СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

1. Анализ работы системы 6

1.1 Расчет погрешности 6

2. Выбор элементной базы 7

3. Программная часть 10

Заключение 11

Приложение А. Алгоритм программы 12

Приложение Б. Листинг программы 13

Список литературы 14

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №3474, цена оригинала 1000 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты.

ВВЕДЕНИЕ

В качестве темы курсового проектирования предложено разработать измеритель скорости вращении.

В промышленности измерение скорости сводится в большинстве случаев к измерению скоростей вращения крутящихся деталей и узлов, когда за ними приходится наблюдать в целях безопасности либо для создания условий их работы в желательном режиме. В случае прямолинейного движения измерение скорости часто также может быть сведено к измерению скорости вращения.

Когда исследуемое движущееся тело осуществляет периодическое движе-ние, например вращение, определение его скорости может быть заменено измерением частоты: так, датчик близости, расположенный рядом с объектом, расстояние до которого изменяется периодически, выдает сигнал, частота ко-торого равна или кратна, в зависимости от конфигурации объекта, частоте движений. Так, для измерения угловой скорости вращающегося вала можно использовать насаженный на него диск, снабженный чередующимися прозрачными и непрозрачными частями, которые при вращении будут прерывать поток лучей, регистрируемый с помощью оптического детектора. Таким образом будет формироваться последовательность электрических импульсов с частотой, пропорциональной скорости.

1. Анализ работы системы

Рисунок 1

Датчик генерирует дискретные импульсы в зависимости от скорости вращения объекта (вала двигателя), поступающие на преобразователь, который производит вычисление частоты вращения и преобразование ее в код для индикатора (семисегментные индикаторы).

Структурная схема измерителя приведена на рисунке 1.

1.1 Расчет погрешности

В системе два фактора, влияющие на погрешность измерения, это, во-первых, погрешность, вносимая дискретизацией измерения, во-вторых, погреш-ность периода этой дискретизации, вносимая погрешностью резонатора, подключаемого к контроллеру.

Погрешность от дискретизации, возникает, в следствие того, что временная ось разбивается на интервалы – дискреты, внутри которого, время мы определить не можем, а можем определить только время начала и время конца этого интервала. Поэтому, если импульс с датчика приходит в момент времени, который попадает внутрь дискреты, мы получим время прихода этого импульса равное времени начала или конца дискреты.

Датчик выдает определенное количество импульсов на один оборот вала двигателя. Выведем зависимость периода дискретизации от количества импульсов на один оборот.

Очевидно, что наибольшая погрешность будет возникать на высокой скорости вращения, так как:

T= , где

T- период,с

υ- частота, об/мин.

Чем больше частота, тем меньше период, и соответственно, погрешность вносимая в период приведет к большей погрешности в частоте.

Значит возьмем погрешность не более 10 оборотов в минуту.

, где (1)

n- количество импульсов с датчика на один оборот, упрощая выражение, получаем:

(2)

В системе период выбираем равным 1мкС, для удобства вычислений, тогда по формуле 2, количество импульсов с датчика, при максимальной частоте обращения 10000 об/мин, должно быть меньше, либо равным 6-и. Выбираем для удобства 5 импульсов на один оборот. Проверим на частотах, где требуется погрешность не более 1 об/мин, тогда в формуле 1 заменяем 10 на 1 и формула 2 примет вид:

, подставляя υ, получаем n≤600, что приемлемо.

Посчитаем максимальную погрешность, которую может вносить резонатор. Погрешность в 10 об/мин на высоких оборотах, это разница в периоде замера, с учетом вычисленных ранее 5 импульсов на оборот составляет:

1/((50000/5)/60)-1/((50050/5)/60)=1,2 мкс , то есть погрешность составляет 1 инкрементацию таймера (см. листинг программы), или 4 такта микроконтроллера, или 16 импульсов резонатора. То есть 16/16000000=0,000001.

2. Выбор элементной базы

Датчик должен выдавать 5 импульсов на оборот, запитываться от напряжения 5 В и работать в диапазоне скоростей 1-10000 об/мин. Данным требованиям удовлетворяет инкрементальный энкодер DRS 60 CoreTech.

