Download miễn phí Đề tài Nghiên cứu và thiết kế hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu nhiều kênh, thông minh trên cảm biến ánh sáng - Tần số dùng mc68hc11
Chương 1 CẢM BIẾN VÀ THU THẬP DỮ LIỆU NHỜ CẢM BIẾN 3
1.1. Tổng quan vềcảm biến (sensor) 3
1.2. Cảm biến ánh sáng 4
1.2.1. Ánh sáng và phép đo quang 4
1.2.1.1. Tính chất của ánh sáng 4
1.2.1.2. Đơn vị đo năng lượng quang. 4
1.2.2. Một vài loại vật liệu và linh kiện chuyển đổi quang - điện 5
1.2.2.1. Tếbào quang dẫn 5
1.2.2.2. Photodiode 6
1.2.2.3. Phototransistor 8
1.2.2.4. Cảm biến quang phát xạ9
1.3. Cảm biến ánh sáng/ tần số9
1.3.1. Sơ đồkhối của một bộcảm biến ánh sáng/ tần số10
1.3.2. Sơ đồnguyên lý 10
1.4. Thu thập dữliệu nhờcảm biến 10
1.5. Cảm biến thông minh 12
1.6. Ưu điểm của cảm biến lối ra tần số( gọi tắt là cảm biến tần số) 13
Chương 2 XỬLÝ TÍN HIỆU TRONG CẢM BIẾN THÔNG MINH 16
2.1. Chuyển đổi các đại lượng vật lý khác sang miền tần số16
2.2. Phương pháp thu thập dữliệu cho hệthống cảm biến đa kênh
2.2.1. Phương pháp thu thập dữliệu với kênh chia sẻthời gian
2.2.2. Thu thập dữliệu với kênh chia sẻkhông gian 17
2.3. Các phương pháp chuyển đổi tần sốsang mã 18
2.3.1. Phương pháp đếm chuẩn trực tiếp 19
2.3.2. Phương pháp đếm gián tiếp (đo chu kỳ) 22
2.3.3. Phương pháp kết hợp hai bộ đếm 28
2.4. Các phép toán xửlý tín hiệu trong cảm biến thông minh / tần số
2.4.1. Toán tửcộng và trừ30
2.4.2. Bộnhân và bộchia 31
2.4.3. Toán tửvi phân và tích phân 32
2.4.4. Một ứng dụng các toán tử33
2.5. Thuật toán thông minh và giao tiếp bus 34
2.5.1. Thuật toán thông minh 34
2.5.2. Giao tiếp bus 34
Đại học Công Nghệ- Đại học Quốc Gia Hà Nội
Lâm Hữu Thực Khoá luận tốt nghiệp
Chương 3 HỆVI ĐIỀU KHIỂN NHÚNG VÀ LOẠI VI ĐIỀU KHIỂN MC68HC11
CỦA MOTOROLA 35
3.1. Các bộvi điều khiển và các bộxửlý nhúng 35
3.1.1. Bộvi điều khiển so với bộvi xửlý phổthông 35
3.1.2. Các bộvi điều khiển cho các hệthống nhúng 35
3.1.3. Lựa chọn một bộvi điều khiển 38
3.2. Tổng quan vềMC68HC11E 39
3.2.1. Đặc trưng của họvi điều khiển MC68HC11E 39
3.2.2. Cấu trúc khối MC68HC11E 41
3.2.3. Chân và cổng vào ra của MC68HC11E 41
3.2.3.1. VDD và VSS 44
3.2.3.2. RESET 45
3.2.3.4. Yêu cầu ngắt và che ngắt ( IRQ and XIRQ/VPPE)
3.2.3.5. STRA/AS và STRB/R/W 46
3.2.3.6. MODA, MODB chân điều khiển chọn mode 46
3.2.4. Bộvi xửlý trung tâm 49
3.2.4.1. Các thanh ghi của CPU 50
3.2.4.2. Kiểu dữliệu dùng trong CPU 51
3.2.4.3. Mã lệnh và toán tử51
3.2.4.4. Các mode địa chỉ51
3.2.5 Kết luận 51
3.3. Lựa chọn vi điều khiển MC68HC11 cho bộcảm biến 51
Chương 4 XÂY DỰNG THỰC TẾHỆTHỐNG THU THẬP DỮLIỆU NHIỀU
KÊNH, THÔNG MINH DÙNG CẢM BIẾN ÁNH SÁNG/TẦN SỐDỰA TRÊN HỌ
VI ĐIỀU KHIỂN MC68HC11 53
4.1. Mạch điện hỗtrợchức năng tính toán của HC11 53
4.1.1. Thiết kếmạch điện (layout) 53
4.1.2. Sơ đồkhối bảng mạch 54
4.1.3. Miêu tảchung 55
4.1.4. Thiết bịtrong EVB, và các thông số56
4.2. Giới thiệu vềC-spy 57
4.2.1. Tổng quan 57
4.2.2. Tiến hành cài đặt và sửdụng 57
4.2.2.1. Cài đặt 57
4.2.2.2. Sửdụng 58
4.3. Chương trình điều khiển và kết quảthực nghiệm 62
http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2013-03-21-de_tai_nghien_cuu_va_thiet_ke_he_thong_thu_thap_va.uknq3f04EI.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-4688/Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Khoảng ∆t1, ∆t2 có thể thay đổi độc lập với nhau chấp nhận giá trị trong
khoảng từ 0 tới Tx, lỗi lượng tử mà nguyên nhân do mất đồng bộ là
∂q = ± 1/Nx = ± 1/ To . fx
Song sai số tuyệt đối ∆q không được vượt quá giá trị ±1 xung đếm, phân phối
theo luật tam giác sau:
0 ,at –1 > ∆q >1
