Zastosowanie algorytmu genetycznego w celu wyznaczenia współczynników wzmocnienia wzmacniacza wejściowego rejestratora sygnałów

W artykule przedstawiono projekt wzmacniacza nieodwracającego o zmiennym współczynniku wzmocnienia dla modułu pięciozakresowego miernika napięcia. Zadaniem wzmacniacza jest dopasowanie zakresu wejściowego urządzenia do wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego. Przełączenie zakresu (wzmocnienia) odbywa się poprzez wybór odpowiedniej pary rezystorów odpowiedzialnych za wzmocnienie i podzielenie sygnału. Zestaw rezystorów przełączanych został dobrany za pomocą algorytmu genetycznego zaimplementowanego jako aplikacja napisana w środowisku LabVIEW. Program poszukuje rozwiązania w zadanej puli rezystorów zwanej populacją, poszukując wartości spełniające wszystkie zadane wzmocnienia sygnału.

Goal of the paper is to find proper resisnace values for input amplifier of voltage measurement module – see fig. 2. The voltage measurement module is a part of a bigger device which is a signal logger presented in fig. 1. The structure of the amplifier is presented in fig. 3. A pairs of resistors set the amplifier gains, the gain factor is given by equation (1). One resistor from RA group (which contains R1-R3) and one resistor from RB group (which contains R4-R6) set the gain factor. The variable gain convertes signal from choosen input of the module into ADC converter input. The module need five measurement ranges which have to be converted into ADC input, so five gain factors are needed. The genetic algorithm was employed to find the resistance values. Group of six resistors called genes buid chromosome – fig. 4. The matching function compares nine gains given by pairs of resistors with five desirable gains, each mached gain increases matching factor, expected factor is equal to five. The maching function is presented in fig. 6. The software was implemented in LabVIEW environment. The code is presented in fig. 7, as well as GUI is presented in fig. 8. The software finds the solution in given range of resistor values. In result it try to find all five signal gains. Two series of resistances were taken into account, the first one is E96 (1%) serie with 318 elements, the second one was series available in local electronic shop with 72 elements. The solutions were found in both cases. The results are presented in fig. 9.