Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Кафедра «Автоматизация и управление технологическими процессами»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: «Схемотехника систем управления»

« Разработка схемы управления »

Выполнил:

студент группы АТП-31у

Потехин Е.С.

Проверил:

доц. каф. АТП

Виноградов М.В.

Саратов 2011

Содержание

Введение

Структурный синтез системы управления РТК сборки узла из двух деталей

1. Разработка схемы системы управления

1.1 Вербальный алгоритм работы системы

1.2 Формализация алгоритма графом переходов

1.3 Синтез и оптимизация схемы управления

1.4 Выбор элементов схемы

2. Разработка принципиальной схемы

2.1 Выбор интерфейса

2.2 Организация задержек с помощью таймеров

3. Проектирование печатной платы

4. Расчет блока питания

4.1 Расчет трансформатора

4.2 Расчет выпрямителя

4.3 Расчет стабилизатора

Заключение

Список литературы

Введение

Адаптивные промышленные роботы (ПР) представляют собой новую степень развития робототехники, для которой характерно создание гибкопрограммируемых устройств, оснащенных средствами очувствления для получения информации об окружающей среде, предмете производства и состояния механизмов робота. Адаптивные роботы предназначены для работы в условиях с заранее неизвестными изменениями окружающей среды, к которой они должны приспосабливаться. На пути развития адаптивных ПР много емких научных, технических и организационных проблем, связанных с созданием широкой номенклатуры специализированных датчиков и устройств для исследования и отображения окружающей среды, микропроцессорных систем обработки получаемой информации ее использование для управления работой роботов, программирование процессов восприятия и реакции на получаемую информацию в реальном масштабе времени, повышением надежности и долговечности ПР, улучшением метрологических его характеристик и т. д.

Для придания роботу новых качеств нужно, чтобы он обладал способностью к мгновенному восприятию внешней среды и мог использовать ее для автоматического формирования сигналов управления движением своих манипуляторов с целью выполнения заложенной в его память технологической задачи.

Адаптивный робот является принципиально новой производственной машиной с большими возможностями. К числу основных функций, выполняемых адаптивным роботами, относится функции, свойственные человеку в процессе его трудовой деятельности, а именно: восприятие внешней среды с помощью «органов чувств» (технические средства очувствления), «обдумывание» и принятие решения (микропроцессорная обработка информации), активное воздействие на внешнею среду «руками» (манипуляторами).

Многообразие автоматизируемых технологических процессов определяет весьма большое число параметров, подлежащих измерению в процессе работы адаптивного робота. К основным параметрам относятся линейные и угловые перемещения механизмов робота, возникающие в них силы и моменты, расстояния между захватом робота и объектом, положение и скорость движения захвата, признаки наличия, размеры, температура, форма, цвет деталей и др. В качестве дополнительных параметров измерения могут быть зазоры, перекосы, проскальзывания, наличие внутренних дефектов, толщина материала или покрытия, твердость, напряжения, площадь, ориентация относительно реперной точки или осей и многие другие.

Применение элементов адаптации требуется для всех типовых технологических операций, таких, как окрасочные, сварочные, штамповка, механическая обработка, контроль качества, транспортировка, сборка и др. Актуальность адаптации существенно возрастает при усложнении и удорожании объекта производства, при работе в агрессивных средах, а также при воздействии различных влияющих факторов - механических и климатических нагрузок, биологических и специальных сред, ионизирующих и электромагнитных излучений.

Развитие адаптивных ПР обусловило создание многочисленных датчиков силомоментного и тактильного очувствления, внутренней информации о параметрах и состоянии манипулятора, систем технического зрения (СТЗ), локационных дальномеров и др. существенную модернизацию в последнее время получили системы управления адаптивных ПР.

Обобщение подобного материала с иллюстрацией практического опыта применения и конкретных конструкций адаптивных ПР представляет несомненный интерес на данном этапе бурного развития автоматизации производства.

Структурный синтез системы управления РТК сборки узла из двух деталей

РТК включает два манипулятора, СТЗ в режиме визуальной инспекции, поворотный стол и пресс (Рис.1).

Рис. 1. Состав адаптивного сборочного робототехнического комплекса.

