99540

Система автоматического контроля давления

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В данном курсовом проекте необходимо спроектировать систему автоматического контроля давления. Измерительным элементом является датчик ПД100-ДИ предназначенный для измерения давления. Разработка электрической принципиальной схемы. Расчет резистора на выходе датчика ПД100-ДИ

Русский

2016-09-22

153.5 KB

0 чел.

Система автоматического контроля давления

Содержание

Введение……………………………………………………………………

1 Разработка структурной схемы…………………………………………

2 Разработка электрической принципиальной схемы…………………..

3 Расчетная часть………………………………………….………………

3.1 Расчет твердотельного реле……………………………………

3.2 Расчет предохранителя………………………….………………

3.3 Расчет резистора на выходе датчика ПД100-ДИ.……………..

4 Разработка конструкции……………………………………………….

Заключение……………………………………………………………….

Список использованных источников…………………………………...

Введение

Развитие и совершенствование ИМС позволило перейти от громоздких аналоговых схем управления к более современным, простым и дешевым цифровым устройствам – микроконтроллерам. Включая в себя большое количество реализуемых функций, они позволяют управлять системами самой разной направленности, чем раскрывается их, несомненно, самый большой плюс – универсальность. Широкое использование такой аппаратуры, так же обусловлено ее быстродействием, точностью, высокой чувствительностью и малым потреблением энергии.

Микроконтроллеры AVR включают: таймеры-счётчики, широтно-импульсные модуляторы, поддержку внешних прерываний, аналоговые компараторы, 10-разрядный 8-канальный АЦП, параллельные порты (от 3 до 48 линий ввода и вывода), интерфейсы UART и SPI, сторожевой таймер и устройство сброса по включению питания. Все эти качества превращают AVR-микроконтроллеры в мощный инструмент для построения современных, высокопроизводительных и экономичных контроллеров различного назначения.

В рамках единой базовой архитектуры AVR-микроконтроллеры подразделяются на три подсемейства:

Classic AVR — основная линия микроконтроллеров с производительностью отдельных модификаций до 16 MIPS, FLASH ROM программ 2–8 Кбайт, ЕEPROM данных 64–512 байт, SRAM 128–512 байт;

mega AVR с производительностью 4–6 MIPS для сложных приложений, требующих большого обьёма памяти, FLASH ROM программ 64–128 Кбайт, ЕEPROM данных 64–512 байт, SRAM 2–4 Кбайт, SRAM 4 Кбайт, встроенный 10-разрядный 8-канальный АЦП, аппаратный умножитель 8ґ8;

tiny AVR — низкостоимостные микроконтроллеры в 8-выводном исполнении имеют встроенную схему контроля напряжения питания, что позволяет обойтись без внешних супервизорных микросхем.

Внедрение этих микроконтроллеров в системы автоматического контроля свело разработку таких систем до простейшего подключения датчика к запрограммированному контроллеру. Простота и дешевим этого способа, приводит к повсеместному внедрению, путем модернизации датчиков и простоты программирования через ПК или кнопочную станцию. Многочисленные преимущества дают положительный эффект во внедрение новшеств с огромную сферу автоматизационных процессов.

Микроконтроллер AVR ATMega48 обладает следующими параметрами:

  • Высококачественный низкопотребляющий 8- битный AVR микроконтроллер
  •     - 130 команд, большинство которых выполняется за один такто    - встроенный двухцикловый умножитель
  •     - 4/8/16 КБ внутрисистемно программируемой Flash памяти программы, способной выдер    - вспомогательная секция загрузочной программы с независи    - Программируемая защита от считывания
  •     - Два 8- разрядных таймера/счетчика с отдельным предделите    - Один 16- разрядный таймер/счетчик с отдельным преддели    - Байт- ориентированный последовательный 2- проводный ин    - Программируемый сторожевой таймер со встроенным генера    - Прерывание и пробуждение при изменении состояния выводов
  •     - Встроенный откалиброванный генератор - Внешние и внут    - Пять режимов пониженного потребления: Idle, ADC Noise Reduction, Power-Save, Power-down и Standby
  •     - 32 выводные TQFP и MFL корпуса
  •     - от 4.5 до 5.5 В у ATMega48/ATMega88/ATMega168
  • Коммерческий рабочий температурный диапазон
  •     - от 0 до 16 МГц у ATMega48/ATMega88/ATMega168
  •       0.5 мкА при напряжении питания 1.8 В

1 Разработка структурной схемы

В данном курсовом проекте необходимо спроектировать систему автоматического контроля давления. Измерительным элементом является датчик ПД100-ДИ предназначенный для измерения давления.

