5.8. Розробка і розрахунок базової конфігурації блоку елементів автоматичної тактики

Блок елементів автоматичної тактики централізованої системи охоронної сигналізації будується на базі 16-бітного однокристального мікроконтролера з RISC архітектурою MSP430F148 та 8-бітного AVR мікроконтролера ATtiny2313.

Цифрові вузли блоку елементів автоматичної тактики будуються на базі мікросхем CD4052BD, µA7805CT, MC34072BD, MC34074D, ADM485JR, ICL7660SCBA, LM809M3-2,93, LP2950-3,3 виробника TEXAS INSTRUMENTS і мають малу споживану потужність, високу завадозахищеність, широкий температурний діапазон роботи, високу швидкодію і навантажувальну здатність.

Модулем живлення виступає окремий блок електроживлення та акумуляторна батарея, а для перетворення та посилення напруги застосовані мікросхеми µA7805CT, MC34072BD, MC34074D, ICL7660SCBA, LM809M3-2,93, LP2950-3,3. Для стабілізації напруги +3,3 В, +5 В, +14 B застосовуються мікросхеми LM809M3-2,93 (D8), µA7805CT (D11), LP2950-3,3 (D12), відповідно, а для перетворення напруги – перетворювач постійної напруги ICL7660SCBA.

Електроживлення блоку елементів автоматичної тактики здійснюється від мережі змінного струму напругою Uп = 220 В с відхиленням, що допускається, від номінального від +10% до -20% і частотою 50±1 Гц. Блок електроживлення здійснює автоматичне переключення на роботу від резервного джерела живлення (акумуляторної батареї) напругою Uпр= 12 В.

Мікроконтролер MSP430F148 та ATtiny2313-24SC має інтегровану пам'ять програм, інформаційна пам'ять має два 128-байтних сегмента. Для роботи системи передбачається використовувати мікропрограми що керують роботою мікроконтроллерів.

Мікроконтролер MSP430F148 працює на тактовій частоті 21 МГц.

Порти Р4.1-Р4.2 мікроконтролера MSP430F148 (D9) утворюють шину адреси мультиплексора опитування контрольованих зон. Адреси А00-А11 адресних шин мультиплексорів (D1, D2, D3) подаються безпосередньо на адресний вхід мікроконтролера MSP430F148 (D9) блоку елементів автоматичної тактики.

На основі розробки цифрових вузлі блоку елементів автоматичної тактики з підбором необхідних елементів схеми розробляється електрична принципова схема блоку елементів автоматичної тактики ретранслятора (ДОДАТОК В).

На рис. 5.10 показано загальний вигляд блоку з 4 фільтрів.

Рисунок 5.10 Загальна схема блоку з 4 фільтрів

Розраховується величина ємності конденсаторів, а також величина індуктивностей фільтрів блоку елементів автоматичної тактики, що забезпечують фільтрацію сигналів що подаються з ТЛ та в ТЛ.

Для розрахунку беруться дані з таблиці по фільтру низьких частот Кауєра 5-го порядку. Схема фільтру низьких частот Кауєра 5-го порядку показана на рис. 5.11.

Рисунок 5.11 Схема фільтру низьких частот Кауєра 5-го порядку

Стандартизовані вихідні дані для фільтру:

1) Частота зрізу (Fз) = 4 кГц;

2) Частота затримки (Fзат) = 18 кГц;

3) Нерівномірність в полосі пропускання (∆А) = 0,5 дБ;

4) Затухання в полосі затримки (А) = 52 дБ;

5) Rн = Ri = 600 Ом, Pдоп. = 0,125 Вт.