Задача, выполняемая РТК, - сборка узла, состоящего из двух деталей, которые находятся в накопителях. Наличие системы очувствления в виде СТЗ придает РТК адаптивные свойства, которые заключаются в смене линии поведения в зависимости от состояния процесса сборки, который СТЗ контролирует.

Технологический процесс работы РТК заключается в выполнении следующих операций:

Шаг 1. Взять деталь А и перенести на сборочную позицию.

Шаг 2. Убедиться с помощью СТЗ в наличии на сборочной позиции детали в требуемом положении, Если нет - перейти на шаг 11.

Шаг 3. Взять деталь Б из накопителя и перенести на сборочную позицию.

Шаг 4. Убедиться с помощью СТЗ в наличии детали Б на сборочной позиции в требуемом положении. Если нет - шаг 13.

Шаг 5. Повернуть стол.

Шаг 6. Запрессовать детали А и Б.

Шаг 7. Повернуть стол.

Шаг 8. Убедиться с помощью СТЗ в правильности сборки. Если нет, то перейти на шаг15.

Шаг 9. Перенести узел в тару готовых изделий.

Шаг 10. Перейти на шаг 1.

Шаг 11. Взять деталь А и положить в тару брака.

Шаг 12. Перейти на шаг 1.

Шаг 13. Взять детали Б и А и положить в тару брака.

Шаг 14. Перейти на шаг 1.

Шаг 15. Взять узел и положить в тару брака.

Шаг 16. Перейти на шаг 1.

Приведенная последовательность содержит лишь основные операции. В реальном случае могут появиться дополнительные устройства (ориентирующие устройства и т.п.), а значит, и шаги.

1. Разработка схемы системы управления

1.1 Вербальный алгоритм работы системы

Разработать схему автоматического управления пневмоприводами подъема М1, поворота руки манипулятора М2, захвата М3, захвата стола М4 и выдвижения упора М5 (рис.1), таким образом, чтобы после стартового сигнала ПУСК осуществлялась проверка на нахождение манипулятора в исходном положении, затем по сигналу Z2 манипулятор выполнил операцию "взять деталь Б и перенести её на сборочную позицию", этот же манипулятор выполняет операцию "взять узел и положить в контейнер для готовых изделий".

При поступлении стартового сигнала ПУСК осуществляется проверка на нахождение манипулятора в исходном положении. Если манипулятор находится не в исходном положении, то по сигналу Z2 захват стола разжимается, срабатывает датчик, сигнал Т2. Затем пневмопривод захвата М3 разжимается, срабатывает датчик, сигнал S2. После этого пневмопривод М1 поднимает руку манипулятора из нижнего положения в верхнее положение, контролируемое датчиком положения К1. Затем опускается упор. Сигнал Х2 сигнализирует о том, что упора в положении Р9 нет. После этого пневмопривод М2, поворачивает манипулятор по часовой стрелки в начальное положение Р7, контролируемое датчиком К3, до следующего сигнала.

Если же манипулятор находится в исходном положении, то по сигналу Z1 манипулятор продолжает свои действия. При поступлении сигнала Z1 пневмопривод (пневмоцилиндр) вертикального движения М1 из исходного положения Р7, контролируемое датчиком положения К1, опускает руку манипулятора в положение Р8, контролируемое датчиком положения К2. Пневмопривод захвата М3 обеспечивает зажим детали. Для контроля срабатывания захвата необходим датчик, он подает сигнал S1, сигнализирующий о том, что в захвате зажата деталь. Происходит захват детали Б. Затем пневмопривод М1 поднимает руку манипулятора с деталью из положения Р8 в положение Р7, контролируемое датчиком положения К1. После этого пневмопривод горизонтального движения (повороты по часовой стрелке и против) М2, поворачивает манипулятор против часовой стрелке (если смотреть сверху на рис.1.) из положения Р7 в положение Р3 (путем воздействия пневмоцилиндра на рейку), контролируемое датчиком движения К4. Затем срабатывает пневмопривод М1, который опускает руку манипулятора из положения Р3 в положение Р4, контролируемое датчиком К2. Пневмопривод захвата стола М4 обеспечивает фиксацию детали. Пневмопривод захвата М3 освобождает деталь, срабатывает датчик, сигнал S2, сигнализирующий о том, что в захвате детали нет. После этого срабатывает пневмопривод М1, который поднимает руку манипулятора из положения Р4 в положение Р3, контролируемое датчиком К1.

