Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών Σχεδίαση και Ανάπτυξη Προηγμένων Συστημάτων Ηλεκτρονικής ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΕΑΡΙΝΟΥ ΕΞΑΜΗΝΟΥ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΟΥ ΕΤΟΥΣ

Transcript

1 Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών Σχεδίαση και Ανάπτυξη Προηγμένων Συστημάτων Ηλεκτρονικής ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΕΑΡΙΝΟΥ ΕΞΑΜΗΝΟΥ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΟΥ ΕΤΟΥΣ ΜΑΘΗΜΑ Σύγχρονη οργανολογία και μετρολογία ΚΩΔΙΚΟΣ MH21 ΕΞΑΜΗΝΟ Β ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ ΕΙΣΗΓΗΤΗΣ Ηλίας Σταύρακας Γιώργος Χλούπης Οδυσσέας Τσακιρίδης ΘΕΜΑ 1 Ο (Μονάδες: 25) ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ α/ Να περιγραφεί σύντομα η λειτουργία του κυκλώματος του σχήματος 1. [5] β/ Στο κύκλωμα του συγκριτή υστέρησης που δίνεται στο σχήμα 1 η είσοδος τροφοδοτείται από αισθητήρα θερμοκρασίας το οποίο αφού ενισχυθεί έχει χαρακτηριστική τάσης - θερμοκρασίας όπως παρουσιάζεται στο σχήμα 2. Να καθοριστούν οι τιμές των αντιστάσεων R 1 και R 2 καθώς και η τιμή της VCC3 ώστε όταν η μετρούμενη θερμοκρασία αυξηθεί πάνω από τους 35 o C η έξοδος του κυκλώματος να είναι V o =11V(ON) ενώ μόλις η θερμοκρασία επιστρέψει σε τιμή μικρότερη των 25 o C η έξοδος να γίνει V o =-11V(OFF). Δίνεται η VCC1=12V και η VCC2=-12V. [10] γ/ Να περιγραφεί σύντομα ο τρόπος λειτουργίας του κυκλώματος πολλαπλασιαστή (multiplier) του σχήματος 3. [10] Σχήμα 1 Σχήμα 2 Σχήμα 3

2 ΘΕΜΑ 2 Ο (Μονάδες: 25) α/ Να υπολογιστεί και να σχεδιαστεί φίλτρο χαμηλών συχνοτήτων πρώτου βαθμού (butterworth) με συχνότητα αποκοπής f c =1.5kHz και ενίσχυση k=10. Να σχεδιαστεί η καμπύλη απόκρισης. Το κύκλωμα του ΦΧΣ δίνεται στο Σχήμα 4. [10] β/ Να περιγραφεί σύντομα ο τρόπος λειτουργίας του κυκλώματος του σχήματος 5 (γέφυρας Weatstone) και να υπολογιστεί θεωρητικά την τιμή της τάσης Vo. [10] γ/ Στο κύκλωμα του σχήματος 5 οι αντιστάσεις R 1, R 2, R 3 είναι ίσες μεταξύ τους και έχουν τιμή R 1 =R 2 =R 3 =123Ω. Στη θέση της αντίστασης R4 βρίσκεται τοποθετημένος γραμμικός αισθητήρας μέτρησης επιμήκυνσης (ε) ο οποίος έχει σε ηρεμία τιμή αντίστασης R 4 = Ω ενώ για κάθε 0.1% μεταβολή του μήκους του, η αντίσταση του μεταβάλλεται κατά 2Ω. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα Vo(ε). Δίνεται η τάση τροφοδοσίας της γέφυρας Vin=6V. [5] Σχήμα 4 Σχήμα 5 ΘΕΜΑ 3 Ο (Μονάδες: 25) α/ Ο ολοκληρωμένος αισθητήρας LM35 (datasheet στο Παράρτημα Α) έχει δυνατότητα μέτρησης θερμοκρασιών από 55 έως +150 ο C. Ανάλογα με τη συνδεσμολογία του ακροδέκτη εξόδου, δύναται να μετρά σε διαφορετικό εύρος τιμών (εντός των ορίων -55 έως +150 ο C ). Χρησιμοποιώντας τη συνδεσμολογία του Figure 1 (παράρτημα Α, datasheet), να σχεδιάσετε και να υπολογίσετε ενισχυτική βαθμίδα με ΤΕ, προκειμένου στους +150 ο C, η τάση εξόδου του ΤΕ να μπορεί να οδηγηθεί (δίχως κορεσμό) σε Α/D μετατροπέα με εύρος εισόδου 0 3.3V. [10] β/ Στο σχήμα 6 παρουσιάζεται κύκλωμα μέτρησης θερμοκρασίας από 0 έως +150 ο C με χρήση του LM35. Να δοθούν οι τιμές της τάσης στον ακροδέκτη εξόδου του LM741, για θερμοκρασίες 0, 1, 10, 99 και 150 ο C. [5]