1. Розраховується відносна полоса Ω:

Ω = Fз / Fзат = (18 × 1000) / (4 × 1000) = 4,5, проте в таблиці тільки 3,4, тому

Fз = (18 ×1000) / (3,4 × 1000) = 5, 29 кГц

2. Розраховуються нормуючі коефіцієнти КL та Кс:

КL = R / (2π × Fз) = 600 / (2 × 3,14 × 5,29 × 1000) = 18,05 × 0,001;

Kс = 1 / (2π × Fз × R) = 1 / (2 × 3,14 × 5,29 × 600) = 50,14 × 0,000000001;

3. З таблиці П.1.12 (ДОДАТОК Г) вибираються А = 60,6 дБ при Ω = 3,4

С`1 = 0,4646; С`2 = 0,02976; C`3 = 1,179; C`4 = 0,08248; C`5 = 0,4165;

L`1 = 1,021; L`2 = 0,9414.

4. Розраховуються істинні номінали (С = С`× Кс, L = L` × Fз):

С1 = 0,4646 × 50,14 × 0,000000001 = 23,29 × 0,000000001 = (22 нФ) = (0,022 мкФ);

С2 = 0,02976 × 50,14 × 0,000000001 = 1,492 × 0,000000001 = (1,5 нФ) = (0,015 мкФ);

С3 = 1,179 × 50,14 × 0,000000001 = 59,11 × 0,000000001 = (56 нФ) = (0,056 мкФ);

С4 = 0,08248 × 50,14 × 0,000000001 = 4,14 × 0,000000001 = (4,3 нФ) = (4300 пФ);

С5 = 0,4165 × 50,14 × 0,000000001 = 20,88 × 0,000000001 = (22 нФ) = (0,022 мкФ);

С7 = С2 = 1,5 нФ; С6 = С4 = 4,3 нФ, (аналог КМ - 250 - M75, ГОСТ 28883-90).

L1 = 1,021 × 18 = 18, 4 мГн; L2 = 0,9414 × 18 = 17 мГн.

Також розраховується величина ємності конденсатора що забезпечує затухання, а також величина опору резисторів каскаду підсилення сигналу при його прийому блоком прийому сигналів. Для розрахунку беруться стандартизовані дані, в залежності від потреб. Схема каскаду підсилення низьких частот блоку прийому сигналів показана на рис. 5.12.

Рисунок 5.12 Схема каскаду підсилення низьких частот блоку прийому сигналів

Стандартизовані вихідні дані для фільтру:

1) Вхідна напруга U1 = - 0,7 B, U2 = 0,7 B;

Для зручності беруться значення U1 = - 1 B, U2 = 1 B;

2) Коефіцієнт підсилення, який потрібно забезпечити K = 2;

3) Частота затримки (Fзат) = 18 кГц.

1. Розраховується величиниа резисторів каскаду підсилення сигналу:

Допускається, що R1 = R2, а R3 = Roc, коефіцієнт підсилення за таких умов розраховується як:

K = Roc / R1 × (U2 – U1). А отже розраховується величина резисторів.

(Roc / R1) = K / (U2 – U1) = 2 / (1 + 1) = 1;

Оскільки результом ділення Roc на R1 є одиниця, підбираються найбільш зручні номінали.. Умовно допускається значення Roc = R1 = 11 кОм. Оскільки R1 = R2, а R3 = Roc, значення R1 = R2 = R3 = Roc = 11 кОм, (аналог МЛТ – 0,125 +-10%, ГОСТ 28883-90).

2. Розраховується величина конденсатора що забезпечує затухання, реактивний опір при частоті затримки в 18 кГц становить Xc = 2,5 × 0,0001 Ом:

Xc = 1 / (ω × C), тоді С = Xc / ω, ω = 2 × π × Fзат.

А отже С = Xc / (2 × π × Fзат) = 2,5 × 0,0001 Ом / (2 × 3,14 × 18 × 1000) = 22 пФ.

(аналог КМ - 250 - M75, ГОСТ 28883-90).

Таким чином необхідна ємність конденсатора для забезпечення затухання сигналу при частоті 18 кГц становить С1 = 22 пФ, Uдоп = 250 В.