vrstva GND) ............. 81 Příloha 9 - Osazovací výkres (horní strana) ............................................................... ............................... 82 Příloha 10 - Osazovací výkres (spodní strana) ........................................................... ........................... 83 Příloha 11 - Seznam součástek ................................................................ ................................................... 84 Příloha 12 - Seznam součástek pokračování .............................................................. .............................. 85

73

Příloha 1 - Obvodové schéma - připojení DSP

Příloha 2 - Obvodové schéma – další obvody

Příloha 3 - Obvodové schéma - A/D převodníky, zesilovače

Příloha 4 - Obvodové schéma - napájecí část

Příloha 5 - První vrstva desky plošných spojů (horní strana)

Příloha 6 - Druhá vrstva desky plošných spojů (spodní strana)

Příloha 7 - Třetí vrstva desky plošných spojů (první vnitřní vrstva)

Příloha 8 - Čtvrtá vrstva desky plošných spojů (druhá vnitřní vrstva GND)

Příloha 9 - Osazovací výkres (horní strana)

Příloha 10 - Osazovací výkres (spodní strana)

Příloha 11 - Seznam součástek Kondenzátory Počet 4 2 3 34

3 2 2 1 2 8 2 2 3

5 2 2 5 5 2 2 1 1 6 1 2 3 19

1 1 1 1 2 1 1 5 1

Označení C54,C55,C62,C65 C53,C63 C6,C29,C31 C3,C4,C5,C12,C14,C17,C21, C22,C23,C32,C33,C35,C36, C37,C38,C39,C40,C41,C42, C43,C44,C45,C46,C47,C48, C49,C50,C51,C57,C58,C64, C66,C68,C70 C15,C52,C59 C16,C28 C18,C27 C7 C56,C61 C24,C25,C34,C67,C69,C73,C26,C74 C11,C13 C10,C19 C20,C30 Rezistory R6,R23,R50,R74,R75 R16,R17 R44,R45 R24,R27,R43,R46,R52 R12,R54,R58,R59,R60 R72,R66 R10,R11 R4 R38 R5,R7,R28,R40,R57,R39 R32 R19,R20 R8,R30,R31 R1,R9,R13,R14,R15,R29, R34,R35,R36,R37,R41,R42, R53,R55,R65,R67,R69, R73,R76 R3 R33 RT1 R2 R51,R56 RT2 R61 R21,R22,R47,R48,R49 R18

Hodnota 100pF 1nF 10nF 100nF

Pouzdro C1206 C1206 C1206 C1206

220nF 1uF 2.2uF 4.7uF 10uF 10uF – tantal 16V 22uF – tantal 16V 47uF – tantal16V 100uF – tantal 6.3V

C1206 C1206 C1206 C1206 C1206 SMC-B SMC-B SMC-C SMC-B

0 0.2 10 100 220 510 800 1k 1.5k 2k 2.2k 4.7k 5k 10k

R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206

15.0k 22k 28k 30.1k 47k 56k 100k 1M 2.7M

R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206 R1206

Příloha 12 - Seznam součástek pokračování

U1 U2 U3 U4 U6 U10 U12 U13 U14 U15,U26 U16 U17 U20,U22 U23A,U24A U25

Integrované obvody TPS767D301 BQ2057 MAX7425 TMS320F2808 MAX1797 25LC640A SN74LVC1G14 ADR441 FT232RL SN74LV05A TLV2760IDBVT(NC) TLV4113 INA126 ADS1271IPW SN75AHC1G86DBVR(NC)

3 3 2

D1,D2,D3 D4,D5,D6 D7,D8

Diody LED-NP-G LED-NP-R SK24A

1 1 1

L1 L2 FB1

Indukčnosti 22uH BLM21P221SN BLM21PG221SN1

L1812 L805 L805

Q6 Q8,Q10 Q9,Q11 M1

Tranzistory FZT788B BC847B BSS84/SOT BSS138/FAI

SOT-223 SOT-23 SOT-23 SOT-23

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 2 2 1

1 2 2 1 1 1 1 1 2 1

CN1 CN2 JTAG1 J9 J10,J11 P2

4 1 1

S1,S2,S3,S4 S5 S6

1 1

X1 U5

1

RT3

Konektory USB1X90B JUMPER100 JTAG Leader SCD-016 SPI - CON1 CONNECTOR DB9 Tlačítka SW SW – OFF SW – ON Krystal, krystalový oscilátor 20Mhz SG8002-JC(NC) Termistor NTC640-47k

28HTSSOP 8SOIC uMAX/8 LQFP (PZ) | 100 uMAX/8 8SOIC SOT-23 (DBV) 8SOIC 28HTSSOP 14SOIC SOT-23 (DBV) 8SOIC 8SOIC 28HTSSOP SOT23-5 3mm

P-B1720D P-B1720D P-B1720D -

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY INDIKÁTOR OBSAHU FEROMAGNETICKÝCH FÁZÍ

Recommend Documents