di Mauro Mariotti
30 Giugno 2003
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di Mauro Mariotti |
30 Giugno 2003 |
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I convertitori A/D
Sui convertitori analogico/digitale
si potrebbero scrivere, e sono state scritte, montagne di documenti. Rimandiamo
a testi specifici le trattazioni teoriche. Quello che interessa al sismoamatore
è di registrare i segnali dei suoi sensori con la massima dinamica
possibile.
Si consiglia pertanto l'uso di una interfaccia da almeno 16 bits. In grado cioè di convertire ampi intervalli di tensione mantenendo una elevata risoluzione per le basse variazioni. Per esempio sarebbe importante poter leggere almeno +/- 30V in uscita da un qualsiasi sensore sismico mantenendo leggibili anche variazioni di 0.0001 V in assenza di segnale o con eventi sismici di bassa entità. Per fare questo occorrono però convertitori molto costosi e delicati da mettere a punto. La scheda qui descritta cerca di risolvere questo problema.
Per chi volesse, all'inizio, sperimentare qualcosa di molto economico può consultare questa pagina dove viene descritto un semplicissimo convertitore a 8 bit.
In questa pagina sono descritte due schede progettate appositamente per registrare segnali sismici. Una è una scheda a 16 bit l'altra (novità) a 24 bit.
Entrambe le schede usano una interfaccia
RS232 per connettersi ad un personal computer o ad un altro apposito registratore
o interfaccia. Il protocollo di comunicazione è un protocollo binario
proprietario definito e descritto nella documentazione allegata a SEISMOWIN.
Scheda di conversione analogico/digitale
a 24 bit
Questa scheda è una scheda
a basso costo, compatta e robusta. Può essere usata in molte applicazioni
data la sua versatilità e semplicità d'uso. Impiega per la
comunicazione una interfaccia di tipo RS232.
Il suo microcontroller è stato programmato per eseguire molte funzioni:
1) Mantiene l'esatto orario in anni, mesi, giorni, ore, minuti, secondi. L'orario può essere regolato da un comando attraverso la porta seriale.
2) La scheda incorpora il software di decodifica del segnale DCF77, in questo modo l'orologio può rimanere sincronizzato con questa sorgente di tempo universale. Usando il convertitore GPS / DCF converter la scheda può beneficiare di una sincronizzazione estremamente accurata e costante disponibile dai ricevitori GPS.
3) L'orario è continuamente generato dalla scheda senza bisogno di essere programmato.
5) Il microcontrollore gestisce varie freqeuzne di campionamento stabilite dall'utente comprese tra 5 e 200 campioni al secondo.
6) Le velocità di campionamento sono memorizzate nella EEPROM interna. In questo modo la scheda può iniziare la trasmissione dei dati ogni volta che viene alimentata consentendo il suo uso in remoto con radio modem o altri tipi di ponti radio che supportino l'interfaccia RS232.
Caratteristiche tecniche (preliminari)
Alimentazione:
8-12V dc (protetta dall'inversione di polarità)
Dimensioni:
165 x 65 x 20 mm
Firmware:
Su flash memory of the ATMEL AT90S2313 microcontroller
Interfaccia:
RS232 at 38400 baud (N,8,1)
Orologio:
Incorporato con un DCF77 decoder
(utilizzaile con il GPS/DCF converter)
Errore del clock:
1.6ppm a 22 gradi celsius
Imprecisione del DCF77:
10..80mS (dipendendente dal ricevitore radio)
Campionamenti:
200 / 100 / 50 / 25 / 20 / 10 / 5
Canali:
Tre programmabili con la stessa frequenza per ogni canale
o eventuali canali inibiti
Convertitore:
LT2440 a/d converter
Risoluzione:
24 bits
Risoluzione in tensione:
298.02 nanoVolts (0.00000029802V)
Ingressi:
+/- 2.5V
Ingressi analogici:
tipo differenziale
Impendenza d'ingresso:
> 100Kohm
Guadagno:
3,355,443 counts/Volts
Range dinamico:
144dB
Rapporto segnale/rumore:
132dB a 100SPS
Separazione diafonia:
> 150db at 10Hz
Tempo campionamento
intercanale: 0s (zero)
Questa scheda può essere facilmente connessa ai sensori senza l'uso di una scheda pramplificatrice. Data l'alta impedenza dell'ingresso una resistenza di shunt può essere applicata direttamente sul sensore o sul connettore di ingresso senza che le caratteristiche siano modificate. Si raccomanda l'uso di cavi schermati a doppino ritorto.
