Система контроля высокотемпературного трубопровода

Между выводами "XTAL1" и "XTAL2" подключается кварцевый резонатор. Частота кварца выбрана 11 МГц, поскольку высокая рабочая частота необходима для того, чтобы УП успевал выполнять все необходимые действия по поддержке обмена данными. В этом случае обеспечивается обмен данными с минимумом ошибок. Известно из практики, что при использовании кварцевого резонатора такого номинала, значения конденсаторов С1 и С2 следует выбирать в пределах 15-30пФ. Исходя из этого выбираем С1=С2=27пФ. На вход "ЕМА" УП следует подать напряжение питания, что укажет микроконтроллеру на необходимость работы с внутренней памятью программ. Выбираем индикатор SC56-11GWA компании Kingbright, представляющий, по-сути, 7 независимых светодиодов. С помощью него вы можно вывести один разряд числа. Используем несколько индикаторов для вывода больших чисел. Подключения осуществляется через общий катод. То есть контакты, обозначенные как «катод», должны быть соединены с землёй, а на остальные необходимо подавать напряжение, если нужно, чтобы соответствующий сегмент загорелся.Для удобства расчета целесообразно разбить схему на три части: измерительная, приемопередающая и сетевой блок питания.Расчет измерительной части. АЦП измеряет сигнал в диапазоне от 0 до Vref, де Vref – опорное напряжение АЦП. В качестве источника опорного напряжения может быть использовано напряжение питания АЦП, внешний источник напряжения, либо внутренний источник опорного напряжения 1,1 В. Выберем в качестве источника Vref напряжение питания микроконтроллера.Расчет приемопередающей части.Сопротивление портов микроконтроллера сконфигурированных как вход составляет 100 МОм[6]. Входное сопротивление микросхемы FT232 составляет 5 МОм[8]. Поэтому ими можно пренебречь в расчетах, считая их бесконечно большими.Из [11] выберем номинальный ток диода оптрона мАДля ограничения тока на управляющие выходы контроллера устанавливаем резисторы номиналом 560 Ом.Определим номинал резистора : Ом (510 Ом, ряд Е24),Номинал резистора равен .Рассчитаем требуемую мощность для 1 блока питания (питание схемы со стороны микроконтроллера):Потребление микроконтроллера при частоте работы 12 МГц составляет 9 мА. Следовательно, потребляемая мощность равна: мВт.Потребление датчиков составляет не более 0,6 Вт, соответственно общее потребление не превысит 2,4 Вт.Суммарная потребляемая мощность определяется в этом случае потреблением датчиков и не превысит 2,5 ВтМаксимальный выходной ток стабилизатора А.Расчет источника питания. Рассчитаем источник питания с параллельной стабилизацией напряжения. Напряжение вторичной обмотки трансформатора равно 8В (действующие значение). Напряжение стабилизации стабилитрона – В.Напряжение на конденсаторе составит:,где – падение напряжения на диодном мосту.Установим максимальную величину пульсаций выходного напряжения мВ.Определим максимальный ток делителя: А.Рассчитаем емкость конденсатора С1:Ф ( 2200 мкФ).Номиналы резисторов R15 и R16 найдем из соотношений:,;Ом(160Ом, ряд E24),Ом(470Ом, ряд E24).3.Моделирование работы системыДля симулирования работы системы будем использовать программу Proteus 7.5.Proteus - среда для проектирования и отладки электронных устройств, в т.ч. выполненных на основе микроконтроллеров различных семейств. Предоставляет возможности ввода схемы в графическом редакторе, моделирования её работы и разработки печатной платы, включая трехмерную визуализацию её сборки. Уникальной чертой среды Proteus является возможность эффективного моделирования работы разнообразных микроконтроллеров (PIC, 8051, AVR, HC11, ARM7/LPC2000 и др.) и отладки микропрограммного обеспечения.Визуализирование системыИз библиотеки элементов Протеуса выбираем микроконтроллер AT89C55 и располагаем его на рабочем листе в удобном для нас месте. Далее необходимо выбрать кварцевый резонатор. В библиотеке находим модель SRYSTAL. Выставляем частоту 11,0592 МГц. Также выбираем элементы обвязки – два конденсатора номиналом 27 пФ. Для того, чтобы микроконтроллер выполнял программу, заложенную в его внутреннюю память, необходимо на его вход подать логическую единицу. При подаче на микроконтроллер питания необходимо организовать его сброс (RESET). Для этого вход МК соединяют с шиной питания через конденсатор С3 емкостью 1 мкФ, а с общим проводом – через сопротивление номиналом 5,1 кОм. Микроконтроллер с элементами обвязки представлен на рисунке 3.2.