Задающим устройством является кнопочная панель, состоящая из 4х кнопок подключенных ко входам микроконтроллера. Назначение кнопок устанавливается путем аппаратного программирования микроконтроллера. Кнопки контролируют работу схемы, путем изменения давления, а также отключают звуковую сигнализацию.

В качестве контролирующего элемента в состав которого входит АЦП, ОЗУ и сравнивающее устройство(АЛУ) выступает микроконтроллерATmega48.ATmega48 - экономичный 8-разр. КМОП микроконтроллер, выполненный по AVR RISC-архитектуре. За счет выполнения большинства инструкций за один машинный цикл микроконтроллерATmega48 достигает производительности 4млн. оп. в сек. при тактировании частотой 4МГц, что позволяет оптимизировать потребляемую мощность и быстродействие. Ядро AVR комбинирует богатый набор инструкций с 16 регистрами общего назначения, которые непосредственно подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ). Это позволяет осуществлять доступ при выполнении инструкции сразу к двум регистрам и выполнить ее за один машинный цикл. Результирующая архитектура обладает высокой эффективностью и высокой производительностью.

Исполнительным устройством является электронный ключ на симисторной оптопаре. Получая импульсы с соответствующих выходовATmega48 ключ открывается, подключая двигатель компрессора к цепи питания.

Используемая сигнализация – световая (светодиод АЛ308) и звуковая.

Питание на систему подается через АС-DC преобразователь серииADS-5512, с двумя выходными каналами  напряжением 5В и 12В и общим нулевым проводом, для питания микроконтроллера, преобразователя на датчике, и нагревательного элемента соответственно.

Цифровая индикация выполнена на семисегментных индикаторах типаSA

2 Разработка принципиальной электрической схемы

Схема электрическая принципиальная представлена в графической части курсового проекта БККП.023112.100Э3.

Работа системы приводиться в действие замыканием переключателя SА1. Задающим устройством являются кнопки SB1«Больше», SB2«Меньше», SB3 «Задание», SB4 «откл. звук. Сигн.» которые непосредственно соединены с входами микроконтроллераATmega48, соответственно РВ0, РВ1, РВ2, РВ3. Кнопка SВ1 - увеличивает заданное или фактическое значение давления, SВ2 – уменьшает заданное или фактическое значение давления, SB3 – переключает режимы цифровой индикации между заданным и фактическим значениями, SB4 – отключает звуковую сигнализацию.

Датчик давления ПД100-ДИ регистрирует поступающее на его вход давление, и передает преобразованный сигнал на вход МК.

Поступая на входADC0-1 МК, аналоговый сигнал преобразуется с помощью встроенного АЦП в дискретный (цифровой код), после поступает в регистр памяти, и храниться до прихода сигнала сравнения. Оператор, задавая значение уровня давления, записывает число через арифметико-логическое устройство в регистр1. Таким образом, задается верхний предел счета.

Значения регистра1 и регистра2 сравниваются на цифровом компараторе, и в случаи превышения фактического значения над заданным, ЭК замыкается, и срабатывает сигнализация.

Схема питается от источника сети 220 В с промышленной частотой 50 Гц. Однако непосредственно для питания элементов схемы используется напряжение меньшего уровня. Чтобы обеспечить такое питание в схеме используется   АС-DC преобразователь серииRID-125-2405.С двумя выходными каналами  напряжением 5В,12В.Для питания микроконтроллера, датчика и двигателя компрессора соответственно.

