Рассмотрение системы автоматического пожаротушения в здании насосной станции для перекачки нефти на нефтеперерабатывающем предприятии. Разработка предложений по повышению эффективности оповещения персонала и созданию системы контроля безопасности.
При низкой оригинальности работы "Повышение эффективности оповещения персонала на нефтеперерабатывающем предприятии", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Нефтеперерабатывающие заводы, химические предприятия, трубопроводы, склады нефтепродуктов относятся к категории А пожаро- и взрывоопасных объектов.Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28" С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 КПА. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 КПА. Для каждого объекта устанавливается определенный противопожарный режим - совокупность определенных мер и требований пожарной безопасности, установленных для объекта и подлежащих обязательному выполнению всеми работниками данного объекта. УПТП предназначен для приема, перекачки, откачки, подачи нефтепродуктов, топлива, газов, компонентов, присадок, катализата, фракций на и из установок, цехов, резервуаров, а так же отгрузке потребителю. Основными опасностями производства, обусловленными характерными свойствами сырья, полупродуктов, готовой продукции, отходов производства; особенностями используемого оборудования и условиями его эксплуатации; нарушениями правил безопасности работающими являются: Пожаро-взрывоопосность, обусловленная:-переработкой легковоспламеняющихся жидкостей, наличием паров нефтепродуктов, способных в смеси с воздухом образовывать взрывоопасные смеси;В соответствии с составленной стрtrialной схемой и заданием на проектируемое устройство разрабатывается функциональная схема, показанная на рисунке 2.7 Система собирает информацию с датчиков (потока воздуха, концентрации горючих газов, протечки топлива), которая поступает на входы системы в виде токовых уровней 4-20 МА. Для этого в системе используются преобразователи ток-Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ Подпись Дата напряжение (I/U), которые преобразуют токовый сигнал 4-20 МА в напряжение 0-5 В. С целью создания возможности визуального контроля над процессом работы системы используется ЖК-индикатор с матрицей 16x2, что позволит более оперативно реагировать на какие-либо изменения в работе системы, а также клавиатура, состоящая из шести клавиш.Вывод источника питания АЦПPB6(OC1B) 16 I/O B6 (Выход В таймера/счетчика Т1 (режимы Compare, PWM)) Compare, PWM)/ Выход С таймера/счетчика Т1 (режимы Compare, PWM)) PE4 6 I/O E4 (Выход B таймера/счетчика Т3 (режимы (OC3B/INT4) Compare, PWM)/ Вход внешнего прерывания) PE5 7 I/O E5 (Выход С таймера/счетчика Т3 (режимы (OC3C/INT5) Compare, PWM)/ Вход внешнего прерывания) Если сигнал на выводе RESET достигает порогового напряжения сброса VRST на его положительном фронте, то запускается счетчик задержки и микроконтроллер начнет работу только по истечении периода TTOUT (рисунок 2.11).
Вывод
Вывод источника питания АЦПВывод источника питания
Вход тактового генератора
Выход тактового генератора
RESET 20 I Вход сброса. При удержании на входе низкого уровня в течение 50 нс выполняется сброс устройства
Порт А - 8-разрядный двунаправленный порт ввода/вывода с внутренними подтягивающими резисторами
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
PA0(AD0) 51
PA1(AD1) 50
PA2(AD2) 49
PA3(AD3) 48
I/O А0 (Мультиплексированная шина адреса (ША)/ шина данных (ШД) для внешнего ОЗУ)
I/O А1 (Мультиплексированная ША/ШД для внешнего ОЗУ)
I/O А2 (Мультиплексированная ША/ШД для внешнего ОЗУ)
I/O А3 (Мультиплексированная ША/ШД для внешнего ОЗУ)
Продtrialие таблицы 2.5
1 2 3 4
PA4(AD4) 47 I/O А4 (Мультиплексированная ША/ШД для внешнего ОЗУ)
PA5(AD5) 46 I/O А5 (Мультиплексированная ША/ШД для внешнего ОЗУ)
PA6(AD6) 45 I/O А6 (Мультиплексированная ША/ШД для внешнего ОЗУ)
PA7(AD7) 44 I/O А7 (Мультиплексированная ША/ШД для внешнего ОЗУ)
ПОРТВ - 8-разр.двунаправленный порт ввода/вывода с внутренними подтягивающими резисторами