La scheda completamente assembata
e calibrata è disponibile presso la ditta SARA
snc.
Scheda di conversione analogico/digitale
a 16 bits
Questa è una scheda ad alte
prestazioni, basso costo e piccole dimensioni. Può essere usata
anche per altre applicazioni ed è di semplicissimo utilizzo attraverso
la porta seriale di un qualsiasi PC. A bordo ha un microcontrollore che
governa le funzioni e le temporizzazioni della conversione a/d per i 4
canali disponibili. Può essere programmata attraverso semplici comandi
che permettono di configurarla come desiderato.
Il microcontrollore è programmato per eseguire molteplici funzioni:
1) prima di tutto esso provvede al
mantenimento del tempo in ore, minuti e secondi. L'orario può essere
regolato attraverso degli appositi comandi dati via seriale.
Il quarzo è compensato in
digitale alla temperatura ambiente (20-25 gradi) questa regolazione (anche
se non tiene conto delle variazioni di temperatura) permette di avere un
errore limitato di circa un secondo a settimana.
2) La scheda dispone anche di una procedura di decodifica del segnale orario DCF77, l'orologio interno può dunque rimanere sincronizzato con il segnale trasmesso da questa emittente. L'orario DCF77 può essere automaticamente corretto dalla scheda nell'ora locale impostando un valore di fuso orario.
In abbinamento al converter GPS/DCF77 la scheda può essere sincronizzata con maggior precisione e costanza tramite un ricevitore GPS.
3) L'orario viene fornito costantemente in ore, minuti e secondi, senza bisogno di impostazioni alla frequenza di un segnale al secondo.
4) Insieme al segnale orario viene trasmesso anche lo stato delle due linee di ingresso digitali (0-1) disponibili.
5) Il micro provvede alla temporizzazione dei campionamenti; esegue un campionamento costante di tutti i canali (mantenendo quindi fisso lo skew time) provvedendo alla trasmissione del numero di campioni richiesti alla velocità richiesta per ogni canale.
6) Le impostazioni di velocità sono memorizzate in una EEPROM interna al microcontrollore. Una volta impostata la scheda è in grado di fornire un flusso continuo di dati anche in presenza di un collegamento monodirezionale (sola trasmissione dalla scheda verso un dispositivo di acquisizione).
Caratteristiche tecniche della
scheda di conversione a/d:
Alimentazione:
8-12V dc (con protezione anti inversione)
Dimensioni:
165 x 65 x 20 mm
Firmware:
Su microcontrollore flash ATMEL AT90S2313
Comunicazione:
RS232 a 14400 baud (N,8,1)
Funzione orologio:
Incorporata e con decodifica del DCF77 (anche GPS usando il GPS/DCF
converter)
Errore orologio:
1.6ppm a 22 gradi
Jitter DCF77:
10..80mS (dipende dal ricevitore)
SPS programmabili a:
100 / 50 / 33.3 / 25 / 20 / 10 / 5 / 2 / 1 / 0.5 / 0.1 / 1 min
Canali:
4 programmabili, si può acqusire anche un solo canale
e con SPS differenziabili per ogni canale
protetti da extratensioni per salvaguardare il chip Burr-Brown
Converter chip:
Burr-Brown ADS7825P
Risoluzione:
16 bits
Risoluzione in tensione:
0,000305 volts
Range di misura:
+/- 10 volts
Impedenza dei canali:
45.8 Kohm
Capacità:
35pF
Guadagno:
3276.8 count/Volts
Range dinamico:
96dB
Range segnale/rumore:
84dB
Accuratezza:
+/- 3 digits
Separazione diafonia:
> 120db at 10Hz
Deviazione Offset:
+/- 2 ppm/°C
Errore max assoluto:
< +/-10 mV
Sfasamento canali:
<= 2.5mS (vedi nota)
ATTENZIONE! E' disponibile la versione 01.51 del firmware che consente di:
- Campionare a 100 SPS effettivi
per 3 canali e avere un massimo di 325 SPS (totali) per 4 canali
- Avere l'oscillatore della scheda
compensato in digitale per una maggiore precisione nelle fasi di mancata
sincronizzazione dal DCF77
- Memorizzare le impostazioni per
consentire alla scheda di funzionare con un collegamento radio a 14400
baud senza necessità di prendere i comandi da pc in modo costante.
- Migliorare la ricezione del segnale
DCF77 in reiezione rumore e false sincronizzazioni
Questa versione del firmware impone
l'utilizzo di un quarzo da 11.0592 Mhz anzichè 1.8432 Mhz come per
le versioni inferiori alla 1.4
