Автоматизированный электроприводРеализация на микропроцессоре обладает весомыми преимуществами. Гибкая логика, возможность легкой модернизации контроллера, перспективность. Программируемая логика реализована на микропроцессоре типа МК-51 фирмы ATMEL – AT 89 C 51, который благодаря встроенной FLASH памяти, обладает возможностью электрического перепрограммирования, а значит быстрой модернизации управляющей программы. Наличие микропроцессора в современных контроллерах позволяет создавать сложные, гибкие, компактные и надежные системы управления с централизованным управлением и диагностикой. 1. Структурный синтез цифрового автомата Обозначим структуру проектируемого микроконтроллера. 1) Управляющий логический блок на основе микропроцессора. 2) Блок сбора информации и преобразования ее в вид, требуемый для обработки микропроцессором. 3) Блок гальванической развязки входных сигналов и сигналов, поступающих на микропроцессор. 4) Блок связи с исполнительными устройствами (включающий гальваническую развязку) для преобразования выходных сигналов микропроцессора в мощные сигналы управления. 5) Блок начального сброса микропроцессора. 6) Блок индикации входных и выходных сигналов. 7) Блок электропитания контроллера. 2. Разработка принципиальной схемы. 1. Управляющий логический блок. В качестве основы для контроллера выбран популярный микропроцессор типа MK-51 от фирмы Atmel – AT89C51. Его основные преимущества перед подобными процессорами иных фирм: 1. Полностью совместим с семейством МК-51. 2. 4 кб встроенной перепрограммируемой Flash памяти (включая перепрограммирование непосредственно на плате по протоколу SPI ) при не менее 10 3 циклов перезаписи. 3. Работа на частотах от 0 до 40 МГц. 4. 128х8 бит ОЗУ. 5. 32 программируемых линии портов ввода/вывода. 6. Два 16-битных таймера счетчика 7. Шесть источников прерываний 8. Программируемый последовательный канал совместимый с RS -232- S . 2. Блок сбора информации и преобразования ее в вид, пригодный для обработки микропроцессором. Входная информация и выходная информация проходит через в нешний разъем типа РШ2Н-2-16. В таблице 1 приведен список и условное обозначение входных и выходных сигналов из задания. Табл. 1.
Срабатывание при нужном значении освещенности регулируется подстроечными резисторы марки РП1 – 48 10КОм ± 10%. Компаратор LM 29000. Его электрические характеристики: Максимальный потребляемый ток 2 мА. Напряжение смещения 1 мВ. Корпус DIP -14. Для организации высокостабильного опорного напряжения выбраны специализированная микросхема LM4130 фирмы National Semiconductor. Выходное опорное напряжение 4.096 В Погрешность выходного напряжения 0.05% Температурный коэффициент нестабильности 3*10 -6 / о С Минимальное входное напряжение 5 В Потребляемый ток 1 мА Максимальный выходной ток 30-50 мА Изменение выходного напряжения (при I вых=30..50 мА) 0.05% По такой же схеме организован прием и формирование логических сигналов UA на микропроцессор. 3. Блок гальванической развязки входных сигналов и сигналов, поступающих на микропроцессор. Входные величины поступают из внешней (для контроллера) среды, что говорит о возможном наличии помех различных типов. Так же необходимо предусмотреть возможность неправильной полярности подключения датчиков. Поэтому возникла необходимость в гальванической развязке сигналов. Для того, чтобы развязать входные уровни микропроцессора и входных сигналов от датчиков применены три оптопары К249КН4П. Характеристики, по которым они были выбраны: Uмахком=60 В; Iвхmin=10 мА; Iвхmax=25 мА; Iком=8 мА. Резисторы: R1 C2 – 23 0.25Вт 1600 Ом ± 0.25% R2 C2 – 23 0.125Вт 270 Ком ± 0.1% Диод КД521А(Д220А): U пр=1В, U обр=75В, I пр.ср=50мА, I обр=1мкА. Обработка выходных величин: Электромагнит. В данной работе автомат генерирует выходной сигнал управления электромагнитом (=24В, 10Вт). Данная мощность явно не позволяет подключать электромагнит непосредственно к выходу микропроцессора, поэтому здесь целесообразно применить мощные твердотельные оптоэлектронные реле. Мощность на выходе которых может достигать достаточно больших значений. В оптопаре одновременно реализуется гальваническая развязка силовой и управляющей цепей, а также усиление по мощности сигнала. Работоспособность контроллера можно восстановить, подав на процессор команду сброса (reset). Такие функции выполняет WatchDog Taimer . В данной работе эта система не реализована. Сброс микроконтроллера можно будет произвести кратковременным сбросом питающего напряжения или кнопкой Reset , расположенной на передней панели. Подпрограмма опрашивает состояния входов и выходов и выводит эти значения в порт P0 микропроцессора МК51. Непосредственно на эти выходы подключены светодиоды, которые визуально отображают состояние входов и выходов. Для того, чтобы светодиоды можно было подключить напрямую к порту, они должны потреблять как можно меньше тока, но при этом обеспечивать достаточную яркость свечения. Этим запросам полностью удовлетворяют выбранные светодиоды КИПД02Б-1К. Ниже в таблице приведены их основные параметры.
Примером такого преобразователя может служить интегральный преобразователь DCP. На вход этого преобразователя поступает постоянное напряжение, и на выходе тоже имеется постоянное напряжение, но другого уровня. При этом осуществляется полная гальваническая развязка между входом и выходом с помощью встроенного трансформатора. Микросхема заключена в корпус DIP14, компактна и удобна в использовании. В данной работе будет использоваться микросхема (DCP022405P(на выходе 5В)). Выходная мощность микросхем составляет 2Вт. Дорожки на плате травление по «позитиву». Размеры печатной платы определяются в соответствии с ГОСТ 2.109-73. Для увеличения жесткости печатной платы монтировать на специальную рамку, отлитую с лицевой панелью из легкого алюминиевого сплава АЛ9. Толщина рамки и панели - 3 мм. Плата крепить к рамке при помощи стяжных винтов М3. На лицевой панели расположены отверстия под светодиоды, кнопка сброса. Крепление кнопки сброса производится «под гайку» на передней панели. Внешний разъем типа РШ2Н-2-16. Разъем - электрический соединитель для печатного монтажа, расположение штырьков линейное. Предназначен для работы в электрических цепях постоянного и переменного тока с частотами до 3 МГц и цепях импульсного тока. Рекомендуемый тип припоя – ПОС 60 ГОСТ 21930-76. Конструкция блока представляет из себя алюминиевое шасси, на котором закреплена печатная плата. Шасси блока одновременно является и направляющей при установке блока в основное (либо управляемое) устройство. На передней панели закреплены кнопка сброса и индикаторы. Плата соединена с кнопкой сброса гибкими проводами. Разработка программного обеспечения При выборе микропроцессорной системы управления существенно уменьшается количество дискретных элементов. Что упрощает систему, и, следовательно, повышает ее надежность. С другой стороны отказ самого микропроцессора (само по себе это явление редкое, чаще сказываются ошибки проектирования) ведет к выходу абсолютно всей системы. В то же время появляется необходимость в управляющей программе. Каждый тип микропроцессора обладает рядом только ему присущих особенностей: архитектурой, набором команд, функциональными возможностями и так далее. Все это было принято к сведению при написании программы для спроектированной системы управления. Программа была написана на языке ассемблера для МК-51 с использованием системы отладки AVSIM 51. Далее приводится алгоритм работы программы, листинг программы и hex файл, представляющий собой образ ПЗУ предназначенный непосредственно для прошивки в микросхему. |