Порт F - 8-разрядный двунаправленный порт ввода/вывода с внутренними подтягивающими резисторами
PF0(ADC0)
PF1(ADC1)
PF2(ADC2)
PF3(ADC3)
61 I/O F0 (Вход АЦП)
60 I/O F1 (Вход АЦП)
59 I/O F2 (Вход АЦП)
58 I/O F3 (Вход АЦП)
PF4(ADC4/TCK) 57 I/O
PF5(ADC5/TMS)56 I/O
PF6(ADC6/TD0) 55 I/O
PF7(ADC7/TD1) 54 I/O
F4 (Вход АЦП/Тактовый сигнал JTAG)
F5 (Вход АЦП/Выбор режима JTAG)
F6 (Вход АЦП/Выход данных JTAG)
F7 (Вход АЦП/Вход данных JTAG)
Порт G - 5-разрядный двунаправленный порт ввода/вывода с внутренними подтягивающими резисторами
PG0(WR)
PG1(RD)
PG2(ALE)
33 I/O G0 (Строб записи во внешнее ОЗУ)
34 I/O G1 (Строб чтения из внешнего ОЗУ)
43 I/O G2 (Строб адреса внешнего ОЗУ)
PG3(TOSC2) 18 I/O G3 (Вход для подключения резонатора к таймеру/счетчику Т2)
PG4(TOSC1) 19 I/O G4 (Выход для подключения резонатора к таймеру/счетчику Т2)
С микроконтроллерами семейства Mega могут использоваться самые различные источники тактового сигнала. Прежде всего, это встроенный кварцевый генератор с подключаемым внешним резонатором. Также в качестве тактового может использоваться простейший RC- генератор. Кроме того, в качестве тактового может использоваться внешний сигнал синхронизации.
Для работы МК выберем схему с внешним резонатором. Резонатор подключается к выводам XTAL1 и XTAL2, как показано на рисунке 2.10. Эти выводы являются соответственно входом и выходом инвертирующего усилителя тактового генератора.
Рисунок 2.10 - Подключение внешнего резонатора
Емкости конденсаторов С1 и С2, подключаемых между выводами резонатора и общим проводом, зависят от типа резонатора. Для кварцевых
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата резонаторов емкости этих конденсаторов находятся в пределах 12…22 ПФ. Выберем кварцевый резонатор серии HC-49U частотой 14,7456 МГЦ. С1 и С2 примем равными 22 ПФ.
Внешний сброс формируется подачей низкого уровня на вход RESET на время не меньше двух тактовых циклов кварцевого генератора. Используется микросхема МАХ811.
Если подать импульс сброса длительностью более TRST, то будет генерирован сброс, даже если синхронизация не запущена. При подаче импульса сброса длительностью менее TRST сброс не гарантируется. Если сигнал на выводе RESET достигает порогового напряжения сброса VRST на его положительном фронте, то запускается счетчик задержки и микроконтроллер начнет работу только по истечении периода TTOUT (рисунок 2.11).
Рисунок 2.11 - Внешний сброс микроконтроллера
Здесь используется микросхема МАХ811 в корпусе 4-Pin SOT143, типовая схема включения и расположение выводов изображены на рисунках 2.12 и 2.13.
МАХ811 - интегральные контроллеры питания микропроцессорных систем с входом ручной инициализации и с 4-мя выводами.
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Отличительные особенности: - прецизионный мониторинг напряжений питания 3 В, 3.3 В, и 5 В;
- потребляемый ток 6 МКА;
- минимальная длительность импульса инициализации RESET при включении питания 140 мс;
- гарантированные параметры в диапазоне рабочих температур;
- гарантированная функциональность сигнала RESET до уровня VCC= 1В;
- невосприимчивость к переходным процессам на шине питания;
- не требует внешних компонентов;
- корпус 4-Pin SOT143;
- области применения;
- компьютеры;
- контроллеры;
- интеллектуальные измерительные комплексы;
- критический мониторинг питания микропроцессоров и микроконтроллеров;
- портативное/автономное оборудование с питанием от батарей.
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.12 - Микросхема МАХ811
Рисунок 2.13 - Расположение выводов
MAX811 является интегральным супервизором питания микропроцессора и предназначен для мониторинга напряжений питания в микропроцессорных, и цифровых системах. ИС обеспечивают высокую надежность ?P- систем при низкой стоимости, благодаря исключению необходимости подключения внешних элементов и регулировок, при использовании в системах с питанием 5 В, или 3.0 В. ИС MAX811, также имеет вход ручной инициализации с системой антидребезга.