При поступлении сигнала Р2 (бракованная деталь) пневмопривод горизонтального движения М2, поворачивает манипулятор по часовой стрелки из положения Р3 в положение Р7, контролируемое датчиком движения К3. После схема возвращается в исходное состояние.

При поступлении сигнала Р1 (годная деталь) пневмопривод М1 опускает руку манипулятора из положения Р3 в положение Р4, контролируемое датчиком К2. Пневмопривод захвата М3 зажимает деталь. Сигнал S1, сигнализирует о том, что в захвате зажата деталь. По сигналу Z2 захват стола разжимается, срабатывает датчик, сигнал Т2. После этого пневмопривод М1 поднимает руку манипулятора из нижнего положения в верхнее положение, контролируемое датчиком положения К1. Затем пневмопривод М5 поднимает упор из нижнего положения Р10 в верхнее положение Р9. Это контролируется датчиком Х1. После этого пневмопривод М2, поворачивает манипулятор по часовой стрелки до упора. Затем пневмопривод М1 из положения Р9 опускает руку манипулятора в положение Р10, контролируемое датчиком К2. После пневмопривод М3 разжимает захват, срабатывает датчик сигнала S2 - деталь падает в контейнер с годными изделиями. После этого пневмопривод М1 поднимает руку манипулятора из нижнего положения в верхнее положение, контролируемое датчиком положения К1. После пневмопривод М2, поворачивает манипулятор против часовой стрелке из положения Р9 в положение Р3, контролируемое датчиком движения К4. Затем опускается упор. Сигнал Х2 сигнализирует о том, что упора в положении Р9 нет. После этого пневмопривод М2, поворачивает манипулятор по часовой стрелки в начальное положение Р7, контролируемое датчиком К3. При появлении сигнала К3 происходит четырёхсекундная задержка манипулятора в положении Р7.

Подъем, поворот руки манипулятора, зажим детали, зажим стола и выдвижение упора обеспечиваются пятью независимыми пневмоприводами М1, М2, М3, М4 и М5. Каждое из состояний схемы обеспечивает включение одного или нескольких приводов до момента появления существенного для данного состояния сигнала. Сигналы генерируются датчиками (конечными выключателями), расположенными на рабочих органах манипулятора. На них воздействуют упоры при достижении рабочими органами манипулятора заданных положений. На схеме области достижимости (рис.2.) линиями показаны возможные состояния (движения) манипулятора, а точками - моменты появления сигналов, вызывающих переход схемы из одного состояния - в другое. Управляется и контролируется манипулятор от ЭВМ через блок сопряжения.



Рис.2. Области достижимости манипулятора 2.

1.2 Формализация алгоритма графом переходов

Вершины графа соответствуют состояниям схемы. Номера соответствуют их двоичному коду. В исходном состоянии все исполнительные устройства выключены, вторичные переменные равны 0 (00000) (рис.3.).

При поступлении стартового сигнала ПУСК происходит переход системы в следующее состояние (00100), в котором осуществляется проверка на нахождение манипулятора в исходном положении.

Если манипулятор находится не в исходном положении, то сигнал Z2 переводит схему в состояние (01100), в котором одновременно разжимается захват стола. Сигнал T2 переводит схему в состояние (01000), в котором пневмопривод М3 разжимает захват. Сигнал S2 переводит схему в состояние (11000), в котором пневмопривод М1 поднимает захват. Сигнал К1 переводит схему в состояние (11100), при этом упор в положении Р9 опускается. Затем сигнал Х2 переводит схему в состояние (10100), в котором пневмопривод М2 поворачивает манипулятор по часовой стрелки в начальное положение. Сигнал К3 переводит схему в пустое состояние (10000), при помощи единичного сигнала «1».