Обладающий следующими характеристиками:

Кол-во импульсов на оборот 1…8192 (любое количество импульсов)

Габаритные размеры D 60 мм

Интерфейс/драйверы TTL/RS 422, HTL/push pull

Напряжение питания 4.5…5.5 В пост. Тока

Максимальная рабочая скорость 10000 мин-1

Диапазон рабочих температур -20…85°C [2]

Преобразователь должен уметь выполнять арифметические операции, счи-тывать и формировать дискретный код, поэтому в качестве преобразователя возьмем микроконтроллер фирмы Microchip, так как они наиболее надежные. Вычисление периода будем производить при помощи модуля CCP, количество функциональных выводов контроллера должно быть не менее 13-и (1 – вывод цепляется к датчику, 12 необходимы для индикации вычисленного значения) плюс два вывода для питания и два для подключения резонатора, итого 17. Контроллер должен работать с высокой частотой, из-за малого периода дискретизации. Наличие ССР модуля предполагает наличие одного 16-и битного таймера, и еще нам необходим один таймер, для индикации и инкрементации счетчиков (см. листинг программы). Проанализировав список контроллеров, предлагаемых фирмой Microchip на сегодняшний день, выбираем 8 битовый микроконтроллер PIC16F785, удовлетворяющий заданным требованиям и обладающим минимумом лишних моду-лей(компараторы и т. п.) Данный микроконтроллер обладает следующими основными характеристиками см. таблицу 1.

Таблица 1.

напряжение питания – 2,0 … 5,5 В;

максимальная тактовая частота – 20 МГц; [3]

Кроме того выделяется невысокой стоимостью среди контроллеров своего класса.

Источник питания устройства – промышленная сеть 220 В, 50 Гц, поэтому необходим источник вторичного электропитания.

Рассчитаем I потребления системы по формуле:

Iпотр = I мк + Iиндикаторов + I энкодера =18мА+80мА+20мА=118мА

Iпотр=118мА (с запасом).

На выходе ИВЭП нужно получить 5В и 118мА.

Выбираем стабилизатор напряжения КР142ЕН5А со следующими ха-рактеристиками: Uвых=5В, Iвых=1А, падание напряжения 2В. [5] Следова-тельно на входе стабилизатора напряжения U мин = 5B+2B =7B

Трансформатор выбираем BV EI 422 1285

— Мощность 6ВА

— Напряжение первичной обмотки 230В

— Напряжение вторичной обмотки 1х9В

— Ток вторичной обмотки 667мА. [6]

Учитывая выходные параметры трансформатора и входные стабилизатора на-пряжения выбираем выпрямительный диодный мост КЦ 422А:

— Максимальное пиковое обратное напряжение 50В

— Максимальный выпрямленный ток 0,5 А

Расчет емкостей

, где

Po – выходная мощность источника питания 150мА*5В=0,75Вт

U – выпрямленное напряжение

F – частота входного напряжения 50Гц

∆U – пульсация

Конденсатор С4 выбираем равным 10мкФ

Выбираем цифровую индикацию КИПЦ22Г2-2/8Л1 с характеристиками:

Схема включение с общим анодом, Uпрям = 2,5В, Iпрям = 10мА.

Транзисторы VT1 и VT2 работают в ключевом режиме, поэтому к ним не предъявляется высоких требований. Они должны выдерживать напряжение кол-лектор – эммитер 5В, ток коллектора 0,08А. Поэтому устройстве применены транзисторы КТ315В. Транзисторы имеют следующие параметры: Iк = 100мА, Uкэ = 40B,

Uэб = 6В, Uкэ,нас = 0,4В, h12 = 20-90.

Рисунок 2

Рассчитаем резисторы R1-R8 и R9-R12:

R1-8=(Eпит-Uкэ,нас-Uпр,инд)/Iд

R1-8 = (5-0,4-2,5)/10мА = 210(Ом)

R1-8 = 200(Ом)

R9-12=(Eпит-Uбэ)/Iб, где Iб=Iк/h12= 80мА/20=4мА

R9-12 = 5-0,7/4мА=1075(Ом)

R9-12 = 1(кОм)

Где:

Eпит – напряжение питания;

Uкэ,нас – напряжение коллектор – эмиттер транзистора в режиме насыще-ния.

Uпр,инд – напряжение на индикаторах(светодиодах) в прямом включении;

Uбэ – напряжение база-эмиттер транзистора;

Iб – ток базы транзистора;

Iк – ток коллектора транзистора;

h12 – коэффициент передачи транзистора.