Данные ИС выполняют единственную функцию: они выдают сигнал инициализации RESET в случае, когда, VCC принимает значение, ниже порогового уровня, удерживая сигнал активным, еще, по крайней мере, 140 мс после принятия VCC значения, выше порогового. Единственным
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата отличием ИС является то, что MAX811 имеет выход с активным - низким сигналом RESET, который имеет гарантированную логическую функциональность при снижении уровня VCC до 1. Компаратор инициализации сконструирован с учетом игнорирования быстрых переходных процессов на VCC. Выпускаются несколько вариантов ИС, предназначенных для работы с определенными напряжениями питания: Низкий потребляемый ток делает ИС MAX811 идеальными для применения в портативном оборудовании. ИС выпускается в корпусе 4-Pin SOT143. Внешний вид микросхемы показан на рисунке 2.14.
Рисунок 2.14 - Внешний вид микросхемы МАХ811
Для коммутации 45 сигналов с датчиков (потока воздуха, концентрации газов, протечки топлива) выберем усовершенствованный 8-канальный быстродействующий аналоговый КМОП мультиплексор фирмы ADG715. Для этого потребуется 6 ADG715, они будут работать в группе по три.
Основным ключевым элементом этого устройства является МДП-транзистор (MOSFET). Благодаря низкому сопротивлению в замкнутом состоянии, высокому сопротивлению в режиме отсечки, низким токам утечки и малым паразитным емкостям, МДП-транзисторы с успехом используются в качестве аналоговых ключей, управляемых напряжением. В портативных устройствах аналоговые переключатели используются для коммутации входных и выходных сигналов, что необходимо в нашем случае.
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Мультиплексор имеет следующие характеристики: - конфигурация 1 из 8;
- напряжение питания ± 15 В;
- максимальный потребляемый ток 0,5 МА;
- максимальное время включения 200 нс;
- Максимальное время выключения 150 нс.
Мультиплексор выпускается в корпусах DIP/SO/TSSOP.
Внешний вид (расположение выводов) микросхемы ADG715 показан на рисунке 2.15.
Рисунок 2.15 - Расположение выводов мультиплексора ADG715
Схема расположения ключей мультиплексора ADG715 представлена на рисунке 2.16.
Аналоговый сигнал с выбранного входа будет прямо проходить на выход. Каждый из ключей от S1 до S8 представляет собой аналоговый КМОП ключ. На вход управляющей схемы подаются адресные сигналы SDA и SCL. Дешифратор декодирует адрес, представленный в двоичном коде, и включает только адресованный ключ, блокируя остальные. A0 и A1 вход разрешения необходимs для наращивания числа коммутируемых источников сигналов; если на этот вход поступает сигнал низкого уровня, то независимо от состояния адресных входов все ключи мультиплексора разомкнуты и на выход D сигнал не поступает.
Условное графическое обозначение мультиплексора ADG715 приведено на рисунке 2.17.
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.17 - Условное графическое обозначение мультиплексора ADG715
Интерфейс RS - 485. Наиболее важными параметрами, обеспечиваемыми по стандарту RS - 485, являются:
- порог по входному сигналу приемника ±200 МВ, что гарантирует хорошую помехозащищенность;
- входное сопротивление приемника. Оно должно быть достаточно высоким для обеспечения подключения нескольких приемопередатчиков вместе. RS-485 имеет Rвх больше, чем 40 КОМ;
- напряжение синфазного сигнала для приемника, определяемое как алгебраическое среднее из двух его составляющих: Vcm =(Va Vв)/2. Этот параметр для RS-485 стандарта составляет от -7 до 12 В. Vcm дает возможность различным устройствам работать правильно при различии в потенциале земли до ±7 В;
- дифференциальное выходное напряжение передатчика должно быть более чем 1,5 В при сопротивлении нагрузки 27 Ом. Его величина зависит от выходного тока передатчика и, от используемого сопротивления нагрузки;
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
- защита передатчика от короткого замыкания, которое может произойти при одновременной работе нескольких передатчиков. RS-485 ограничивает ток короткого замыкания до 70 МА, что обеспечивает защиту для целой линии.
