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

51142. Косвенные однократные измерения 117.85 KB
  Недостатком этих измерений является возможность грубой ошибки промаха; многократное измерение измерение физической величины одного и того же размера результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений т. состоящее из ряда однократных измерений. Многократные измерения проводят с целью уменьшения влияния случайных факторов на результат измерений; б по характеру точности по условиям измерения: равноточные измерения ряд измерений какойлибо величины выполненных одинаковыми по точности СИ в одних и тех же...
51143. Измерение углов токарного резца. Методические указания 306.93 KB
  На токарных станках можно выполнить следующие виды работ: точение в центрах, в патроне и на планшайбе; растачивание; торцовое точение; отрезку и подрезку; нарезание резьбы; точение конусов, фасонных поверхностей и другие виды работ с применением соответствующих инструментов и приспособлений.
51145. Операционный блок микропрограммируемого процессора 53.57 KB
  Цель работы: изучение операционного блока на уровне структурной схемы, ознакомление с составом микрокоманд и порядком их выполнения, составление и отладка микропрограмм.
51146. Изучение микроконтроллера MSP430F2013 и адаптера eZ430-F2013 587.63 KB
  Микроконтроллеры широко применяются в автоматических системах во всех сферах жизни человека, например, в промышленности, на транспорте, в быту. Микроконтроллеры являются ядром системы управления роботов, мехатронных систем, автоматических устройств. Большой интерес вызывает активно развивающееся семейство микроконтроллеров MSP430 с флэш-памятью и сверхмалым энергопотреблением, производимых корпорацией Texas Instruments.
51147. Изучение способов адресации микроконтроллеров MSP430 204.88 KB
  Задание на лабораторную работу Разработка схемы алгоритма решения задачи Разработка программы Результаты вычислительного эксперимента Выводы Список литературы Введение Производительность микроконтроллера во многом определяется его центральным процессорным устройством ЦПУ. Разработка алгоритма Схема алгоритма...
51148. Программирование циклических алгоритмов 237.19 KB
  Последовательно вводятся N целых чисел. Найти сумму всех отрицательных среди них. Введи количество чисел Сумма отрицательных элементов Результат работы Задание...
51149. Изучение представления графической информации в WINDOWS 129.3 KB
  Цель работы: Написать программу, реализующую просмотр графического файла (формат BMP). Программа должна: загружать и выводить на экран произвольный файл (с использованием файловых функций); осуществлять проверку на допустимый формат файла;
51150. Построение и расчет временных параметров моделей СПУ 129.71 KB
  Согласно номеру своего варианта получите следующие исходные данные: время нормальной длительности каждой работы сетевой модели и описание упорядочения этих работ. В соответствии с сетевыми методиками: рассчитайте и отобразите на сетевом графике временные параметры событий: ранний и поздний срок свершения события резерв события; рассчитайте и представьте в таблице временные параметры работ: время раннего и позднего начала работ; время раннего и позднего окончания работ; полный и свободный резервы...