Если же манипулятор находился в исходном положении, то по сигналу Z1 схема сразу переходит в исходное состояние (00101), в котором пневмопривод М1 опускает робот. Сигнал К2 переводит схему в состояние (00111), в котором пневмопривод М3 обеспечивает захват детали. Затем сигнал S1 переводит схему в состояние (01111), где пневмопривод М1 поднимает робот. После сигнал К1 переводит схему в состояние (01101), в котором пневмопривод М2 поворачивает манипулятор против часовой стрелки до стола. Сигнал К4 переводит схему в состояние (01001), в котором пневмопривод М1 опускает робот. По сигналу К2 схема переходит в состояние (01011), в котором зажим стола прижимает заготовку. Затем по сигналу Т1 схема переходит в состояние (11011), в котором пневмопривод М3 разжимает захват. Сигнал S2 переводит схему в состояние (11001), в котором пневмопривод М1 поднимает захват. Затем сигнал К1 переводит схему в состояние (11101).

По сигналу Р2 (бракованная деталь) схема переходит в состояние (10101), в котором пневмопривод М2 поворачивает манипулятор по часовой стрелки в начальное положение. Сигнал К3 переводит схему в пустое состояние (10001), а затем в состояние (10000) при помощи единичного сигнала «1» - манипулятор возвращается в исходное состояние.

По сигналу Р1 (годная деталь) схема переходит в состояние (11111), в котором пневмопривод М1 опускает робот. Сигнал К2 переводит схему в состояние (10111), в котором пневмопривод М3 обеспечивает захват детали. Затем сигнал S1 переводит схему в состояние (10011), в котором разжимается захват стола. Сигнал T2 переводит схему в состояние (10010), в котором пневмопривод М1 поднимает захват. После сигнал К1 переводит схему в состояние (10110), при этом упор в положении Р10 поднимается. После этого сигнал Х1 переводит схему в состояние (11110), в котором пневмопривод М2 поворачивает манипулятор по часовой стрелки до упора. Сигнал К3 переводит схему в состояние (11010), в котором пневмопривод М1 опускает робот. По сигналу К2 схема переходит в состояние (01010), в котором разжимается захват - деталь падает в контейнер с готовыми изделиями. Сигнал S2 переводит схему в состояние (01110), в котором пневмопривод М1 поднимает захват. Затем сигнал К1 переводит схему в состояние (00110), в котором пневмопривод М2 поворачивает манипулятор против часовой стрелки до стола. После этого сигнал К4 переводит схему в состояние (00010), при этом упор в положении Р9 опускается. По сигналу Х2 схема переходит в состояние (00011), в котором пневмопривод М2 поворачивает манипулятор по часовой стрелки в начальное положение. Сигнал К3 переводит схему в состояние (00001), в котором происходит задержка t3. Сигнал Дt переводит схему в состояние (00000).

Рис.3. Граф переходов манипулятора 2.

1.3 Синтез и оптимизация схемы управления

система управление плата алгоритм

Выделим области для каждого из пяти необходимых в данном случае триггеров А, В, С, D и Е (рис.3).

В каждой из областей значение какой-либо вторичной переменной должно оставаться неизменным (для области Е - это единица в нулевом разряде, для области D - это единица в первом разряде, для области C - это единица во втором разряде, для области В - это единица в третьем разряде и для области А - это единица в четвертом разряде). Принимая во внимание все входные и выходные сигналы для каждой из областей можно составить логические выражения для сигналов возбуждения и сброса каждого триггера.

Рассмотрим область, в которой вторичная переменная А = 1. Сигналы S2 и Т1 входят в эту область, т.е. являются сигналами установки триггера А. Им соответствует сочетания вторичных переменных . Сигналы К2 и 1 выходят из этой области, т.е. являются сигналами сброса триггера А. Им соответствует сочетания вторичных переменных и . Таким образом, логические выражения для установки и сброса триггера А будут иметь вид:

Схема реализации этих выражений представлена на Рис.4:

Рис.4. Схема для установки и сброса триггера А.