Дифференциальная линия передачи имеет ряд преимуществ по сравнению с несимметричной. При передаче данных по витой паре на прохождение сигнала в линии влияет много факторов, например, импульсные помехи и наведенные токи. При дифференциальной передаче те же самые факторы создают помехи на входах А и В (рисунок 2.17), так что различий здесь нет, но все синфазные составляющие помех на входе приемника при этом взаимно компенсируются.
В зависимости от геометрии кабеля и материалов, используемых в изоляции, витая пара будет обладать соответствующим "волновым сопротивлением (характеристическим импедансом)", которое обычно определяется ее производителем.
Спецификация RS-485 рекомендует, чтобы это волновое сопротивление было равно 120 Ом. Поскольку затронуты высокие частоты и большие расстояния, должное внимание должно быть уделено эффектам, возникающим в линиях связи. Согласующий резистор - это резистор, который установлен на крайнем конце или концах кабеля. В идеале, сопротивление согласующего резистора равно волновому сопротивлению кабеля. Если сопротивление согласующих резисторов не равно волновому сопротивлению кабеля, произойдет отражение, т.е. сигнал вернется по кабелю обратно. Хотя, в силу допустимых отклонений в кабеле и резисторе, некоторое отражение неизбежно, значительные расхождения могут вызвать отражения, достаточно большие для того, чтобы привести к ошибкам в данных. На рисунке 2.18 представлена сеть с несколькими
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата приемопередатчиками. Важно, чтобы расстояния от витой пары до приемников были как можно короче.
Рисунок 2.18 - Структура сети на базе интерфейса RS485
Применение стандартного согласующего сопротивления часто приводит к увеличению потребления тока, поэтому для его минимизации в статических состояниях может быть полезна конфигурация согласно рисунку 2.19. Значение R зависит от импеданса линии, обычно это ? 120 Ом для неэкранированной витой пары, а для снижения потребляемого тока последовательно сопротивлению включается конденсатор емкостью 0,1 МКФ.
Рисунок 2.19 - Конфигурация с экономичным энергопотреблением
Емкость разрывает цепь контурного тока при отсутствии передачи, что уменьшает энергопотребление, но ограничивает скорость передачи данных, Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата поэтому данную конфигурацию можно использовать на средних скоростях передачи данных, что удовлетворяет требованиям к устройству. Скорость передачи данных для MAX485 более чем 10 Мбит/с.
Обозначения выводов MAX485:
- RO выход приемника (Receiver Output). Если А> B на 200 МВ RO = 1, если. А <B на 200 МВ, то RO = 0;
- RE разрешение выхода приемника (Receiver Output Enable) при RE
=0. При RE = 1 выход RO находится в высокоимпедансном состоянии;
- DE разрешение выходов передатчика (Driver Output Enable). Если DE = 1 выходы активны, в противном случае они находятся в высокоимпедансном состоянии;
- DI вход передатчика (Driver Input) .
- A неинвертирующий вход/выход;
- B инвертирующий вход/выход;
- GND общий провод питания;
- VCC напряжение питания.
В схеме выводы RE и DE объединены вместе. Когда на объединенных выводах присутствует сигнал логического 0, устройство работает в режиме приема. Когда с микроконтроллера приходит сигнал логической 1 устройство переходит в режим передачи по интерфейсу.
Интерфейс RS-485 наиболее часто используется при создании современных локальных сетей различного назначения, как в промышленных изделиях, так и в любительской практике. В нашей системе будем использовать драйвер интерфейса фирмы MAXIM - микросхему МАХ485, показанную на рисунке 2.20.
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.20 - Микросхема MAX485
Обозначения выводов:
1) RO - выход приемника;
2) RE - разрешение выхода приемника, если RE = 1 выход RO находится в высокоимпедансном состоянии;
3) DE - разрешение выходов передатчика, если DE = 1 выходы активны, в противном случае они находятся в высокоимпедансном состоянии;
4) DI - вход передатчика;
5) GND - общий провод питания;
6) А - не инвертирующий вход/выход;
7) В - инвертирующий вход/выход;
8) Vcc - напряжение питания.