3 +5V 1 C1 LM LM uF 3 + R 75 C2 1uF - R2 10K R1 4.7K Σχήμα 6 γ/ Εάν αντικαθιστούσατε τον LM35 με τον ΤMP36, με χαρακτηριστική Τάσης εξόδου θερμοκρασίας όπως φαίνεται στο Fig.3 του Παραρτήματος Α και η έξοδος του ΤΜP36 οδηγούνταν απ ευθείας στην είσοδο A/D ενός με, ποια σχέση θα χρησιμοποιούσατε (στο πρόγραμμα που θα γράφατε) για να μετατρέψετε την τάση σε βαθμούς Κελσίου; (Nα αιτιολογηθεί) [10] ΘΕΜΑ 4 Ο (Μονάδες: 25) Στα πλαίσια μελέτης για τη δημιουργία «έξυπνης πόλης» καλείστε να σχεδιάσετε ασύρματο δίκτυο αισθητήρων με χρήση ZigBee που θα καταγράφει τις ελεύθερες θέσεις παρκαρίσματος σε πάρκο και θα ενημερώνει σε πραγματικό χρόνο ενδεικτικές πινακίδες (S1 & S2) στις εισόδους του πάρκου. Το τοπογραφικό διάγραμμα του πάρκου απεικονίζεται στο Παράρτημα Β. Στον Πίνακα Α δίδεται λίστα με τα διαθέσιμα ZigBee. Να προτείνετε τη βέλτιστη λύση (με αιτιολόγηση) τόσο από οικονομικής πλευράς όσο και από πλευράς ενεργειακής αυτονομίας (καθότι τα ZigBee θα τροφοδοτούνται με μπαταρίες). Πίνακας Α Τυπος Εμβέλεια Κατανάλωση Tοπολογία Data Rate Τιμή XBee 2mW PCB Antenna - S2 100m 3.3v Point2Point 250kbps 35 XBee 2mW RPSMA - S2 200m (ΑΝΤ) 3.3v Mesh 250kbps 45 XBee 2mW U.FL Connection - S2 200m (ΑΝΤ) 3.3v Mesh 250kbps 45 XBee 2mW Wire Antenna - S2 250m (ANT) 3.3v Mesh 250kbps 45 XBee 50mW PCB Antenna - S2 250m 3.3v Point2Point 250kbps 80 XBee 50mW RPSMA - S2 600m (ΑΝΤ) 3.3v Mesh 250kbps 90 XBee 50mW U.FL Connection - S2 600m (ΑΝΤ) 3.3v Mesh 250kbps 100 XBee 50mW Wire Antenna - S2 650m (ANT) 3.3v Mesh 250kbps 120 ΘΕΜΑ 5 Ο (Μονάδες: 25) α/ Δώστε ορισμό των Αυστηρών και Χαλαρών συστημάτων πραγματικού χρόνου (Hard and Soft realtime systems) καθώς και χαρακτηριστικά παραδείγματα των δύο παραπάνω περιπτώσεων. [5]

4 β/ Υπολογίστε την διαθεσιμότητα ενός δορυφορικού επαναλήπτη σήματος που εμφανίζει 2 βλάβες σε περίοδο ωρών και ο μέσος χρόνος επισκευής του (MTTR) είναι 3 ώρες. [10] γ/ Περιγράψτε σύντομα την συμβολή στην επίδοση ενός συστήματος πραγματικού χρόνου των παρακάτω χαρακτηριστικών: Ανταποκρισιμότητα, Διαδοχικότητα, Προσδιορισιμότητα, Νεότητα. [10] ΘΕΜΑ 6 Ο (Μονάδες: 25) α/ Εξηγείστε την λειτουργία του παρακάτω VI και σχεδιάστε το αναμενόμενο Front Panel.

5 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α

6 Figure 3: Output Voltage vs. Temperature

7 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ B