99347

Разработка системы автоматического регулирования температуры в рабочем диапазоне регулирования 100-300 градусов

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Содержащую трех разрядную цифровую индикацию температуры с позиционным регулированием и настенным исполнением. САР температуры предназначена для управления процессами нагрева и охлаждения с целью создания требуемой температуры. Такие системы часто используются для поддержки температуры в салонах автомобилей отоплении промышленных печах.

Русский

2016-09-10

89 KB

2 чел.

Содержание

Введение

  1. Разработка структурной схемы

2   Разработка принципиальной электрической схемы

3   Расчетная часть

4   Расчет печатной платы

5   Разработка конструкции

Заключение

Список использованных источников

Введение

В данном курсовом проекте нам предстоит разработать систему автоматического регулирования температуры в рабочем диапазоне регулирования 100…300°С. Содержащую трех разрядную цифровую индикацию температуры, с позиционным регулированием и настенным исполнением.

Автоматика – это отрасль науки и техники с помощью которой удается автоматически управлять протеканием процессов или поведение объектов и контролировать их состояние. Автоматику применяют вместо человеческого труда, когда это опасно для жизни и здоровья, когда дешевле, точнее, надежнее.

Позиционное регулирование реализуется в релейных системах автоматического регулирования (САР) работающих по принципу включено/выключено, вперед/назад, вперед/стоп/назад.

САР температуры предназначена для управления процессами нагрева и охлаждения с целью создания требуемой температуры. Температура контролируется нагревателем и отображается на индикации. Такие системы часто используются для поддержки температуры в салонах автомобилей, отоплении, промышленных печах.

Современный этап развития научно-технического прогресса характеризуется широким применением электроники и микроэлектроники во всех сферах жизни и деятельности человека. Важную роль при этом сыграло появление и быстрое совершенствование интегральных микросхем – основной элементной базы современной электроники. Цифровые интегральные микросхемы применяются в вычислительных машинах и комплексах, в электронных устройствах автоматики, цифровых измерительных приборах, аппаратуре связи и передачи данных, медицинской и бытовой аппаратуре.

По мере развития элементной базы, повышения её надёжности область применения автоматически расширяется, что увеличивает скорость и точность выполнения операций, повышает производительность труда и улучшает качество.

Системы автоматики позволяют управлять вредными процессами в химии, ядерной техники.

Автоматика и вычислительная техника за последнее время приобрели наибольшее значение для производства. Успех дальнейшего подъёма материально-технического уровня стал возможным только на базе широкого внедрения автоматизированных систем управления производственными процессами.

Отрасль техники, связанная с разработкой методов и средств контроля и управления производственными процессами, называется автоматикой и телемеханикой. При этом автоматика – управление и контроль на сравнительно небольших расстояниях, а телемеханика – управление и контроль на расстоянии, для преодоления которого необходимо применение специальных средств.

/1/, /2/, /3/, /9/.

1 Разработка структурной схемы

Структурная схема системы автоматического регулирования температуры представлена в графической части курсового проекта БККП.023609.100Э1 и состоит из следующих блоков:

- Источника питания

- Пульт управления

- Микроконтроллер

- Электронный ключ

- Нагреватель

- Контролируемый объект

- Световая сигнализация

- Цифровая индикация

- Датчик

Разрабатываемая система автоматического регулирования температуры обеспечивает рабочий диапазон регулирования от 100 до 300°С и световую индикацию работы нагревателя.

Входящие в структурную схему функциональные устройства выполняют следующие функции:

Датчик температуры – для измерения температуры.. преобразовывает сопротивление в напряжение – удобное для восприятия АЦП

Пульт управления осуществляет программирование микроконтроллера, поддержание температуры в заданном диапазоне

Микроконтроллер управляет электронным ключом, нагревателем и световой сигнализацией, работой устройства в целом.

Электронный ключ – для запуска и остановки процесса регулирования

Нагреватель – поддерживает заданную температуру в рабочем диапазоне

Световая сигнализация – оповещает о превышении рабочей температуры.

Цифровая индикация – отображает значения измеряемой температуры и отображает программируемые параметры

На пульте управления задается диапазон рабочей температуры который отображается на цифровой индикации при помощи микроконтроллера, заданные параметры хранятся в микроконтроллере. Микроконтроллер посылает сигнал на электронный ключ который тем самым включает в работу нагреватель, в случаи превышения заданной температуры микроконтроллер посылает сигнал на световую сигнализацию. Датчик температуры непрерывно контролирует температуру создаваемую нагревателем и посылает получаемые данные на вход аналогово-цифрового преобразователя микроконтроллера, через дешифратор на цифровую индикацию поступают значения измеряемой температуры.

Разработка электрической  принципиальной схемы

Электрическая принципиальная схема системы автоматического регулирования температуры представлена в графической части курсового проекта БККП.023609.100Э3.

Разрабатываемая система автоматического регулирования должна содержать следующие параметры:

Регулируемый или контролируемый параметр – температура

Тип датчика – термоэлектрический

Тим, семейство устройства управления - микроконтроллерPIC

Исполнительное или регулирующее устройство – нагреватель

Тип сигнализации - световая

Электронный ключ – оптопара тиристорная

Напряжение питания – 220В 50Гц

Мощность исполнительного или регулирующего устройства – 100Вт

Данная схема состоит из:

- Термоэлектрического датчика

- Микроконтроллера

- Цифровой индикации

- Световой сигнализации

- Оптопары тиристорной

- Нагреватель

- Световой сигнализации

- Преобразователь напряжения

Включение питания осуществляется тумблеромSA1 и загорается светодиод типа… символизирующий наличие напряжения в цепи, преобразователем напряженияAC/DC типа   для питания микроконтроллера +5В и датчика +12В.Микроконтроллер принимает сигнал с датчика типа  о изменении измеряемой температуры на нагревателе. Для включения нагревателя, в качестве электронного ключа,  выступает оптопара тиристорная типа с током нагрузки ::А. Ограничительный резистор предназначен для ограничении напряжения питания светодиода, входящего в состав тиристорной оптопары, выбран небольшой мощности, так как потребление светодиода составляют десятки миллиампер. Индикация результатов измерения осуществляется при помощи цифровой индикации типа ??? ? которой управляет микроконтроллер.

Нагреватель мощностью 100Вт.

Выбор радиоэлектронных компонентов, цепей и контуров обусловлен назначением каждого блока  структурной схемы.

Блок питания данной системы выбран стандартный для питания модуля на 24 В.

В качестве датчика используется терморезистор типаDTCXX4. Его выбор обусловлен подходящем диапазоном измеряемых температур от -50 до +250°С

При отклонении температуры от заданного уровня поступает сигнал с микроконтроллера на включение либо отключение нагревателя. При этом загорается световая сигнализация типа которая после возврата измеряемой температуры в заданный диапазон гаснет.

  1. Расчетная часть

  1. Расчет электронного ключа ( оптопара тиристорная)

  1. Расчет световой сигнализации

Момо

Илрил

3.1 Расчет светодиода

                             Рисунок 1

Выбираем светодиодHL1 ЕР2012-150R1 с параметрами:

Прямой токIпр, А                                                                 0,01

Прямое падение напряженияUпр.max, В                              2,4

Рассчитываем сопротивлениеR4 по формуле:

R4=Uпит-Uпр.maxHL1/IпрHL1

ГдеUпит – напряжения питания, В

Uпр.maxHL1 – падение напряжения наHL1, В

IпрHL1 – ток через светодиодHL1

R4=(18-2,4)/0.01=1560 Ом

Рассчитываем мощность по формуле

PR4=(Uпит-UпрHL1)*I пр

гдеUпит- напряжение питания

UпрHL1- прямое напряжение на диоде

I пр- прямой ток диода

PR4=(18-2,4)*0,01=0,156 Вт

Выбираем резистор типаМО-500-5-56 Ом ±5%

4 Расчет печатной платы

В связи с небольшим количеством элементов, составляющих конструкциюсистемы контроля температуры, применим неавтоматизированный метод разработки печатной платы. Для этого производим реконфигурацию схемы.

Принципиальная электрическая схема проектируемого устройства после реконфигурации принимает вид , представленный на рисунке 4

Составляем таблицу, необходимую для определения размера контактной зоны печатной платы, используя данные о геометрических размерах используемых элементов. Обозначения элементов в соответствии с принципиальной схемой БККП 023118.110Э3.

Таблица 2Габаритные размеры элементов

Обозначение

элемента

Тип элементов

околичество

Габаритные

размеры, мм

Установочная

площадь, см2

С1

0603 X7R 10nF 6.3v ±10%

1

1,6*0,8

0,0128

FU1

60R025

1

3*5

0,15

HL1

ЕР2012-150R1

1

1118

1,98

R1

МО-500-5-56 Ом±5%

1

8*2,3

0,184

R2

МО-12,5-0,125-270 Ом±5%

1

8*2,3

0,184

R3

МО-12,5-0,125-100 Ом±5%

1

8*2,3

0,184

R4

МО-12,5-0,125-100 Ом±5%

1

8*2,3

0,184

VD1

1N5918В

1

2,8*9

0,252

VD2

1N5918В

1

2,8*9

0,252

VS1

КУ208А

1

 0,43*0,5

0,22

Для расчета площади монтажной зоны находим суммарные установочные площади малогабаритных, среднегабаритных и крупногабаритных радиоэлементов.

К малогабаритным элементам относим: С1,FU1, ,R1-R4,VS1.

К среднегабаритным элементам относим:VD1-VD2

К крупногабаритным элементам относим: ,HL1

Суммарная площадь малогабаритных электро-радиоэлементов равна:

Sмг=0,0128+0,15+0,184*2+0,252*2+0,24=1,45 см2

Суммарная площадь среднегабаритных электро-радиоэлементов равна:

Sсг1,638*2=3,276 см2

Суммарная площадь крупногабаритных электро-радиоэлементов равна:

Sкг= =1,98 см2

Согласно данным приведенным в таблице 1, рассчитываем площадь монтажной зоны по формуле :

Sмз = 4 ∙Sмг + 3 ∙Sсг+1,5 ∙Sкг

Sмз = 4*1,80+3*3,276+1,5*1,98=20,5 см2

Исходя из того, что, кроме монтажной зоны, на печатной плате должно быть предусмотрено место для крепления платы к корпусу, выбираем габаритные размеры печатной платы  4*6 сантиметров. Площадь такой печатной платы равна 24см2, что полностью удовлетворяет запросам по размерам монтажной зоны и величины крепежных элементов устанавливаемых на печатную плату./2/

5 Разработка конструкции

Вроли корпуса использован стандартный корпусNGS 9811. Передняя панель прикрепляется четырьмя винтами по углам. Передняя панель корпуса изготавливается из листа винипласта толщиной 1,5мм . Для удобства обслуживания все элементы стенда установлены на лицевой панели.

Сборка электрической схемы осуществлена путем навесного монтажа элементов, которые крепятся на монтажных колодках и стойках, зафиксированных на обратной стороне лицевой панели. Все электрические соединениявыполнены монтажным проводом типаМВГ-0,5.

Подключение питания производится через клеммные колодки. Шнур подключен к клеммной колодке, расположенный в нижнем левом углу, откуда напряжение 220 В поступает на необходимые блоки. В правом нижнем углу расположены держатели предохранителей и тумблер «СЕТЬ.

Исследуемый модуль ОВЕН расположен в верхнем левом, там же расположены клеммые колодки для подключения исполнительного устройства-нагревателя и термоэлектрического датчика-термопары.

В правом верхнем углу расположен преобразователь интерфейсов

Маркировка элементов на лицевой панели нанесена путем распечатки позиционных обозначений черными чернилами на белой бумаге и последующем приклеивании их и покрытии прозрачным скотчем.

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта была спроектирована автоматическая система регулирования температуры. При разработке производился расчёт отдельных узлов схемы, а именно семисторная оптопара, светодиод.

Спроектированная система удовлетворяет условиям на проектирование, а именно сигнализирует о снижении заданного уровня температуры, поступающего на вход схемы.

Cписок использованных источников

1.Галкин В.И., Пелевин Е. В. Промышленная электроника и микроэлектроника. Учеб – Мн.: Беларусь, 2000

2.Евреинов Э.В.Цифровая и вычислительная техника Учеб. - Мн.: Радио и связь, 1989

3.Воробьев Н.И. Проектирование электронных устройств. Учеб. – Москва:  Высш. Школа, 1989.

4.Микросхемы и их применение: Справ. Пособие.-3-е изд. Перераб. и доп.-Мн.: Радио и связь,1989

5.Шульгин П.О., Воробьев И.Б., Котова В.А. Справочник по цифровым логическим микросхемам.

6.ГОСТ 2.417-91. Платы печатные. Правила выполнения чертежей

7.ГОСТ 29137 – 91. Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатной плате. Общие требования и нормы конструирования

8.Акимов Н.И. Справочник резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные элементы, реле. Мн.: Беларусь, 1994

9. Богданович М.И., Грель И.Н. Цифровые интегральные микросхемы. Мн.: Беларусь, 1991


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14037. Маленький горбань С. Черкасенко 31 KB
  УРОК № 24 Тема. С. Черкасенко. Маленький горбань. Мета: допомогти учням глибше усвідомити ідейнохудожній зміст оповідання; розвивати навички виразного читання переказу висловлення власної думки з приводу прочитаного; виховувати почуття милосердя доброти толера
14038. Багаторічна мінливість повторюваності та кількості опадів в місті Одеса 3.18 MB
  Мета дипломного проекту – розглянути статистичні характеристики кількості опадів, числа днів з дощем та числа днів зі снігом в місті Одеса за період 1973-2012 роки. Визначити динаміку кількості опадів та числа днів з дощем та снігом за останні сорок років. Виявити тенденцію притаманну кількості та повторюваності опадів.
14039. Повышение лояльности потребителей в ЗАО «СМО «Спасение» 3.56 MB
  Значение лояльности как фактора конкурентоспособности подтверждается конкретными статистическими данными. По оценкам Ф.Ф. Райхельда и его коллег, низкий уровень лояльности в деловой среде снижает показатели эффективности экономической деятельности на 25—50%, а иногда и более процентов.
14040. Маленький горбань. Урок з української літератури С. Черкасенко 52.5 KB
  УРОК № 25 Тема.С. Черкасенко. Маленький горбань. Мета:продовжити ознайомлення з твором С. Черкасенка Маленький горбань; розвивати навички зв’язного мовлення аналізу епічного твору характеристики героїв; на прикладі художньої літератури допомогти учням усвідоми
14041. «Маленький горбань». Краса зовнішня і внутрішня, душевна С. Черкасенко 29 KB
  УРОК № 26 Тема.С. Черкасенко. Маленький горбань. Краса зовнішня і внутрішня душевна. Мета:продовжити роботу над твором С. Черкасенка Маленький горбань; розвивати зв’язне мовлення учнів уміння аналізувати епічний твір висловлювати власну думку на основі прочита...
14042. «Євшан-зілля» М. Вороний 31 KB
  УРОК № 27 Тема.М. Вороний. Євшанзілля. Мета:ознайомити учнів із життям і творчістю письменника змістом поеми Євшанзілля; розвивати навички виразного й усвідомленого читання переказу ліроепічного твору; виховувати почуття патріотизму поваги до історичного мин
14043. «Євшан-зілля». Конспект уроку з української літератури М. Вороний 39 KB
  УРОК № 28 Тема.М. Вороний. Євшанзілля. Мета:допомогти учням глибше усвідомити ідейнохудожній зміст поеми Євшанзілля; розвивати навички аналізу ліроепічного твору висловлення власної думки щодо прочитаного виховувати почуття патріотизму любові до близьких і
14044. «Різдво», «Коляда» Б.-І. Антонич 37.5 KB
  УРОК № 30 Тема.Б.І. Антонич. Різдво Коляда. Мета:ознайомити учнів із життям та творчістю письменника його віршами про народнорелігійні свята й обряди; розвивати навички виразного читання аналізу визначення художніх засобів у поезіях; висловлення власних судж
14045. М. Вороний. «Євшан-зілля». Роздуми про сучасність 28 KB
  УРОК № 30 Тема. М. Вороний. Євшанзілля. Роздуми про сучасність. Мета: продовжити вивчення твору М. Вороного Євшанзілля; розвивати зв’язне мовлення учнів уміння пов’язувати літературні ідеї із життям висловлювати і відстоювати власну точку зору; виховувати почут