Основными преимуществами интерфейса являются:
1) относительно низкая себестоимость микросхем драйверов, что снижает стоимость аппаратной реализации сетевых диспетчеров, т.е. узлов связи между сетевой средой (линиями связи) и ядром станции (узла) сети - микроконтроллерной или микропроцессорной системой;
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
2) использование в сетях на базе интерфейса RS-485 всего трех проводов (третий - общий, не всегда является обязательным), что значительно снижает себестоимость всей системы, поскольку известно, что себестоимость сетевой среды современных локальных сетей часто составляет более 60% от стоимости всей системы;
3) микросхема имеет малые габаритные размеры, выполнена в корпусе DIP8 со стандартным расположением выводов, ставшим промышленным стандартом. Микросхема использует всего несколько дискретных элементов для цепей защиты, использование которых не является обязательным;
Сопротивление резистора R2 принимается равным 120 Ом в соответствии с рекомендацией производителя.
Выбор ЖК-модуля. В качестве индикатора разрабатываемого устройства используется жидкокристаллический индикатор на базе контроллера HD44780 со стандартным форматом матрицы 16?2 (символы и строки). Внешний вид и размеры индикатора указаны на рисунках 2.22 и 2.23.
Данный контроллер встроен непосредственно в индикатор и имеет конфигурацию выводов, приведенную ниже: 1 VSS 8 DB1 2 VDD 9 DB2 3 Vo 10 DB3 4 RS 11 DB4 5 R/W 12 DB5 6 E 13 DB6 7 DB0 14 DB7 где VSS - напряжение питания;
R/W - выбор режима запись/чтение, ( 0 - запись, 1 - чтение );
E - сигнал разрешения чтения/записи;
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ зм.
- . . . ис
Изм. Лист № докум. Подпись Дата ис докум. одпись а а DB0-DB7 - информационные входы/выходы.
Вход/выход DB7 используется для проверки состояния флага шины(BF).
Если BF = 1 - выполняется предыдущая инструкция, BF = 0 - контроллер может принимать следующую инструкцию. Чтение BF выполняется при RS = 0, R/W = 1.
HD44780 может работать в режимах с шириной шины данных в 4 и 8 бит.
Это позволяет экономить выводы управляющих устройств, либо увеличивать скорость работы с индикатором.
Рисунок 2.22 - Внешний вид ЖКИ HD44780
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.23 - Размеры ЖК-модуля
Контроллер HD44780 фирмы «Hitachi», на основе которого создан данный ЖК-модуль - стандарт на контроллеры черно-белых жидкокристаллических знакосинтезирующих дисплеев с параллельным 4-х или 8-битным интерфейсом. Аналоги этого контроллера или совместимые с ним по интерфейсу и командному языку микросхемы выпускают множество фирм, среди которых «Epson», «Toshiba», «Sanyo», «Samsung», «Philips». Еще большее число фирм производят ЖК-модули на основе данного контроллера. Эти модули можно встретить в самых разнообразных устройствах: измерительных приборах, медицинском оборудовании, промышленном и технологическом оборудовании, офисной технике - принтерах, телефонах, факсимильных, копировальных и других аппаратах.
Для соединения ЖК-модуля с управляющей системой используется параллельная синхронная шина, насчитывающая восемь линий данных DB0-DB7, линию выбора операции R/W, линию выбора регистра RS, линию стробирования/синхронизации EN. Кроме линий управляющей шины имеются две линии для подачи напряжения питания 5 В GND и VCC и линия для подачи напряжения питания драйвера V0. Линии данных DB0-DB7, линия выбора регистра RS и линия стробирования/синхронизации подключаются к портам микроконтроллера PA0-PA7, PC0-PC1. Линия выбора операции R/W заземляется, так как данные будут только записываться. Назначение выводов показано в таблице 2.6.
Таблица 2.6 - Назначение выводов контроллера HD44780
№ вывода
1
Название
VCC
Функция
Общий
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
2 VDD Напряжение питания
3 V0 Контрастность
4 RS Команды/данные
5 R/W Чтение/запись
6 E Выбор модуля
7 DB0 Линия данных 0
8 DB1 Линия данных 1
9 DB2 Линия данных 2
10 DB3 Линия данных 3
11 DB4 Линия данных 4
12 DB5 Линия данных 5
13 DB6 Линия данных 6
14 DB7 Линия данных 7
Сначала необходимо подать питание на ЖКИ-модуль и добиться от него признаков работоспособности. Схема включения модуля, рассчитанного на стандартный диапазон температур, представлена на рисунке 2.24.
