In this paper, four methods to simulate or generate electric resistance at high resolution have been developed, tested and evaluated. Each method is called a Resistor Simulator and are numbered from one to four. Resistor Simulator one is based upon a set of digital potentiometers configured to achieve increased performance over a single 8-bit potentiometer. There were many issues with calibration and control over the individual potentiometers leading to a decent but uneven characteristic. Resistor Simulator two tests the setup of an encapsulated LED a photoresistor pair where output resistance is controlled by the light output of the current controlled LED. Although the output was purely resistive, and the resistance was controllable. This method has big issues with non-linearity and very poor repetitivity were the same input could give resistances several kiloOhms apart. Resistor Simulator three uses an ADC in combination with a DAC to measure the current going through the simulator over a shunt-resistor and regulate the voltage output to match the voltage-drop that the set resistance would generate. There were some issues with working in the extreme ends of the analog electronics in the circuit limiting how low currents that could be properly measured. This problem could be bypassed to evaluate the rest of the system with good results. The limiting factor of the simulator was the resolution of the DAC at high resistances. Resistor Simulator four was the largest and costliest of them all, but performance was also the best. It is built as a resistance ladder with a set of 16 binary matched resistors and bypass switches for each resistance. This way, output resistance is set just like a binary number. The performance of the simulator was equally good throughout the entire resistance span. The only thing that limited performance from great to good was that it was hard to get precisely matched resistors of odd values and low tolerance making for some deviation from the theoretical resistances. All four resistance simulators were realized on a single Arduino shield PCB, designed with Altium Designer and assembled by the student. Although an Arduino was used for this project, any microcontroller could be used as all communication with the PCB is done via SPI. Resistance performance was evaluated with an automated test system for inaccuracy, resolution and repetitivity. Furthermore, practicality parameters such as size and cost were evaluated to further determine the suitability of each resistor simulator. The outcome from this work is intended to be used as basis to design systems for test and evaluation of alarm systems. / Denna rapport beskriver fyra metoder för att simulera eller generera elektisk resistans med hög upplösning och noggrannhet. Metoderna har identifierats, utvecklats, testats och utvärderats. Varje metod benämns som en Resistor Simulator och är numrerade från ett till fyra. Resistor Simulator ett bygger på en uppsättning av digitala potentiometrar konfigurerade i en krets för att utöka dess upplösning och prestanda jämfört med en enkel 8-bitars potentiometer. Dock så stöttes en hel del problem på i samband med kalibrering och styrning av de individuella potentiometrarna med hyffsad men ojämn karaktäristik. Resistor Simulator två utvärderar konceptet med en inkapslad LED och fotoresistor där resistansen styrs genom att kontrollera ljusflödet med strömstyrning av dioden. Denna lösning var den enda med rent resistiv utgång och resistansen var kontrollerbar. Dock så har metoden stora problem med icke-linjärt beteende och variationer mellan test där samma styrsignal kan ge resistanser flera kiloOhm från varandra. Resistor Simulator tre använder en ADC tillsammans med en DAC för att mäta strömmen genom simulatorn och reglera spänningen för att motsvara det spänningsfall som den valda resistansen skulle generera. Denna lösning stötte på en del problem med för höga spänningsnivåer på den analoga elektronik som användes vilket begränsade hur låga strömmar som kunde mätas. Detta problem kunde förbigås för att utvärdera resten av systemet med goda resultat. Den begränsande faktorn för simulatorns upplösning låg dock i upplösningen på DAC vid höga resistanser. Resistor Simulator fyra var den största och dyraste av dem alla, men också den som presterade bäst. Den är byggd som en resistorstege med en uppsättning av 16 binärt matchade resistorer som alla försetts med en kortslutande styrbar brytare vilket gör att resistans kan beräknas på samma sätt som ett binärtal räknas. Prestandan var genomgående bra i hela mätområdet med enda baksida att det var svårt att införskaffa resistorer av udda värden med mycket låga toleranser varav mindre avvikelser från den teoretiska upplösningen uppkom. Alla simulatorer realiserades på ett tilläggskort till en Arduino som designats med Altium Designer och byggdes ihop av studenten. Även om en Arduino användes för just detta projekt skulle vilken annan mikrokontroller kunna användas då all kommunikation på kretskortet sker via SPI. Prestandan av simulerad resistans testades med ett automatiskt testsystem och utvärderades för onoggrannhet, upplösning och repeterbarhet. Utöver detta utvärderades praktiska parametrar som storlek och materialkostnad för att kunna utvärdera i vilka sammanhang respektive simulator passar bäst till. Utfallet från detta arbete avser att ligga till grund för utveckling av utrustning för test och utvärdering av larmsystem.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:uu-446653 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Jansson, Ola |
| Publisher | Uppsala universitet, Elektricitetslära |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0023 seconds