3 Расчетная часть

3.1 Расчет твердотельного реле

Рисунок 1

Для выбора ТТР необходимо знать номинальное значение тока нагрузки, в данном случаи это однофазный конденсаторный двигатель, которое можно рассчитать по формуле (1):

Iномном/Uпит                                       (1)

где   Рном– мощность, потребляемая исполнительным, регулирующим устройством, Рном=500Вт;

       Uпит – напряжение питания исполнительного устройства, Uпит=220В.

Iном=500/220=2,27 А

Выбор номинала ТТР должен осуществляться для электродвигателя в соответствии с запасом номинального тока реле. Рекомендуемый производителем запас по току для электродвигателя в    5-10 раз. Исходя из этого и других данных выбираем ТТР HDxxxxZD3, которое обладает следующими параметрами:

- Тип управляющего сигнала3…32 V DC

- Номинальный ток25 А

- Коммутирующее напряжение 40…440 V AC

- Потребляемый ток в цепи управления 6-35 мА

- Управляющие напряжения (порог вкл/выкл)3 V DC / 1 V DC

- Максимально допустимые импульсы напряжения 400VDC

- Время переключения реле при частоте сети 50 Гц≤10 мс

-Выходной элемент симистор

- Размеры57,2×43,5×29 мм

Вход ТТР и выход МК согласованы по току и напряжению.

В зависимости от напряжения питания (Uпит) – 220 или 380 В – напряжение варистора составляет 390 и 620 В соответственно //

Поглощаемую энергию варистора можно рассчитать по формуле:

Е = (Рном *( 1-(cosφ)2 /cosφ)) / (2 *π *f * η)       (2)

Е = 500 * (1- 0,642 / 0,64 ) / (2 * 3,14 * 50 * 0,9) = 2,12 Дж

Исходя из рассчитанных данных выбираем варистор СН2-1а , его основные параметры:

Umax = 390 В

Е = 81,9 Дж

Основной критерий при выборе радиатора, это номинальный ток ТТР, который составляет, в данном случае, 25 А. Исходя из этого я выбрал радиатор РТ061, который обладает следующими характеристиками:

- Допустимый ток нагрузки ≤40 А

- Длина127 мм

- Ширина72 мм

- Высота50 мм

- Вес255 г

3.2 Расчет и выбор предохранителя

Расчитаем номинальный ток срабатывания предохранителя по формуле 2:

Iпот= Рmax/Uпит                 (3)

где Pmax – максимальная мощность нагрузки, Вт (примерно с запасом 20%)

     Uпит – напряжение сети, В.

Iпот=  (500 * 20%) / 220 = 2,72 А

Предохранитель выбирается из стандартного ряда, с ближайшим номинальным током срабатывания, превышающим полученное значение. Исходя из полученных данных я выбрал предохранитель ВП1-1и держатель ДПБ.

Параметры предохранителя ВП1-1:

- Номинальный ток 3А

- Температурная рабочая область-60 ͦ С…+100 ͦ С

- Материалкерамика

- Диаметр4 мм

- Длина15 мм

3.3 Расчет резистора на выходе датчика ПД100-ДИ

Рисунок 2 – Схема подключения датчика ПД100-ДИ

Сопротивление резистора Rн рассчитаем по формуле 3:

Rн = Uвых / Iвых.макс       (4)

где  Uвых – выходное напряжение датчика (Uвых=5 В)

Iвых.макс – максимальный выходной ток датчика (Iвых.макс=20 мА)

Rн = 5 / 0,020 = 250 Ом

Из стандартного ряда E24 выбираем подходящее значение сопротивление резистора Rн= 270 Ом.

Расчитаем мощность резистора Rн по формуле 4:

P = Iвых.макс2 *Rн       (5)

P = 0,0202 * 270 = 0,1 Вт

Выбираем значение мощности подходящее под полученные данные:

P = 0,125 Вт

Выбранный резисторC1-4-0.125-270Oм±5%3.4 Расчет габаритов печатного узла

Таблица 1 – Габариты элементов и занимаемая площадь

Обоз-начение

Тип

Размер, мм

Площадь мм2

Габаритность

C3,C4

КМ-5Б

4,5х6

27

малогаб.