Подстроечный резистор R используется для активизации ЖК-модуля и имеет сопротивление 22 КОМ, он позволяет плавно менять напряжение питания драйвера ЖКИ, что приводит к изменению угла поворота жидких кристаллов.
Этим резистором можно отрегулировать фактическую контрастность при некотором преимущественном угле наблюдения (снизу-вверх или сверху-вниз). Так для активации ЖК-модуля необходимо подать напряжение
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата питания и покрутить движок резистора. После окончания цикла внутренней инициализации модуль включается в режим развертки одной верхней строки.
Рисунок 2.24 - Схема включения ЖКИ
При изменении напряжения на выводе V0 сегменты этой строки должны менять свое состояние от прозрачного до непрозрачного, что является свидетельством правильного подключения питания модуля и работоспособности контроллера и драйверов ЖКИ. Затем движок необходимо установить в такое положение, при котором изображение сегментов в верхней строке едва проступает на основном фоне ЖКИ. Теперь ЖКИ готов к приему и отображению информации. Конденсатор C имеет емкость 0,1 МКФ. Сопротивление резистора и емкость конденсатора выбраны в соответствии с рекомендацией производителя.
На рисунке 2.25 показана схема подключения ЖК-модуля к некоторой абстрактной микро-ЭВМ XYZ.
Эта микро-ЭВМ имеет два порта: восьмиразрядный двунаправленный
PA0-PA6, к которому подключена шина DB0-DB7 ЖК-модуля, и трехразрядный РА7 и РС0-РС1, к которому подключены линии управляющих сигналов E, RS, R/W. Аналогичным способом в разрабатываемом устройстве будет подключен данный ЖКИ к микроконтроллеру ATMEGA128.
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.25 - Подключение ЖКИ к абстрактному микроконтроллеру
В качестве преобразователя «ток-напряжение» используем микросхему RCV420 представленную на рисунке 2.26. Она предназначена для преобразования входного токового сигнала 4-20 МА в напряжение 0-5 В. Схема состоит из операционного усилителя, встроенной сети резисторов и схемы точности.
Рисунок 2.26 - Микросхема RCV420
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Данная микросхема предназначена для преобразования входного токового сигнала 4-20 МА в напряжение 0-5 В. Схема состоит из операционного усилителя, встроенной сети резисторов и схемы точности.
R ?
;
Основные характеристики:
1) преобразовывает токовый сигнал 4-20 МА в напряжение 0-5 В;
2) встроенные чувствительные резисторы;
3) встроенное смещение уровня;
4) ±40 В диапазон входного сигнала;
5) 0,1 % конверсионная точность;
6) Высокая помехоустойчивость.
Чтобы достичь выходного напряжения от 0 до 5 В при входном токе 4-20 МА, требуемое дифференциальное сопротивление схемы составит:
Uвых вх вх
I
(2.3)
Rвх ?16?10?3 ?312,5 Ом
5
Для достижения желаемого выходного напряжения (0 В для 4 МА, 5В для 20 МА) выходной усилитель должен иметь смещение по напряжению: UOS ??4?312,5??1,25В.
Входной токовый сигнал подключается либо к In, либо к -In в зависимости от полярности сигнала и возвращается на землю через центральный узел Ст. Сбалансированный вход - два одинаковых датчика-резистора Rs = 75 Ом. Они обеспечивают максимальное подавление синфазных сигналов на узле Ст и преобразование
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата дифференциального токового сигнала в напряжение. Резисторы преобразуют входной токовый сигнал в пропорциональное напряжение, которое усиливается дифференциальным усилителем. Коэффициент усиления по напряжению: AD ?16?10?3 ?75 ? 4,1667. (2.4)
5
Т-образная сеть сопротивлений в цепи обратной связи усилителя обеспечивает суммирующее соединение, используемое для генерации требуемого -1,25 В смещения по напряжению. Входная резистивная цепочка обеспечивает импеданс по входу и уменьшает синфазное входное напряжение до уровня пригодного для работы операционного усилителя по дифференциальному входу.