Упростим выражения и , для простоты схемной реализации этих выражений в среде Electronic Work Bench:

Рассмотрим область, в которой вторичная переменная В = 1. Сигналы Z2, S1 и Х1 входят в эту область, т.е. являются сигналами установки триггера В. Им соответствует сочетания вторичных переменных . Сигналы K1, X2, P2 и K2 выходят из этой области, т.е. являются сигналами сброса триггера B. Им соответствует сочетания вторичных переменных и . Таким образом, логические выражения для установки и сброса триггера B будут иметь вид:

Схема реализации этих выражений представлена на Рис.5:



Рис.5. Cхема для установки и сброса триггера В.

Упростим выражения и , для простоты схемной реализации этих выражений в среде Electronic Work Bench:

Рассмотрим область, в которой вторичная переменная C = 1. Сигналы ПУСК, S2, K1, К1 и К1 входят в эту область, т.е. являются сигналами установки триггера С. Им соответствует сочетания вторичных переменных . Сигналы К4, Т2, К4, К3, К3, S1 и K3 выходят из этой области, т.е. являются сигналами сброса триггера B. Им соответствует сочетания вторичных переменных и . Таким образом, логические выражения для установки и сброса триггера C будут иметь вид:

Схема реализации этих выражений представлена на Рис.6:

Рис.6. Cхема для установки и сброса триггера С.

Упростим выражения и , для простоты схемной реализации этих выражений в среде Electronic Work Bench:



Рассмотрим область, в которой вторичная переменная D = 1. Сигналы К2, К2 и Р1 входят в эту область, т.е. являются сигналами установки триггера D. Им соответствует сочетания вторичных переменных и . Сигналы К3, К1 и S2 выходят из этой области, т.е. являются сигналами сброса триггера D. Им соответствуют сочетания вторичных переменных и . Таким образом, логические выражения для установки и сброса триггера D будут иметь вид:

Схема реализации этих выражений представлена на Рис.7:

Рис.7. Cхема для установки и сброса триггера D.

Упростим выражения и , для простоты схемной реализации этих выражений в среде Electronic Work Bench:

Рассмотрим область, в которой вторичная переменная E = 1. Сигналы Z1 и X2 входят в эту область, т.е. являются сигналами установки триггера E. Им соответствует сочетания вторичных переменных . Сигналы Дt, 1 и T2 выходят из этой области, т.е. являются сигналом сброса триггера Е. Им соответствует сочетания вторичных переменных. Таким образом, логические выражения для установки и сброса триггера Е будут иметь вид:

Схема реализации этих выражений представлена на Рис.8:



Рис.8. Cхема для установки и сброса триггера Е.

Упростим выражения и , для простоты схемной реализации этих выражений в среде Electronic Work Bench:

Карта Карно для выходных функций:

Далее выходы триггеров соединяются согласно карте Карно для выходных функций.

1.4 Выбор элементов схемы

После разработки логической схемы появляется возможность выбора элементной базы электронного устройства. В первую очередь необходимо решить, какие функциональные части электронного устройства могут быть построены на интегральных микросхемах, а какие на дискретных электрорадиоэлементах.

Если какая либо функциональная часть или все электронное устройство могут быть построены на интегральных микросхемах, то нужно выбирать именно их ввиду значительных преимуществ, связанных с разработкой, производством и эксплуатацией микроэлектронной аппаратуры. Практически любое электронное устройство, построенное на интегральных микросхемах, имеет некоторое количество дискретных электрорадиоэлементов.

На дискретных элементах создают электронные устройства, которые не могут быть построены на интегральных микросхемах по следующим двум основным причинам: значения некоторых электрических параметров не могут быть получены с применением интегральных микросхем; промышленность не выпускает интегральные микросхемы данного функционального назначения.

В нашем случае почти все функциональные части электронного устройства можно построить на интегральных микросхемах. Для этого выбираем элементы серии 74ALSxxx фирмы Texas Instr (USA). Микросхемы изготавливаются по усовершенствованной эпитаксиально - компланарной технологии с диодами Шотки и окисной изоляцией, одно и двухуровневой металлизированной разводкой на основе PtSi - TiW - AlSi. Они являются на сегодняшний день наиболее перспективными, также одними из наиболее быстродействующими (4нс) и потребление мощности у них гораздо ниже, чем у элементов остальных серий, существующих на сегодняшний день.

Еще одним преимуществом этой серии является то, что они хорошо стыкуются с микросхемами КМОП-структур.

