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