Sistemi elettronici automatici - Soluzione (18594)

Elettronica – Tema di Sistemi elettronici automatici

Soluzione

La traccia presenta lo sviluppo di un progetto relativo al monitoraggio della temperatura durante un processo di produzione tipico nelle applicazioni di controllo di processo.

Tra le soluzioni possibili ne presentiamo una che, a nostro avviso, è esauriente e nello stesso tempo semplice.

Domanda 1. - Individui uno schema a blocchi dell’impianto utilizzando un microcontrollore o un microprocessore conosciuto.

Lo schema a blocchi proposto prevede un microprocessore dotato di risorse di input/output in grado di gestire i segnali previsti. I segnali provenienti dai sensori di temperatura saranno opportunamente condizionati, come richiesto, per poter essere elaborati.

+5V V

V_cc

V_ref EOC

Sensore 0 Condiz. I 0 Q 0

Sensore 7 Condiz. I 7 Q 10

GND

start

S S S

2 1 0

μP 11 Display e driver

Bus controlli

8 Bus dati

Ogni trasduttore produce una tensione di uscita con escursione massima di 1V (10 mV/°C x 100 °C).

Non essendo data alcuna indicazione riguardo la tensione di uscita corrispondente ad un valore di riferimento della temperatura, possiamo ipotizzare che sia V_out = 0V per T = 0 °C.

In queste condizioni il range della tensione di uscita dei sensori sarà 0V-1V.

Il circuito di condizionamento avrà la funzione di amplificare il range del sensore fino al valore di riferimento del convertitore A/D, quindi 0V-5V.

Pertanto utilizzeremo un amplificatore non invertente con guadagno 5.

Per la conversione degli 8 segnali prodotti dai sensori si impiega un solo convertitore A/D preceduto da un MUX analogico a 8 ingressi.

Sono comunemente disponibili convertitori integrati già completi di MUX, pertanto lo schema a blocchi riporta un solo blocco con possibilità di selezione tra 8 ingressi (3 linee di selezione) e convertitore general purpose del tipo ad approssimazioni successive, certamente in grado di soddisfare le esigenze dell’applicazione in esame.

La velocità di variazione della temperatura, nel caso in esame, è certamente molto bassa rispetto ai tempi di conversione, pertanto non vi è necessità di inserire un circuito campionatore, né di interporre un filtro per eventuali limitazioni di banda.

Il rapporto S/N di 72 dB si riferisce al rumore di quantizzazione del convertitore, pertanto:

1 1

= ≅

E 72

qrel 4000

10 20

Noto che

1

=

E +

1

qrel 2 n

Con numero bit del convertitore, si ottiene:

n

n+1 ≥ 4000 perciò = 11.

2 n