Návrh a realizace měřící ústředny mechanických veličin

Abstract

Předmětem této diplomové práce je vývoj a realizace jednokanálové měřící ústředny mechanických veličin s ovládacím software. Použití měřící ústředny je mířeno na aplikace, kde je využito odporových tenzometrů zapojených do Wheatstonova můstku, který je buzen střídavým napětím. Vstupní obvody měřící ústředny výstupní napětí mostu nejprve zesílí, synchronně demodulují s budícím signálem, vyęltrují a signálově přizpůsobí pro převod do digitální podoby analogovo-digitálním převodníkem. Převedený signál je následně po sériové sběrnici odeslán do mikroprocesoru, který dále skrze komunikační protokol tato data odešle do počítače k vhodné interpretaci v softwarové aplikaci. Vedle snímání užitečného signálu z můstku tato měřící ústředna zastává funkci generování budícího signálu pro Wheatstoneův most. Generování budícího napětí probíhá skrze digitálně-analogový převodník s nímž mikroprocesor komunikuje a zasílá mu digitální data po sériové sběrnici. Pro oba převodníky je vytvořeno přesné referenční napětí. Počítačová ovládací aplikace má za úkol vizualizovat naměřená data ve smysluplné podobě a dát uživateli k dispozici nástroje pro další práci s naměřenými daty. Je naprogramována v jazyce Python a jejím jádrem je individuální vlákno pro čtení s přepočtem dat a třída obsluhující vykreslování těchto dat do živého grafu.

Subject of this effort is development and realization of one-channel data acquisition unit of mechanical quantities and it’s PC software application. Usage of this data acquisition unit is aimed on applications, where resistive strain gages wired as Wheatstone bridge with AC excitation are used. Output voltage of Wheatstone bridge is amplięed, demodulated with excitation voltage, filtered and level shifted for analog to digital conversion via AD converter. Converted digital data are sent via serial bus into microprocessor which sends them into PC for further meaningful representation in software application. Besides sensing bridge output voltage, data acquisition unit also generates AC excitation of Wheatstone bridge. This excitation voltage is generated via DA converter which communicates with microprocessor and converts incoming digital data into analog sine waveform. There is precise voltage reference circuitry for both of these converters. PC application’s task is to visualize measured data in meaningful form and to give tools for further work with measured data. It’s programmed in Python language and it has one independent thread which does reading and computing of incoming data and there is also class which builds graphical user interface and plots measured data into live graph.