В соответствии с требованием по погрешности, выбираем кварцевый резонатор фирмы Морион QR-MV-432-HC-49S-1AI с частотой 16 МГц. [4]

Конденсаторы для подключения к микроконтроллеру выбираем исходя из таблицы 2, предоставляемой производителем контроллера:

Таблица 2

Выбираем конденсаторы емкостью 20 пФ.

В цепь сброса включаем резистор R13 емкостью 1 кОм, и конденсатор С5 емкостью 0,1 мкФ, в соответствии со спецификацией, предлагаемой производителем.

3 Программная часть

Для отображения информации на индикаторе, нам необходимо обеспечить динамическую индикацию, то есть последовательный вывод на индикаторы информации с частотой, такой, чтобы пользователь устройства не замечал мигания, для этого вполне достаточно обеспечить вывод импульсов с периодом 4мс, реализовывать этот период будем с помощью нулевого таймера.

Внутренняя частота процессора равна fosc/4, где fosc частота резонатора, в данном случае, внутренняя частота равна 4 МГц. Значит период одного импульса составляет 0,25 мкФ. Для того чтобы прошло время 4 мс, необходимо отсчитать 4мс/0,25мкф=16000 импульсов, но таймер 8 разрядный, поэтому необходимо включить предварительный делитель. Выберем коэффициент деления: 16000/256=62,5, округляем в большую сторону, получаем 64. Теперь время одного импульса составит 0,25мкФ*64=16мкФ, чтобы отсчитать 4мс требуется: 4мс\16мкФ=250, значит в таймер необходимо занести число 6.

Для вычисления периода оборота, будет использоваться CCP модуль в ре-жиме capture(захват), который захватывает содержимое таймера первого, поэтому нам необходимо включить и настроить таймер первый. Таймер будет отсчитывать время до переполнения равное 50 мс. Проводя вычисления, аналогичные вычислениям для нулевого таймера, но с учетом того, что таймер 16-и разрядный, выбираем коэффициент деления 1 к 4, и занося в таймер значение 15536.

Для преобразования вычисленной частоты необходимо составить коды изображений цифр. На рисунке 2 изображено обозначение сегментов индикатора.

Рисунок 2

Таблица 3. Коды цифр.

Линия подключения ин-дикатора С7 С6 B0 C4 C3 C2 C1 C0 код

Индикатор С G H E D F A B

0 0 1 0 0 0 0 0 0 40

1 0 1 0 1 1 1 1 0 5e

2 1 0 0 0 0 1 0 0 84

3 0 0 0 1 0 1 0 0 14

4 0 0 0 1 1 0 1 0 1a

5 0 0 0 1 0 0 0 1 11

6 0 0 0 0 0 0 0 1 01

7 0 1 0 1 1 1 0 0 5c

8 0 0 0 0 0 0 0 0 00

9 0 0 0 1 0 0 0 0 10

Алгоритм программы смотри в приложении А, листинг программы в приложении Б.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Все требования технического задания выполнены в полном объеме.

Приложение А

Приложение Б

#include <pic.h>

char schet[4]={0,0,0,0}; //Счетчик для разбивки числа

const char IzoNamb[] = {0x40,0x5e,0x84,0x14,0x1a,0x11,0x01,0x5c,0x00,0x10}; //Массив изображений чисел

bit t1=0; //флаг-признак было ли первое защелкивание

unsigned int step1, //Переменные, в которые защелкивается содер-жимое

step2; // таймера

float period=0; //Переменная для вычисления периода

unsigned int chastota=0; //Переменная для вычисления частоты

char chet_interp=0, //счетчик прерываний таймера 1

i=0; //счетчик для переключения анодов

char cnt=125; //счетчик для обеспечения задержки между вычислениями //частоты

main()

0:

{RA0=0;RA1=1;RA2=1;RA4=1;break;}

case 1: //Обеспечиваем

{RA0=1;RA1=0;RA2=1;RA4=1;break;} // переключение анодов

case 2:

{RA0=1;RA1=1;RA2=0;RA4=1;break;}

case 3:

{RA0=1;RA1=1;RA2=1;RA4=0;break;}

}

PORTC=IzoNamb[schet[i++]];

if(i>3) i=0;

T0IF=0;

TMR0=131;

if(cnt) cnt—;

}

}

Список литературы