C1,C2,C5,C6

К50-6

11х6,3

69,3

малогаб.

DD1

ATmega48

35х7

245

среднегаб.

HG1,HG2

АЛС324А

19.5х10.2

180

малогаб.

R1-R17

С1-4

2,3х6

12,6

малогаб.

SB1-SB4

MRS-101-2C3-B

6х6

36

малогаб.

VD1

КД102Б

3,2х2,7

8,64

малогаб.

VD2-VD4

АЛ316Б

5х4

20

малогаб.

VT1-VT3

КТ3142А

5х5

25

малогаб.

ZQ1

HC-49U

11х5

55

малогаб.

Найдем площадь занимаемую элементами одного типа габаритности

Sмг = 54+277,2+360+214,2+144+8,64+60+75+55=1248.02 мм2              (6)

Sсг = 245 мм2

Определим площадь печатной платы при низкой плотности монтажа

Sм = 4*Sмг + 3*Sсг                                          (7)

    Sм = 4* 1248,02мм2+ 3* 245 мм2 = 5727мм2 = 58см2

   Таким образом, получаем плату размером 7,6 х 7,6 см

4 Разработка конструкции

Схема общего вида представлена в графической части курсового проекта БККП.023206.100 ВО

При разработке конструкции необходимо учитывать следующие основные требования:

-Конструкция устройства должна соответствовать условиям эксплуатации

-Устройство и его детали не должны быть перегружены при работе от воздействия на них токовых, вибрационных, температурных и прочих нагрузок. Допустимые их значения элементы приборов должны выдерживать в течение определённого времени при условии безотказной работы.

Большая часть деталей смонтирована на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Ее укрепляют внутри корпуса, где размещают также источник питания. Органы управления устройством находятся на лицевой панели. Тумблер “сеть”,предохранители, световая сигнализация, цифровая индикация  .

Система автоматического контроля помещёна в корпус фирмы ОВЕН модели Щ-1c габаритными размерами  96х96х180 из пластика. На передней панели размещены: светодиод, цифровая индикация, световая и звуковая сигнализация, и кнопочные модули.

            Тумблер Л2Т-1-1 имеет только два положения: включено – положение тумблера вверх, выключено – положение тумблера вниз. На задней стенке корпуса крепится клемная колодка для подключения преобразователя, датчика , двигателя компрессора к электрической сети 220 В 50 Гц.

Печатный узел крепится к корпусу с помощью четырёх винтов М3-1,5 ГОСТ17473-72, которые врезаются через плату в выступы корпуса. Эти выступы изготавливаются литьём вместе с корпусом.

АС-DC преобразователь серииADS-5512 крепится к нижней стенке корпуса при помощи 4 винтов М3-1,5 ГОСТ17473-72.

Заключение

В данном курсовом проекте разрабатывалась система автоматического контроля, в ходе разработки производился расчёт параметров заданных устройств в частности электронного ключа, предохранителя и резистора на выходе датчика. Кроме того, осуществлялся расчёт габаритов печатного узла. Все элементы системы широко используются, легкодоступны в приобретении и взаимозаменяемы, что обеспечивает высокую ремонтопригодность схемы.

Список использованных источников

1 Промышленная электроника и микроэлектроника: Галкин В.И., Пелевин

Е.В. Учеб. – Мн.: Беларусь. 2000 – 350 с.: ил.

2 Платы печатные. Технические требования ТТ600.059.008

3 Правила выполнения электрических схем ГОСТ 2.702-75

4 Основы автоматики / Е.М.Гордин – М.: Машиностроение, 1978 – 304стр.

5 Полупроводниковые приборы: Справочник / В.И.Галкин, А.А. Булычёв,

П.Н.Лямин. – Мн.: Беларусь, 1994 – 347

   6 Диоды:СправочникО.П.Григорьев,В.Я.Замятин, Б.В.Кондратьев,

С.Л.Пожидаев. Радио и связ, 1990.

