Курсовая работа: Разработка системы управления аппарата по розливу воды в стаканчики
Проанализируем сколько выводов нам необходимо (таблица 2.6).
Из таблицы видно, что достаточно одного порта в/в для подключения
внешних устройств. Для подсчета времени работы воспользуемся таймером, поэтому
в микроконтроллере должен быть хотя бы один таймер/счетчик. Аппарат будет работать
в условиях комнатной температуры, вполне достаточно иметь корпус, рассчитанный
на коммерческое использование (0ºС–70ºС).
Таблица 2.6 – Анализ количества необходимого количества
выходов в/в
Устройство |
Комментарий |
Необходимое количество выходов в/в |
Насос |
Работает от сети, включается через реле |
1 |
Шаговый мотор |
Питаются все четыре обмотки |
4 |
Индикатор уровня воды |
Для работы светодиода |
1 |
Датчик уровня воды |
Опрос датчика |
1 |
|
Всего |
7 |
Будем пользоваться микроконтроллером Atmel AT89C1051, так как
прост и используется в обычном DIP
корпусе, обладает 1К Flash памяти,
имеет достаточное количество выводов, работает на приемлемой частоте и
напряжении, имеет 1 16-битный таймер.
3
Разработка
функциональной схемы
3.1
Источник
питания
Рисунок 3.1 – Источник питания
Питается аппарат от источника 220В 50Гц, с помощью внешнего
источника питания получим напряжение, значение которого не превышает 12В
(рисунок 3.1). Необходимо подать на стабилизатор напряжение, имеющее пульсации
в пределах 10%. Для этого воспользуемся полярным конденсатором. Рассчитаем его
емкость. [31-40]
Для подстраховки от возможных отклонений напряжения в сети
максимальный размер пульсаций не должен превышать 2В за период. Тогда С = 5000 мкФ.
Далее напряжение подается на трехвыводной стабилизатор
напряжения 7805, с выхода которого получим постоянное напряжение в 5В.
Светодиод установлен, чтобы сигнализировать о включенном
питании, резистор установлен для обеспечения необходимого тока светодиода. Так как
светодиод светит при 20 мА, рассчитать сопротивление резистора не сложно: по
закону Ома получим R = U / I = (5-2) / 0,02 = 150 Ом.
3.2 Микроконтроллер
Как было указано выше, для работы аппарата был выбран
микроконтроллер Atmel AT89C1051 [29] (рисунок 3.2).
PDIP/SOIC
Рисунок 3.2 – Назначение выводов Atmel AT89C1051
Технические характеристики:
• Совместим с MCS-51™
продуктами;
• 1K байт
программируемой flash памяти – рассчитанной: 1,000 запись/удаление
циклов;
• 2.7V до 6V рабочий диапазон;
• 0 Hz to 24 MHz;
• 64 байт SRAM;
• 15 программируемых I/O выходов;
• Один 16-Bit Таймер/Счетчик;
• Три источника прерывания;
• Внутренний Аналоговый компаратор;
Описание:
AT89C1051 это
низковольтный, высокопроизводительный CMOS 8-битный микроконтроллер с 1К байт программируемой памятью. Устройство
собрано с использованием высоко плотной технологии и совместимо с
индустриальным стандартом инструкций MCS-51™. Используя многослойный 8-битный CPU с памятью в монолитном чипе, делает Atmel AT89C1051 мощным
микроконтроллером, обеспечивающим высокую гибкость и стоимостную эффективность
решений множества ориентированных на контроль устройств.
В дополнение AT89C1051
проектировался со статической логикой для операций упавшей до нуля частоты и
поддерживает два программно выбираемых энергосберегающих режима.
