Характеристика бесконтактных и ультразвуковых датчиков расстояния, их главные отличия. Разработка электрической принципиальной схемы устройства. Порядок подбора микроконтроллера, расчет входного преобразователя. Определение затрат на его проектирование.
Аннотация к работе
Ультразвуковой измеритель уровня жидкости, измерение уровня жидкости, ультразвуковые датчики.Стремительное развитие электроники и вычислительной техники оказалось предпосылкой для широкой автоматизации самых разнообразных процессов в промышленности, в научных исследованиях, в быту. Реализация этой предпосылки в значительной мере определялась возможностями устройств для получения информации о регулируемом параметре или процессе, т.е. возможностями датчиков. Измерение уровня жидкости в различного рода резервуарах также возможно осуществлять с использованием средств промышленной электроники и автоматики.Для этих целей были разработаны датчики, позволяющие определять расстояние до объекта и его положение с помощью аналогового выхода, сигнал на котором пропорционален расстоянию до измеряемого объекта. Такие датчики могут быть использованы во множестве применений, таких как определение расстояния до объекта, измерение толщины, измерение наклона и деформации, измерение профиля изделия, центровка и измерение диаметра. Датчики для измерения расстояния могут использовать различные принципы измерений: индуктивный, ультразвуковой или оптический, однако все они имеют электрический выходной сигнал, величина которого пропорциональна расстоянию до измеряемого объекта. Поскольку принцип работы индуктивных датчиков основан на определении токов взаимной индукции, такие датчики очень устойчивы к воздействию неметаллических предметов и помех, таких как, например, пыль или машинное масло. Принцип действия ультразвуковых датчиков расстояния основан на излучении импульсов ультразвука и измерении, пока звуковой импульс, отразившись от объекта измерения, вернется обратно в датчик.Когда сигнал достигает объекта, часть сигнала отражается и приходит в приемник в момент времени T 1. Электронная схема устройства обработки сигнала определяет расстояние до объекта, измеряя время T 1 - T0. Для измерений расстояния может применяться как схема, использующая одну и ту же головку датчика для излучения и приема, так и схема, в которой излучение и прием производят две разные головки. Схема с одной головкой имеет существенный недостаток, который состоит в том, что после излучения пачки импульсов должно пройти некоторое время, прежде чем мембрана излучателя успокоится и сможет работать на прием. Наличие «мертвого» времени приводит к тому, что ультразвуковые измерители расстояния с одной головкой имеют так называемую «слепую» зону, то есть, когда объект находится слишком близко, отраженная пачка приходит в измеритель так скоро, что он не успевает перестроиться с передачи на прием и объект не может быть обнаруженВ этом режиме время цикла зондирования равно сумме времен циклов отдельных датчиков (если датчики однотипные, время цикла просто возрастает во столько раз, сколько датчиков работают в мультиплексном режиме). Практически применимо следующее правило: если максимальная высота шероховатостей поверхности меньше длины волны звука, отражение будет преимущественно направленным. Значительные степени шероховатости допускают большие отклонения угла наклона поверхности от идеального положения, если дальность объекта такова, что датчик реагирует на диффузную составляющую отраженного сигнала. Конечно, датчик при этом должен быть расположен существенно ближе к объекту Частота приемопередатчика, КГЦ Степень шероховатости поверхности объекта, дающая «полностью направленное» отражение Степень шероховатости поверхности объекта, дающая «полностью диффузное» отражениеОна состоит из таких основных блоков: микроконтроллер (далее МК), входной преобразователь (далее ВП), клавиатура, блок индикации, датчик, блок связи с персональным компьютером (далее БСПК). Микроконтроллер предназначен для управления процессом снятия данных с датчика, их обработки, а так же для управления всеми процессами обмена информации и выдачей информации на дисплей. Аналоговый сигнал с датчика поступает на входной преобразователь, который преобразует сигнал с датчика в сигнал с уровнем, который воспринимается АЦП микроконтроллера, таким образом, ВП производит согласование уровней напряжений. Преобразованный сигнал поступает на вход АЦП микроконтроллера, в котором осуществляется преобразование аналогового информационного сигнала с датчика в цифровой код, который обрабатывается МК. Затем микроконтроллер опрашивает код клавиатуры, то есть проверяет наличие нажатия клавиши, выводит на дисплей значение текущего значения уровня, если была нажата какая либо из клавиш, то он переходит к обслуживанию нажатой клавиши, и после этого выводит затребованную информацию.Ультразвуковые датчики, использующиеся в приборах для измерения уровня заполнения резервуаров, выпускают многие фирны-производители. Тефлоновое покрытие корпуса датчика позволяет применять датчик с коррозионными жидкостями. Маскирование стационарных объектов дает возможность устанавливать датчик в местах, где подпорки или другие элементы внутренней конструкции резервуара попадают в зону измерения.
План
Содержание
Введение
1. Обзор литературных источников по теме дипломного проекта
1.1 Обзор бесконтактных датчиков расстояния
1.2 Обзор ультразвуковых датчиков расстояния
2. Разработка структурной схемы
3. Разработка электрической принципиальной схемы устройства
3.1 Подбор ультразвукового датчика
3.2 Подбор микроконтроллера
3.3 Расчет входного преобразователя
3.4 Расчет блока индикации
3.5 Расчет блока клавиатуры. Схема подключения МК
3.6 Расчет блока связи с ПК
3.5 Расчет блока питания
3.6 Разработка программного обеспечения
3.6 Разработка программного обеспечения
4. Экономическое обоснование дипломного проекта
4.1 Расчет затрат на производство устройства
4.1.1 Определение этапов выполнения научно-исследовательской работы и их трудоемкости
4.2 Расчет затрат при проектировании и изготовлении измерителя уровня
4.2.1 Определение расходов на оплату труда
4.2.2 Расчет затрат на основные и вспомогательные материалы по НИР
4.2.3. Расчет затрат на основные и вспомогательные материалы, необходимые для изготовления устройства
4.2.4 Расчет затрат на комплектующие изделия и п/ф, необходимые для изготовления устройства
4.2.5 Расчет затрат на электроэнергию, необходимую для изготовления устройства
4.2.6 Планирование затрат на транспортно-заготовительные расходы
4.2.7 Определение общепроизводственных расходов
4.2.8 Определение общехозяйственных расходов
4.2.9 Расчет производственной себестоимости опытного образца
4.2.10 Планирование коммерческих расходов
4.2.11 Плановая калькуляция себестоимости и отпускной цены единицы продукции
4.3 Расчет затрат на стадии эксплуатации
4.3.1 Затраты на электроэнергию
4.3.2 Зарплата обслуживающего персонала
4.3.3 Амортизационные отчисления
4.3.4 Расходы на материалы, связанные с эксплуатацией
4.3.5 Затраты на текущий ремонт и техобслуживание
4.3.6 Эксплуатационные расходы
4.3.7 Сравнительный анализ технико-экономических показателей проектируемого устройства и аналога
4.3.8 Определение экономически эффективного варианта проектируемого устройства
5. Охрана труда
5.1 Границы слухового восприятия шумов органами слуха человека
5.2 Действие шума на организм человека
5.3 Классификация методов защиты от шума
5.3 Классификация вибраций, воздействующих на человека