7 Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные

устройства РЭА: Справ. Н.М.Акимов, Е.П.Ващуков, В.А.Прохоренко,

Ю.П.Ходоренок. - Мн.: Беларусь, 1994.

8 Полупроводниковые приборы: Справочник В.И.Галкин, А.Л.Булычев,

П.М.Лямин. - Мн.: Беларусь, 1994.

9 Каталоги промышленных приборов.

10 Каталог сайтаhttp://avr.ru/

11 Справочник «Системы автоматизации 2011» фирмы «ОВЕН»

12 Каталог сайтаhttp://www.owen.ru/


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27832. Дифференциальное реле с механическим торможением. Применение и устройство насыщенного трансформатора тока в дифференциальной защите 86 KB
  Дифференциальное реле с механическим торможением. Система сочетает принцип БНТ и принципы реле с торможением: большинству току небаланса соответствует автоматически больший ток торможения в тормозных обмотках. При КЗ в зоне К2 – реле действует но остается тормозной момент что снижает чувствительность. Rмг мало а коэффициент трансформации велик поэтому ток не баланса по прежнему плохо трансформируется в рабочую обмотку и реле КА загрублено.
27833. Фильтры симметричных составляющих токов и напряжений в релейной защите 95 KB
  Фильтры бывают: RL, RC и трансформаторные. Бывают простые и комбинированные, ток на выходе пропорционален всем составляющим.
27834. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты 162.5 KB
  F1 – F2 = Fном I1ω1 – I2ω2 = Iномω1 разделив на ω2: I`1 – I2 = I`ном следовательно I`1 = I2 I`ном Если ТТ идеальный Iном = 0 I`1 = I2 – это хорошо но не возможно сделать без Iном т. Для идеального ТТ nт = nв Векторная диаграмма для ТТ Угол γ определяется потерями в стали трансформатора Е2 – опережает Ф на 90 I2 – отстает от Е2 на угол φ который определяется R и Х нагрузки и вторичной обмотки z2 и zн Угол δ – угловая погрешность ТТ ΔI – токовая...
27835. Расчет выдержек времени МТЗ 76 KB
  Основным пусковым органом МТЗ с независимой выдержкой времени является реле РТ40 а МТЗ с ограниченной выдержкой времени – РТ80. Реле РТ80 Сложное большое реле которое совмещает в себе токовое времени и указательное реле. Соответственно защита на этом реле имеет преимущества. В этом реле РТ80 есть два элемента: индукционный элемент эл.
27836. Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты 87 KB
  max Котс – учитывает неточность расчета погрешности в работе реле. Iвз – максимальное значение тока при котором пусковой орган защиты – реле тока – возвращается в первоначальное состояние. коэффициент возврата защиты 1 всегда Iвз = Кв Iсз эта формула получена для первичных реле где Iсз = Iср Iкз = Iсз Схема включения обмоток реле и трансформаторов тока в неполную звезду для этой схемы Iр = Iср при КЗ...
27837. Токовая отсечка на линии с односторонним питанием 77 KB
  Селективность действия токовой отсечки без выдержки времени достигается тем, что ее ток срабатывания выбирается больше тока КЗ, проходящего через защиту при повреждении вне защищаемого элемента.
27839. Токовая защита со ступенчатой характеристикой выдержки времени 49 KB
  Совмещая токовую отсечку и МТЗ получаем ступенчатую характеристику с выдержкой времени. III ступень для резервирования отказов I и II ступеней.
27840. Максимальная токовая направленная защита 127 KB
  Она отличается от обычной МТЗ тем что вводится дополнительный орган определяющий направление мощности КЗ реле направления мощности который реагирует на фазу тока КЗ относительно напряжения на шинах подстанции в месте установки комплекта защиты то знак мощности и реле направления мощности блокирует комплект защиты. Если направление мощности КЗ от шин к линии то это знак мощности КЗ и реле направления мощности закрывая свои контакт разрешает комплекту МТНЗ действовать. Комплект МТНЗ состоит из 3 органов: пускового направления...