Технические характеристики:

Напряжение питания: 5 В 10%.

Задержка на вентиль: 4 нс.

Мощность потребляемая на вентиль: 1мВт.

Тактовая частота до 70 МГц.

Выходной ток нагрузки низкого уровня до - 24 мА.

Выходной ток нагрузки высокого уровня до - 15мА.

Гарантированные статические и динамические характеристики при емкости нагрузки 5пФ в диапазоне температур от -10 до +70.

Устойчивость к статическому электричеству до 200 В.

Широкий набор типономиналов микросхем.

Для реализации вторичной переменной А выбираем микросхему SN74ALS74AN. Так как триггеры в данной микросхеме на входах S и R имеют активный низкий уровень, то необходимо инвертировать выражения возбуждения SA и RA.

Для схемной реализации выражения SA выбираем микросхемы: SN74ALS21AN, SN74ALS08AN, SN74ALS32AN. Для схемной реализации выражения RA выбираем микросхемы: SN74ALS21AN, SN74ALS08AN, SN74ALS32AN.

Для реализации вторичной переменной В используем тот же триггер, что и для реализации вторичной переменной А, т.е. триггер SN74ALS74AN. Для схемной реализации выражения SB выбираем микросхемы: SN74ALS21AN, SN74ALS08AN, SN40ALS75AN. Для схемной реализации выражения RB выбираем микросхемы: SN74ALS21AN, SN74ALS08AN, SN40ALS72AN.

Для реализации вторичной переменной С используем такой же триггер - SN74АLS74АN. Для реализации выражения SC выбираем микросхемы: SN74АLS21AN, SN74ALS08AN, SN74ALS32AN, SN40ALS75AN. Для выражения RC микросхемы: SN74АLS21AN, SN74ALS08AN, SN74ALS32AN, SN40ALS75AN.

Для реализации вторичной переменной D пользуемся тем же триггером, что и во всех остальных трех случаях - SN74АLS74AN. Для схемной реализации выражения SD выбираем микросхемы: SN74ALS08AN, SN40ALS75AN, SN74ALS21AN. Для выражения RD выбираем микросхемы: SN74ALS21AN, SN74ALS08AN, SN40ALS75AN.

Для реализации вторичной переменной Е пользуемся тем же триггером, что и во всех остальных трех случаях - SN74АLS74AN. Для схемной реализации выражения SЕ выбираем микросхемы: SN74ALS08AN, SN74ALS32AN, SN74ALS21AN. Для выражения RЕ выбираем микросхемы: SN74ALS08AN, SN74ALS32AN, SN74ALS21AN.

В нашем проекте также понадобится таймер, для этого воспользуемся микросхемой из серии NE555 или её отечественный аналог КР1006ВИ1.

Инвертировать выражения будем при помощи микросхемы SN74ALS14AN.

Внешний вид используемых микросхем представлен на рис.9, в среде Electronic Work Bench:

Рис.9.Микросхемы.

2. Разработка принципиальной схемы

Разработка принципиальной электрической схемы выполняется на схемотехническом этапе проектирования и представляет более высокий уровень синтеза электронного устройства, чем уровень синтеза структурной схемы. В то время как структурная схема есть совокупность формальных моделей функциональных частей электронного устройства, принципиальная схема является совокупность электрических моделей этих частей.

Принципиальная схема синтезируется по структурной схеме электронного устройства на основе анализа требований технического задания, а также требований, предъявляемых разработчиком к каждому функциональному элементу.

2.1 Выбор интерфейса

При проектировании микропроцессорных систем управления важное место занимает решение проблемы интерфейса. Она связана с необходимостью реализации сопряжения, как внутренних компонентов, так и подключение внешних интерфейсных устройств разнообразного назначения и принципа действия. Не менее важна проблема объединения микропроцессоров и ЭВМ в мультисистемы.

Интерфейс - совокупность правил, устанавливающих единые принципы взаимодействия устройств ЭВМ, некоторый протокол однозначного сопряжения используемых микро ЭВМ и микропроцессоров, и периферийных устройств различной степени сложности, обеспечивающих информационную, функциональную, электрическую и конструктивную совместимость внутренних и внешних устройств систем управления на базе комплексно-аппаратных и программных средств и унифицированных линий связи.