w(∆q) = 1+∆q , at –1 ≤∆q≤0 (2.4)
1-∆q , at 0 ≤∆q≤1
Kỳ vọng toán học M(∆q) =0
Hàm phân phối D = 1/6
Độ lệch ∂(∆q) = ±√D = ±1/√6 (2.5)
Thời điểm ban đầu của việc đo có thể được đồng bộ với bộ chuyển đổi tần số
nhưng ở thời điểm cuối của phép đo thì không thể đồng bộ được. Lỗi lượng tử cho
trường hợp này được đưa ra từ phương trình (2.2) nếu ∆t1 =0 thì lỗi lượng tử được
theo phương trình sau đây:
∂q = - 1/ (To . fx)
∆t1 ∆t2
To’
Nx
To
Tx
t
t
t
Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội
Lâm Hữu Thực Khoá luận tốt nghiệp
- 27 -
Giá trị ∂q có thể giảm nếu dịch xung có tần số fx đi một nửa chu kì, và có ảnh
hưởng đến khoảng đầu của To. Trong trường hợp này ∆t1 = Tx/2 và lỗi lượng tử được
xác định như sau:
∂q = ±1/2To.fx
Trong trường hợp này, phân phối toán học của nhiễu lượng tử ở dạng như sau
0 at –0.5> ∆q> 0,5
W(∆q)= 1 at –0,5 ≤∆q≤0,5 (2.6)
Với W(∆q) =0 ; D = ½; ∂(∆q) = ± √D = ±1/2. √3 (2.7)
Luật phân phối trong phương trình (2.4)và (2.6) thỏa mãn nếu khoảng thời
gian τ của xung fx thỏa mãn điều kiện τ ≤ Txmin, một mặt nào đó luật símpón đã
chuyển đổi từ luật phân phối ảnh hưởng xấu thành một dạng duy nhất và giá trị lỗi ∆q
tăng lên.
Rõ ràng, khi tính toán To tương ứng theo phương trình (2.3) lỗi sẽ lớn nhất nếu
tần số thấp hơn giải tần fxmin của bộ chuyển đổi. Giải tần của bộ chuyển đổi hạn chế
bởi tốc độ tối đa của bộ đếm xung, ví dụ: bộ vi xử lý của intel D87C51AF có tần số
đếm là 3MHZ .
Cách đo trực tiếp tần số thực chất có hai thành phần lỗi đó là lỗi ∂ret và lỗi
lượng tử ∂q.
Lỗi tần số ∂ret là lỗi hệ thống do sự thiếu ổn định của máy phát tần số f0, độ
lệch tần do mất cân bằng của các tinh thể giao động.Thông thường hệ số thay đổi theo
nhiệt khoảng (1- 50).10-6 trong dải nhiệt độ từ -55 tới +125 0C. Lỗi này không thể bỏ
qua trong đo đạc tần số cao. Để giảm lỗi hệ thống, ta sử dụng bộ dao động thạch anh
có ổn nhiệt cho phép giữ giá trị cực đại ∂ret = 10-6 - 10-8 không đổi trong một thời gian
dài .
Giá trị tổng tuyệt đối lỗi lượng tử cho phép:
∆q = ± fo = ± 1/T0
Trong một chừng mực nào đó tổng tuyệt đối của lỗi trong chuyển đổi tần số
sang mã dựa trên phương pháp đếm trực tiếp có thể được tính toán trực tiếp như sau
∆max = ±(∂ret . fx + 1/T0)
Lỗi do bộ chuyển đổi tần số thành mã ở viết dưới dạng phần trăm là
Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội
Lâm Hữu Thực Khoá luận tốt nghiệp
- 28 -
∂max = ±(∂ret . fx + 1/T0).100
Lỗi lượng tử ∂q phụ thuộc không đáng kể vào tần số chuyển đổi cho tần số trên
10MHZ, nó sẽ lớn khi tần số giảm và sẽ không thể chấp nhận nếu tần số giảm đến
dưới mức thấp. Ví dụ với tần số fx = 10hz, To=1s lỗi lượng tử là 10%. Để đạt được lỗi
lượng tử chấp nhận được (ít hơn 0,01%) đối với tần số 10hz, ta sẽ phải tăng thời gian
To lên tới To = 1000s. hay là ta phải sử dụng phương pháp bù nhằm làm giảm nhiễu
lượng tử:
a) Nhân tần số chuyển đổi fx lên k lần và đo các thành phần tần số phụ fx. k
điều này làm giảm việc tăng số xung bên ngoài cổng thời gian
b) Sử dụng hàm ước lượng
Trong cả hai cách kết quả là trong một số trường hợp làm tăng phần cứng và
tăng vùng chip cho việc thực hiện bộ cộng, bộ nhân tần, tăng thời gian chuyển đổi
bằng cách thực thi ước lượng trung bình với sự trợ giúp của vi xử lý
2.3.2. Phương pháp đếm gián tiếp (đo chu kỳ)
Phương pháp đếm gián tiếp là phương pháp cơ bản khác sử dụng cho bộ biến
đổi từ tần số sang mã đây là phương pháp có nhiều ưu điểm hơn đối với tần số thấp và
cực thấp. Theo phương pháp này số lượng xung của tần số cao tương ứng fo được đếm
trong khoảng thời gian Tx hay trong khoảng n lần Tx (hình 13).
