Σχεδιασμός Και Κατασκευή Συστήματος Μετρήσεων Με Μικροελεγκτή

Abstract

Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση και υλοποίηση ενός ψηφιακού/αναλογικού κυκλώματος, το οποίο αποτελεί μέρος ενός σύνθετου συστήματος μέτρησης ελεγχόμενο από μικροελεγκτή, με σκοπό τη χρήση του σε βιοϊατρικές εφαρμογές.Το σύστημα χωρίζεται σε δύο μέρη. Το πρώτο αφορά στο κύκλωμα ενός αισθητήρα μετατόπισης μέσω της μέτρησης μικρής μεταβολής της αντίστασης. Το δεύτερο μέρος αφορά το κύκλωμα ενός αισθητήρα διοξειδίου του άνθρακα, στην είσοδο του οποίου εφαρμόζεται ένας τετραγωνικός παλμός μέσω του μικροελεγκτή, προκαλώντας στην έξοδό του την εμφάνιση μιας διαφοράς δυναμικού ανάλογης της συγκέντρωσης CO2. Για μεγαλύτερη ακρίβεια κατά τις μετρήσεις, είναι απαραίτητος ο συνεχής έλεγχος των περιβαλλοντικών συνθηκών μέσω ενός αισθητήρα θερμοκρασίας και υγρασίας. Η καταγραφή και η επεξεργασία των αναλογικών σημάτων που λαμβάνονται από τους αισθητήρες, επιτυγχάνεται μέσω του μικροελεγκτή. Αρχικά αναλύονται τα φυσικά φαινόμενα που αξιοποιούνται από τους αισθητήρες που χρησιμοποιούνται για τη λήψη μετρήσεων. Εξετάζονται η λειτουργία του πιεζοηλεκτρικού στοιχείου, η λειτουργία γέφυρας, το πυροηλεκτρικό στοιχείο καθώς και η επιλογή των υπολοίπων στοιχείων που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή του τυπωμένου κυκλώματος (PCB - Printed Circuit Board). Ακολουθεί η σχεδίαση των απαραίτητων αναλογικών κυκλωμάτων για την ομαλή λειτουργία του συστήματος. Σε αυτό το στάδιο, έγιναν προσθήκες φίλτρων, ενισχυτών και λοιπών στοιχείων με σκοπό τη λήψη αξιοποιήσιμων σημάτων από τους αισθητήρες. Η σχεδίαση των σχηματικών των κυκλωμάτων καθώς και η υλοποίηση του PCB, έγιναν σε ειδικά προγράμματα τύπου EDA (Electronic Design Automation).Ο σχεδιασμός του PCB έγινε με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτρέπει προσαρμογές και επεκτάσεις του κυκλώματος, για να εξυπηρετηθούν οι παρούσες αλλά και μελλοντικές ανάγκες του Εργαστηρίου Βιοϊατρικής Οπτικής και Εφαρμοσμένης Βιοφυσικής.