Однако учитывая тот факт, что напряжение питания выбранного микроконтроллера ATMEGA128 составляет 3,3 В, то есть необходимо уменьшить выходное напряжение микросхемы RCV420, то в подобном случае производителями данной микросхемы предусмотрено подключение соответствующих резисторов в параллель с чувствительным резистором. Номиналы сопротивлений рассчитываются при этом следующим образом: , · х
Rвх.жел= ( ) , (2.5)
где Rвх.жел - желаемое входное сопротивление, Ом;
Rx - искомое сопротивление резисторов, Ом;
Rs - сопротивление чувствительного резистора, Ом.
Рассчитанное по формуле (2.5) сопротивление для напряжения питания
3,3 В равняется 0,2063 Ом. Данная величина подставляется вместо Rвх.жел и Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата значение сопротивления чувствительного резистора равное 75 Ом в формулу (2.5) и затем производится расчет следующей пропорции:
Из номинального ряда сопротивлений резисторов выбирается сопротивление 150 Ом ± 0,5 %.
Таким образом, данная микросхема подключается не просто типовым способом, как показано на рисунке 2.26, а между выводами три и два в параллель устанавливаются два резистора номиналом по 150 Ом.
Схема подключения представлена на рисунке 2.27.
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.27 - Схема подключения
Распределение выводов микросхемы представлено на рисунке 2.28.
Рисунок 2.28 - Распределение выводов
При разработке устройства используются два идентичных преобразователя «ток-напряжение». Расчеты проводятся по тем же формулам. Конденсаторы С1 и С2 выбираются на емкость 1 МКФ по рекомендации производителя.
Для питания микросхем RCV420 используется питание ±15 В, поэтому введем преобразователь напряжения 5 В/±15 В. Для этой цели используем микросхему МАХ743 [17]. Микросхема представлена на рисунке 2.29.
Рисунок 2.29 - Микросхема МАХ743
Отличительные особенности:
1) фиксированное выходное напряжение 15 В и -15 В;
2) типичная эффективность преобразования 82%;
3) входное напряжение от 4,5 В до 5,5 В;
4) потребляемый ток 30 МА;
5) частота преобразования 200 КГЦ.
Схема подключения представлена на рисунке 2.30.
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.30 - Схема подключения МАХ743
Все внешние элементы для микросхемы выберем в соответствии с рекомендацией производителя: конденсаторы С1 и С2 емкостью 0,01 МКФ; конденсатор С3 емкостью 0,1 МКФ; С4 емкостью 1 МКФ; С5 емкостью 10 МКФ; С6, С7 и С8 емкостью 100 МКФ; катушки L1 и L2 на индуктивность 100 МКГН; диоды Шоттки VD1 и VD2 1N5817.
Выбор клавиатуры. Блок клавиатуры (рисунок 2.31) имеет 6 клавиш, организован в виде матрицы. Строки и столбцы подключаются к портам микроконтроллера. Последовательно в каждую линию матрицы клавиатуры включен токоограничивающий резистор. Использование на входах встроенных подтягивающих резисторов сокращает число внешних компонентов. Выбор номиналов резисторов осуществляется исходя из соображений незначительности падающего на них напряжения при нажатии на клавиши SB1-SB6, поэтому номиналы резисторов выберем по 2,2 КОМ.
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.31 - Клавиатура на 6 клавиш
В качестве клавиш БК (а также для кнопки в системе сброса МК) будем использовать нажимные кнопки для клавиатуры «Racon 12» фирмы «RAFI» (SB2…SB7).
Технические характеристики кнопки «Racon 12» :
- рабочий диапазон напряжений, В
- рабочий диапазон токов, МА
- сопротивление изоляции, не менее, МОМ
- сопротивление контактов, не более, МОМ
- усилие нажатия, Н
- число коммутационных циклов (нажатий)
- минимальное время сканирования, мкс
0,02...42;
0,01...100;
10;
100;
3,3;
1000000;
80.
Внешний вид кнопки представлен на рисунках 2.32, 2.33.
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.32 - Внешний вид кнопки «Racon 12»
Рисунок 2.33 - Внешний вид кнопки «Racon 12» с вертикальным адаптером
На рисунках 2.34 и 2.35 представлены габаритный чертеж и размеры кнопок, а также крепление кнопок и вид кнопок на плате со стороны компонентов.
Символы на клавиатуре разместим таким образом, чтобы они были удобны пользователю; таким образом, формируемый код нажатой клавиши определяется только положением клавиши (таблица 2.7).