Hình 13. Giản đồ thời gian phương pháp đo gián tiếp.
Như vậy số Nx sẽ được tích lũy trong bộ đếm
Nx
T0
∆t1 ∆t2
t
t
t
Tx
Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội
Lâm Hữu Thực Khoá luận tốt nghiệp
- 29 -
Nx = n.Tx/To = n. fo/fx (2.8)
n là số chu kì Tx .Nx tương ứng với chu kỳ chuyển đổi. Bằng cách này ta có
thể chuyển xung với độ rộng tp hay khoảng kéo dài t giữa xung start và xung stop
thành mã .
Nx được đếm bởi bộ đếm xác định số chu kỳ To trong khoảng thời gian Tx.Vì
vậy giá trị trung bình của Tx tương đương như sau :
Tx = Nx .To (2.9)
Dưới đây là tổng lỗi lượng tử mà nguyên nhân là do mất đồng bộ
Tx = (Nx -1) To + ∆t1 + ( To - ∆t2 ) = Nx. To +∆t1 - ∆t2 = Nx. To ±∆q
Vì vậy luật phân phối lỗi W (∆t1) và W (∆t2) có xác suất ngang nhau và không
đối xứng với xác suất 1/To và
M (∆t1) = 0,5 T0
M (∆t2) = -0,5 T0
Lỗi lượng tử ngẫu nhiên ∆q được xác định tùy theo dạng luật phân phối lỗi
ngẫu nhiên ∆t1 và ∆t1.Giá trị lỗi lớn nhất là ∆qmax = ± T0. Nó được phân phối tùy theo
luật phân phối tam giác W (∆q) kỳ vọng toán học bằng không:
M (∆q) = M (∆t1) +M (∆t2) =0
Và hàm phân phối
D(∆t1) = D(∆t2) = D (∆t) = To2/12
Bởi vì luật phân phối đối xứng W(∆q) sai số bình phương căn xảy ra đồng
thời với độ lệch chuẩn.
∂(∆q) =√[∂2(∆t1) + ∂2(∆t2 )] = √[To2/12 + To2/12] = ±To/√6.
Bằng cách đồng bộ tần số tương ứng fo nếu khoảng chuyển đổi ban đầu Tx có
thể cho ∆t1= 0. Tuy nhiên không thể đồng bộ cuối khoảng Tx theo cách tương tự được
vì thế lỗi ∆q vẫn không đổi .
Bởi vì, luật phân phối đối xứng W(∆q) được chuyển đổi thành luật phân phối
không đối xứng với xác suất 1/To và lỗi có thể tăng hơn.
∆qmax =∆t2 = To ; M(∆q) = - 0,5 T0; ∂(∆q) = To/√3
Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội
Lâm Hữu Thực Khoá luận tốt nghiệp
- 30 -
Do xảy ra thành phần lỗi hệ thống –0,5To và độ lệch chuẩn sẽ ít hơn hai lần và
lỗi hệ thống ∂(∆q). Thêm vào độ dịch xung tương ứng với 0,5 To ,chúng ta thu đựợc
luật phân phối đối xứng như sau
W(∆q) = 0 tại –0,5T0 >∆q > 0,5 To
1/T tại –0,5T0 ≤∆q ≤ 0,5 To
Với W(∆q) = 0; D = To./12 ; ∂(∆q) = ± √∆ = ± To/2√3
Và độ lệch chuẩn trùng khớp với gía trị ∂(∆q) chúng ta chú ý rằng lỗi được
phân phối tùy theo dạng luật ở mỗi lần đo,với những giá trị liên tục được thay bởi các
giá trị rời rạc .
Kết quả của quá trình chuyển đổi tần số cần thiết cho việc tính toán tỷ số
Nfx = 1/Nx
Bằng cách sử dụng vi xử lý, phép toán được thực hiện song song với tiến trình
chuyển đổi mà không gặp bất kỳ lỗi nào. Kết quả của sự chuyển đổi là các tần số.
Toàn bộ một số lượng đáng kể các bộ chuyển đổi tức thì đã được phát triển và cũng
tương tự với bộ biến đổi ngược lại tương ứng phụ thuộc vào phương pháp sin...
