Sistema di acquisizione dati analogici differenziali ad alto
isolamento
Università degli Studi di Trieste
Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica Applicata
Laureando:Daniele Salvalaggio
Relatore:Prof. Ing. Antonio Boscolo
Anno accademico 2009 - 2010
Obiettivo della tesi
• Progettare e realizzare un sistema di misura low-cost
• Su commissione dell’azienda Pittway Tecnologica (Honeywell Group)
Applicazione
• Eseguire misure in-circuit durante i test dei circuiti prodotti dall’azienda
• Garantire la qualità dei prodotti in osservanza alle specifiche dettate dalla normativa ISO9000
Specifiche di progetto
• Misurare tensioni differenziali continue tra ±30V
• Risoluzione 1mV
• Isolamento elettrico
• Interfaccia I2C slave
• Costo contenuto
Fasi realizzative
• Studio stato dell’arte sistemi acquisizione dati
• Scelta architettura
• Individuazione componenti sistema– Verifica e caratterizzazione componenti
• Realizzazione prototipo– Test e caratterizzazione sistema
Architettura del sistema
Condizionamento del segnale
Conversione A/D
Logica di controllo ed elaborazione
Visualizzazione
Segnale di ingresso
Isolamento
Bus I2C
Circuito di condizionamento
• Adattare ampiezza segnale
• Aggiungere tensione di modo comune per massimizzare la dinamica
Circuito di condizionamento• OPA2340: Op-amp a basso offset e bassa
corrente di bias• Relè per auto-zero• Trimmer per calibrazione
Conversione A/D
• Convertitore Sigma-Delta
• Vantaggi:– Alta risoluzione– Complessità hardware ridotta grazie al signal
processing– Basso costo
• Svantaggi:– Tempi di conversione lunghi
Convertitore LTC2412 – Linear Technology
Riferimento di tensione
• LT1461 – Linear Technology
– Tensione di uscita: 4,096V ±0,04%
– Ottima stabilità in temperatura: 3ppm/°C
Logica di controlloed elaborazione
• PIC 16F876A - Microchip– Acquisizione della conversione dall’ADC
tramite SPI – Elaborazione dei dati acquisiti– Visualizzazione della misura sul display
LCD– Trasmissione su richiesta, tramite bus
I2C, dei dati acquisiti
Isolamento
• ISO7221: optoisolatori Texas Instrument
• Isolamento elettrico– Elimina ground loop– Aumenta range di modo comune
• Isolamento di sicurezza– Protegge persone e apparecchiature da
contatti con alte tensioni
Realizzazione prototipo
Ingresso
Alimentazione
Display
I2C
Caratterizzazione del sistema
• Calibrazione con pila di Weastone
• Test linearità e ripetibilità della misura operando per confronto con strumento campione
• Test comportamento in temperatura
Banco di misura
Risultati ottenuti (I)
Risultati ottenuti (II)
Conclusioni
Sviluppi Futuri
• Migliorare le prestazioni del sistema
– Ottimizzazione del codice
– Impiego resistenze migliori
– Eliminazione trimmer e calibrazione via software
“Misura ciò che è misurabile, e rendi misurabile ciò che non lo è”
Galileo Galilei
Grazie per l’attenzione