К ЭВМ внешние устройства могут быть подключены четырьмя путями соответствующим четырем типам стандартным внешним интерфейсам: через системную магистраль или шину, через параллельный интерфейс, через последовательный интерфейс, через универсальную последовательную шину USB.

В нашем случае наиболее приемлемым является параллельный интерфейс, так как плата устанавливается в корпус, то сложность устройства ограничена, а соседство с узлами компьютера приводит к высокому уровню электромагнитных полей. Очевидно, что обмен в параллельном формате проще, чем в последовательном. Параллельный интерфейс благодаря простоте сопряжения и удобству программирования широко используется при подключении внешних устройств. Имеется правда ряд ограничений связанных с небольшим количеством сигнальных линий и ограниченной возможности его программирования.

Основное достоинство параллельного интерфейса - аппаратная независимость. Важное достоинство - простота программирования на любом уровне. Большинство языков программирования верхнего уровня имеют процедуру взаимодействия с параллельным интерфейсом.

2.2 Организация задержек с помощью таймеров

Таймер представляет собой особую разновидность универсальных микросхем совмещающих в одном кристалле аналоговые и дискретные функции. Основное назначение таймеров - формирование импульсов различной длительности и периодичности. На их базе очень легко организовать одновибраторы, мультивибраторы, реле времени, формирователи, различные преобразователи и многие другие узлы аппаратуры. Отдельные типы таймеров различаются: точностью, временным диапазоном, режимом питания, конструктивным оформлением, элементной базой и т.д. Мы в нашем проекте выбирали таймер NE555 или отечественный аналог КР1006ВИ1.

Таймер NE555 выполнен на биполярных транзисторах и состоит из 5 основных узлов: двух компараторов напряжения, RS - триггера, транзисторного ключа с открытым коллектором, двухтактного входного усилителя на транзисторах.

Рис.10. Функциональная схема таймера NE555.

Рассчитаем емкость и сопротивление для нашего таймера, чтобы он обеспечивал нужную нам задержку. Для этого воспользуемся формулой:

,

где Т - время задержки.

Выбираем сопротивление R=100 кОм, тогда:

.

Для обеспечения задержки t=4 секунды ёмкость конденсатора будет равна:

.

3. Проектирование печатной платы

Разработанная логическая схема управления конструктивно может быть выполнена в виде отдельного модуля. Основой модуля является печатная плата, изготовленная из фольгированного стеклотекстолита. Модульное исполнение субблока системы управления имеет следующие преимущества:

а) экономичное изготовление;

б) простота эксплуатации;

в) простота замены и ремонта;

г) минимальные габаритные размеры.

Слоистая печатная плата имеет фольгу (обычно медную), вытравленную в соответствии с рисунком монтажа. Микросхемы монтируются двумя основными способами - в отверстия и на поверхности. В первом случае в печатной плате сверлятся отверстия, в которые вставляются выводы микросхем и припаиваются к фольге (рис. 11).

Рис.11. Пример установки микросхемы на печатную плату.

Во втором случае вместо отверстий применяются монтажные площадки. Иногда в плату впаивается специальная панелька (разъем), в которую вставляется микросхема. Это удобно при ремонте и необходимо при использовании заменяемых микросхем. Но разъемное соединение, как известно, имеет наименьшую надежность, чем паяное, и дороже, что ограничивает применение панелек. Исходя из этого при проектирование нашей печатной платы мы выбрали паяный способ монтажа в отверстия.

4. Расчет блока питания

Для работы нашей системы нам необходим блок питания, расчетами которого мы и займемся в этом пункте.

4.1 Расчет трансформатора

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора должно быть (с учетом потерь): U2 = 13 В. Максимальный ток нагрузки трансформатора равен:

IН = 3мА*2 + 4мА*2 + 2,5мА*4 + 2,4мА*2 + 1,5мА*7 + 2мА*7 = 53,3 мА.

Определяем значение тока, текущего через вторичную обмотку трансформатора:

I2 = 1.5 IH, где

I2 = 1,5*53,3 мА = 79,95 мА.