Рисунок 3.2 – Схема микроконтроллера с элементами обвязкиСмоделируем работу схемы, представленной на рисунке 3.2, чтобы убедиться в корректности сброса микроконтроллера при подаче питания на схему (рисунок 3.3).Рисунок 3.3– Напряжение на выводе МК RSTДалее необходимо разместить АЦП, источник опорного напряжения (при моделировании можно просто подать 4,096 В на вход опорного напряжения) и входной повторитель напряжения для согласования сопротивлений портов МК и датчиков. Для моделирования выходных сигналов с датчиков будем использовать обычные потенциометры, запитываемые от напряжения +5В. Также укажем на схеме метки, которые помогут определить правильность преобразования АЦП.Описанную выше схему отражает рисунок 3.4.Теперь воспользуемся цифровым анализатором, чтобы увидеть временные диаграммы АЦП, отражающие процесс преобразования (рисунок 3.5). Сравнивая полученные диаграммы с диаграммами, приведенными в пункте 2.1.1, приходим к выводу, что АЦП функционирует правильно.Рисунок 3.4 – Входные компоненты системыРисунок 3.5 – Временные диаграммы работы АЦПЗаключительным этапом визуализирования системы является расстановка семисегментных индикаторов (рисунок 3.6) и индикаторов наименования измеряемого параметра (3.7).Рисунок 3.6 - Расстановка семисегментных индикаторовВсе необходимые элементы присутствуют на схеме, микроконтроллер «прошит», теперь можно переходить непосредственно к моделированию работы системы. Проведение моделированияДля того, чтобы проверить работоспособность системы, зададим процентное отношение сигналов, подаваемых на каждый из входов (рисунки 4.7 – 4.11):вход №1 – 51%;вход №2 – 49%;вход №3 – 50%;вход №4 – 75%.При проведении моделирования из программного кода микроконтроллера необходимо убрать строчку LCALLDEL10M, которая отвечает за десятиминутную задержку, так как моделирование идет в реальном времени, и нет необходимости каждый раз ждать эти десять минут. Анализ полученных результатовРабота системы показана на рисунке 3.7.Рисунок 3.7 – Состояние системы в диапазоне 10,85-21,7 сВывод: отображение физических параметров проходит корректно.Распределение импульсов цикл показано на рисунке 3.83.8 – Распределение импульсов за циклПолученные данные соответствуют предполагаемым, следовательно, система функционирует правильно.ЗаключениеРезультатом курсовогопроекта является автоматизированная система контроля запараметрами высокотемпературных трубопроводов. Методологическую и теоретическую основу исследования составляют практические разработки и концепции авторов по управлению микроклиматом с использованием телекоммуникационных технологий.В ходе выполнения курсового проекта были проанализированы существующие системы управления,выявлены их достоинства и недостатки.Разработана структурная и принципиальная схемы устройства а также произведена разработка программного обеспечения. Также было осуществлено моделирования работы спроектированной системы.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВТрамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR–микроконтроллеров.: Пер. с нем.– Киев.: «МК-Пресс», 2006. – 208с.; ил.Кестер У. Аналогово-цифровое преобразование: Под ред. У. Кестера М.: Техносфера, 2007. 1016 с.; ил.Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналогово-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Выпуск 1 – М. ДОДЭКА, 1996 г., 384 с.Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств.– М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.–528 с.Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. Издание второе, исправленное и дополненное – М. ДОДЭКА, 1998 г., 400 с.Кирьянов Д.В. Самоучитель Mathcad 11. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 560 с.; ил.Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2007.– 592 с.: ил.Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высшая школа, 1988. – 448 с.В.А. Лашин конспект лекций по дисциплине «МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ». РГРТУ. Рязань 2007Гребнев, В.В. Однокристальные микроЭВМ семейства AT89 фирмы Atmel / В.В. Гребнев. – СПб.: FineStreet, 1998.