Разработка структурной и принципиальной схем электронного тахометра. Изучение принципа работы датчика магнитного поля. Выбор микроконтроллера. Проектирование управляющей программы для микроконтроллера. Адаптация устройства к промышленному применению.
Аннотация к работе
Использование микроэлектронных средств в изделиях промышленного и культурно-бытового назначения не только приводит к улучшению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть строки "морального старения" изделий, но и придет им принципиально новые потребительские качества. В микроэлектронике бурное развитие получило направление, связанное с выпуском однокристальных микроконтроллеров, которые предназначены для "интеллектуализации" оборудования различного назначения.В качестве первичного преобразователя частоты вращения в электрический сигнал используется датчик Холла.Он был так назван изза принципа своей работы - эффекта Холла: если в магнитное поле поместить пластину с протекающим через нее током, то электроны в пластине будут отклоняться в направлении, перпендикулярном направлению тока. Цифровой же выдает лишь факт наличия/отсутствия поля, и обычно имеет два порога: включения - когда значение индукции выше порога, датчик выдает логическую единицу; и выключения - когда значение ниже порога, датчик выдает логический ноль. Наличие зоны нечувствительности между порогами называется гистерезисом и служит для исключения ложного срабатывания датчика на всяческие помехи - аналогично работает цифровая электроника с логическими уровнями напряжения. Цифровые ДХ делятся еще на униполярные и биполярные: первые включаются магнитным полем определенной полярности и выключаются при снижении индукции поля; биполярные же включаются полем одной полярности, а выключаются полем противоположной полярности. В момент прохождения магнита мимо датчика на его выходе под действием магнитного поля появляется сигнал, почти равный напряжению питания (логическая 1).Микроконтроллер выбран 8-битный, STM8L152C6 производства STMICROELECTRONICS. Семейство STM8L содержит 26 устройств, разделенных на три линейки в зависимости от производительности и функциональности. Эта возможность позволяет значительно сократить энергопотребление, отключив Flash-память и ядро и оставив только необходимые периферийные устройства в активном состоянии. Так как основные области применения микроконтроллеров STM8L предполагают питание от батареи, возникает необходимость тщательно отслеживать уровень напряжения питания. Для этого в каждый микроконтроллер встроены схемы сброса по включению (POR) и выключению (PDR) питания, а также сброса по снижению напряжения питания (BOR).Наиболее распространены нематические ЖК-молекулы, оси которых вытянуты параллельно друг другу. Первая деталь - специальное стекло, придающее неполяризованному световому потоку плоскую поляризацию. В следующем слое «скрученная» структура ЖК-молекул вращает плоскость поляризации света на 90 градусов. Таким образом, свет проходит через второй поляризатор и устройство выглядит белым. Если к ячейке приложено электрическое поле, оси молекул поворачиваются перпендикулярно электродам и структура перестает вращать плоскость поляризации падающего света, который при этом поглощается вторым поляризатором и устройство выглядит черным.Проектируемый прибор должен иметь диапазон измерения 100 - 10000 об/мин, погрешность измерения не более 0,5%. Таким образом, максимальная абсолютная погрешность составляет 0,5•10000=50 об/мин (или 1 оборот на 1,2 с). Т.к. на валу находится два магнита, за один оборот поступает два импульса. Если обновлять показания на дисплее с периодом, равным периоду измерения (3 с), то показания будут обновляться медленно и с запаздыванием, что делает считывание неудобным, особенно при частых изменениях частоты.Программа написана на языке высокого уровня C с использованием библиотек для настройки ввода-вывода и для управления LCD-дисплеем. Бесплатная версия этой программы имеет ограничение в 8 КБ на загружаемый в память контроллера код, чего вполне достаточно для выполнения поставленной задачи. void INTTOSTR(uint32_t value) //Функция перевода строки в число //Описание переменных: unsigned long OBSEC = 0; // Оборотов за текущую секунду unsigned long OBMIN; //Оборотов в минуту unsigned long a = 0; //Оборотов за последнюю секунду unsigned long b = 0; //Оборотов за предпоследнюю секунду unsigned long c = 0; //Оборотов за предпредпоследнюю секунду unsigned long i; //Для задержек OBMIN=(a b c)*5; //Считаем количество оборотов за 3 секунды и умножаем на 5, //т.к. за один оборот датчик 4 раза меняет состояние (при двух магнитах на валу) OBSEC=0; //Сбрасываем счетчик оборотов за текущую секундуВ представленном виде устройство для промышленной эксплуатации не подходит - плата STM8L-Discovery предназначена для отладки и имеет много избыточных компонентов, ее стоимость (550 рублей) и габариты слишком велики для такого устройства. Сам контроллер стоит 50-80 рублей в зависимости от размера партии.В результате выполнения курсового проекта был разработан и собран тахометр, а так же составлена следующая документация: схема структурная, схема электрическая принципиальная
План
Оглавление
Введение
1. Разработка структурной схемы устройства
2. Разработка принципиальной схемы устройства
2.1 Датчик Холла
2.2 Микроконтроллер
2.3 LCD-индикатор
3. Разработка алгоритма измерения
4. Разработка управляющей программы для микроконтроллера
5. Адаптация устройства к промышленному применению
Заключение
Список использованной литературы
Приложение
Введение
Развитие микроэлектроники и широкое ее применение в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно технического прогресса.
Использование микроэлектронных средств в изделиях промышленного и культурно-бытового назначения не только приводит к улучшению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть строки "морального старения" изделий, но и придет им принципиально новые потребительские качества. В микроэлектронике бурное развитие получило направление, связанное с выпуском однокристальных микроконтроллеров, которые предназначены для "интеллектуализации" оборудования различного назначения. Однокристальные микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде БИС и включающие в себя все составные части МИКРОЭВМ: микропроцессор, память программ и память данных, а также программируемые интерфейсные схемы для связи с внешней средой. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости, что микроконтроллерам, видимо, нет разумной альтернативной элементной базы для построения управляющих и регулирующих систем, и в будущем микроконтроллеры будут находить все большее применение. Структурная организация, набор команд и аппаратурно-программные средства ввода/вывода информации микроконтроллеров лучше всего приспособлены для решения задач управления и регулирования в приборах, устройствах и системах автоматики, а не для решения задач обработки данных.