Рисунок 2.34 - Габаритный чертеж кнопки «Racon12»
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.35 - Крепление кнопок и вид кнопок на плате со стороны компонентов
Таблица 2.7- Коды клавиш клавиатуры
Линии возврата Линии сканирования
PC3 PC4 PC5
PC1 Меню ? Enter
PC2 < ? >
Оповещатель световой.
Оповещатель пожарный световой БЛИК-С-12(М) (рисунок 2.36) предназначен для установки во внутренних помещениях промышленных
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата предприятий, гражданских зданий и сооружений с целью светового оповещения о пожаре или других чрезвычайных ситуациях, указания мест выхода при эвакуации.
Рисунок 2.36 - Оповещатель БЛИК-С-12(М)
Основные технические характеристики :
- Входное постоянное напряжение эл.питания : 12В;
- потребляемый ток: 50 МА;
- рабочая температура: от -40 ?С до 55 ?С;
- относительная влажность: до 93% при температуре 40 ?С;
- размеры: 285х97х17 мм;
- масса, не более: 0,2 кг.
Схема подключения представлена на рисунке 2.37.
Рисунок 2.37 - Схема подключения БЛИК-С-12(М)
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Выбор электромеханизма. На насосной станции в потолке расположена аварийная вентиляция в виде люков открывающихся механическим путем. В данной работе предлагается автоматизировать открытие вентиляции в случае аварийной ситуации с помощью электромагнитного исполнительного механизма.
Электромагнитный исполнительный механизм предназначен для приведения по меньшей мере одного подвижного контакта переключателя во включенное положение или выключенное положение. Электромагнитный исполнительный механизм содержит первую магнитную цепь, которая перемещает подвижный сердечник полюса и неподвижный сердечник полюса друг к другу, и вторую магнитную цепь, отдельную от первой магнитной цепи и имеющую постоянный магнит и прижимную планку. Выключающая катушка противодействует магнитному полю во второй магнитной цепи, в результате чего исполнительный механизм может вернуться в выключенное положение. В осевом направлении исполнительного механизма выключающая катушка расположена ближе к прижимной планке, чем постоянный магнит. Технический результат -снижение себестоимости и упрощение изготовления, а также обеспечение возможности более эффективного действия исполнительного механизма.
В качестве электромагнитного исполнительного механизма используем электромагниты серии МИС предназначены для дистанционного управления исполнительными органами оборудования. МИС1100 показан на рисунке 2.38 и 2.39
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок2.38 Электромагнитный механизм МИС1100
Электромагниты серии МИС предназначены для дистанционного управления исполнительными органами станков и механизмов.
Электромагниты включаются в сеть однофазного переменного тока напряжением 110, 127, 220, 230, 380, 400, 415, 440 и 500В частотой 50 и 60Гц.
- номинальное напряжение переменного тока 220, 240, 380, 400, 415, 440 и 500 В для цепей однофазного переменного тока с частотой 50/60 Гц;
- режимы работы ПВ 100%, ПВ 40%, ПВ 10%; - допустимое число циклов в час - 1200;
- климатическое исполнение - У3;
Электромагниты работают при колебаниях напряжения питающей сети в пределах от 0.85 до 1.05 номинального.
Допускается работа электромагнитов, предназначенных для продолжительного режима (ПВ=100%) в повторно-кратковременном режиме (ПВ=40%). Максимальная продолжительность цикла при работе в повторно-кратковременном режиме - 10 мин.
Тяговые усилия электромагнитов для режима работы с относительной продолжительностью включения ПВ=100 и 40% в зависимости от величины
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата хода якоря при напряжении, равном 0.85 от номинального, в нагретом до установившейся температуры состоянии при верхнем значении температуры окружающей среды не менее указанных ниже.
Механическая износостойкость электромагнитов вертикальной установки с противодействующими усилиями при номинальном ходе якоря не менее 3 млн. циклов для МИС1100 - 1.0 млн. циклов
Конструкция и принцип действия
Основные узлы конструкции электромагнита: неподвижное ярмо 1, подвижный якорь 3, шихтованные из электротехнической стали, и катушка 2 для возбуждения магнитного потока, под воздействием которого якорь притягивается к ярму.
Рисунок 2.39 - Крепление электромагнитного механизма и вид со стороны
Лист 0ПЭ3а-1.1.21.000000ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