Определим мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:

P2 = U2 I2, где

U2 - напряжение на вторичной обмотке;

I2 - максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора;

P2 = 13 * 0,07995 = 1 Вт.

Подсчитаем мощность трансформатора:

Ртр = 1,25 Р2 = 1,25 * 1 = 1,25 Вт.

Определим значение тока, текущего в первичной обмотке:

I1 = Pтр/U1, где

Ртр - подсчитанная мощность трансформатора;

U1 - напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).

I1 = 1,25/220 = 6 мА.

Рассчитаем необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:

S = 1,3*Ртр = 1,3*1,25 = 1,6 см2.

Определим число витков первичной обмотки:

.

Подсчитаем число витков вторичной обмотки:

4.2 Расчет выпрямителя

Поскольку в преобладающем большинстве конструкций блоков питания используется двухполупериодный выпрямитель, диоды которого включены по мостовой схеме, о выборе его элементов здесь и пойдет разговор. Рассчитать выпрямитель - значит правильно выбрать выпрямительные диоды и конденсатор фильтра, а также определить необходимое переменное напряжение, снимаемое для выпрямления с вторичной обмотки сетевого трансформатора.

Определим по току нагрузки максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:

IД = 0,95*IН = 0.95*53.3 = 50 мА.

Подсчитаем обратное напряжение, которое приложено к каждому диоду выпрямителя:

Uобр = 1,5*U2 = 1,5*13 = 19 В.

Определим емкость конденсатора фильтра:

СФ = 3200 IH/U2 = 3200 * 53,3/13 = 12 мкФ.

4.3 Расчет стабилизатора

Для получения постоянного напряжения на нагрузке при изменении потребляемого тока к выходу выпрямителя подключают стабилизатор, который может быть выполнен по схеме, приведенной на рис. 12.

Рис.12.

В таком устройстве работают стабилитрон V5 и регулирующий транзистор V6. Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения U2 и максимального тока нагрузки Iн. Однако оба эти параметра не должны превышать параметры уже рассчитанного выпрямителя. А если это условие нарушается, тогда сначала рассчитывают стабилизатор, а затем - выпрямитель и трансформатор питания. Расчет стабилизатора ведут в следующем порядке.

Определим необходимое для работы стабилизатора входное напряжение:

Uвып = U2 + 3 = 13 + 3 = 15 В.

Здесь цифра 3, характеризующая минимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора, взята в расчете на использование как кремниевых, так и германиевых транзисторов. Если стабилизатор будет подключаться к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах необходимо использовать реальное значение выпрямленного напряжения Uвып.

Рассчитаем максимально рассеиваемую транзистором мощность:

Pmax = 1.3 (Uвып - U2) IH = 1,3 * (15 - 3) * 0,05 = 0,2 Вт.

Заключение

В ходе выполнения данного курсового проекта вербально описали алгоритм работы заданного устройства. На основе этого описания составили граф состояний, по которому записали логические выражения для каждого состояния системы. После этого, по полученным логическим выражениям собрали логическую схему в среде Electronic Work Bench и по этой логической схеме спроектировали печатную плату. Благодаря полученной печатной плате можно автоматически управлять пневмоприводами робототехнического комплекса.

В результате проделанной работы мы закрепили и систематизировали полученные знания по схемотехнике.

Список литературы

1. Справочник по интегральным микросхемам. /Под ред. Тарабрина Б.В. М.: Энергия 1980. 528 с.

2. Шило В.Л., Якубовский С.В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. М.: Радио и связь 1989. 351 с.

3. Пономарев М.Ф. Конструкции и расчет микросхем и микроэлементов ЭРА. М.: Радио и связь 1982 187 с.

4. Колосов В.Г, Мелехин В.Ф. Проектирование узлов и систем автоматики и вычислительной техники. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. 256 с.

5. Хоуп Г. Проектирование цифровых вычислительных устройств на интегральных микросхемах. - М.:Мир, 1984. 400 с.

6. Проектирование пневматических и пневмогидравлических систем управления. Методические указания/ Под общей редакцией В.Я. Скрицкого. М.:НИИМАШ, 1989. 51 с.

Размещено на Allbest.ru