Подключение устройств к микроконтроллеру:
Список подключений и описание см. таблица 3.1. [42-46]
Таблица 3.1 – Подключения
№ ножки |
Описание |
20 |
Питание +5В |
19 |
Р1.7 используется для
подачи напряжения на одну из обмоток шагового мотора |
18 |
Р1.6 используется для
подачи напряжения на одну из обмоток шагового мотора |
17 |
Р1.5 используется для
подачи напряжения на одну из обмоток шагового мотора |
16 |
Р1.4 используется для
подачи напряжения на одну из обмоток шагового мотора |
15 |
Р1.3 используется для
запуска насоса через реле |
14 |
Р1.2 используется для
установки светодиода сигнализирующего о недостаточном уровне воды в баке. |
13 |
Р1.1 не используется |
12 |
Р1.0 не используется |
11 |
Р3.7 Обеспечивает проверку
уровня воды |
10 |
Земля |
9 |
Р3.5 не используется |
8 |
Р3.4 не используется |
7 |
Р3.3 не используется |
6 |
Р3.2 не используется |
5 |
Вход на инвертированный
амплитудный осциллятор |
4 |
Выход с инвертированного
амплитудного осциллятора |
3 |
Р3.1 не используется |
2 |
Р3.0 не используется |
1 |
Сброс Устанавливаем кнопку
для сброса. |
3.3 Тактовый генератор
Используем осциллятор с частотой 24 МГц (рисунок 3.3). Ёмкость
конденсаторов равна 30 пФ, что рекомендует производитель, описывая данную
схему в технической документации. [29, 31-40]
Рисунок 3.3 – Тактовый генератор
3.4 Проверка
уровня воды
Рисунок 3.4 – Схема проверки уровня воды
Схема проверки воды в баке состоит из излучающего фотоны
светодиода и принимающего фотодиода [31-41] (рисунок 3.4).
Фотодиод находиться на трубке, соединенный с баком. Он
установлен на уровне соответствующий минимальному уровню воды. В трубке
находиться поплавок, который перекрывает фотодиод, когда уровень воды мал.
Для работы светодиода необходимо обеспечить ток 20мА, для
этого установлены резисторы. Рассчитывается он просто: по закону Ома получим
R = U / I = (5-2) / 0,02 = 150 Ом.
Схема соединена с портом микроконтроллера Р3.7, с помощью
которого программно будем проверять достаточно воды в баке или нет. Если
высокий уровень, то воды достаточно, а если низкий, то воды не достаточно и необходимо
проинформировать об этом пользователя, с помощью светодиода, отвечающего за
низкий уровень воды (он будет мигать).
3.5 Индикатор
уровня воды
Рисунок 3.5 – Индикатор уровня воды
Индикатор представляет собой светодиод зеленного цвета
(рисунок 3.5), который будет светить, когда уровень воды достаточен, и мигать,
если необходимо долить воду в бак. [31-41]
Для работы светодиода необходимо обеспечить ток 20мА, для
этого установлены резисторы. Рассчитываются они просто: по закону Ома получим
R = U / I = (5-2) / 0,02 = 150 Ом
Схема присоединена к порту Р1.2, с помощью которого будем
программно управлять светодиодом.
3.6 Схема
управления шаговым двигателем
Как указывалось выше, для работы используется шаговый двигатель
российского производства FL28STH32-0956A [13]. Вот некоторые его характеристики:
·
Рабочий ток 0,95А;
·
Крутящий момент
0,43 кг*см;
·
Момент инерции
ротора 0,9 г*cм2;
·
Вес 0,11 кг.
Для работы мотора необходимо обеспечить ток в 0,95А для этого
установлены блоки усиления (рисунок 3.6). Транзистор выбран так, чтобы обеспечить
необходимый ток для работы шагового двигателя, а конкретно, если двигатель
потребляет 0,95А, а выход микроконтроллера 20мА, то соответственно необходимый коэффициент
усиления ≈50, для его обеспечения воспользуемся схемой Дарлингтона. [31-40]
Рисунок 3.6 – Сема управления шаговым мотором
Схема присоединена к 4 портам: с Р1.4 по Р1.7. Каждый порт
отвечает за свою обмотку, таким образом, программно будем подавать сигнал на ту
или иную обмотку и тем самым будем раскручивать ротор мотора.
3.7 Схема
управления насосом
Для работы используется насос 2013 14Вт, имеющий отдельное
питание от сети 220В, который включается с помощью низковольтного реле (рисунок
3.7). С помощью трубок он будет качать воду в стаканчики.
В схеме используется низковольтное реле российского
производства РС4.524.315 [21] работающее от напряжения 4В и срабатывает при 80 мА,
для обеспечения таких показателей достаточно внутреннего сопротивления реле.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|