Учебное пособие 800594

Рис. 3. Подключение датчика тока к плате Arduino

Всхеме датчика тока VCC подключается к входу 5V, OUT –

клюбому аналоговому входу платы с А0 по А5, GND – к аналогичному входу на плате.

Рис. 4. Подключение датчика напряжения к плате Arduino

В схеме датчика напряжения «+» подключается к входу 5V, S – к любому аналоговому входу платы с А0 по А5, «–» – к аналогичному входу на плате.

Модернизированный прибор КИ-1093 подключается к персональному компьютеру, имеется возможность сохранения данных в режиме реального времени на SD карту при помощи платы Arduino и дополнительных модулей (рис. 5).

Для реализации записи данных в режиме реального времени полученных с датчиков тока и напряжения на SD карту понадобятся следующие модули:

-модуль часов реального времени 1307RTC;

-модуль SD карты.

170

Рис. 5. Подключение датчиков и модулей

Модуль часов реального времени 1307RTC

DS1307 – это модуль, который используется для отсчета времени. Он собран на основе микросхемы DS1307ZN, питание поступает от литиевой батарейки для реализации автономной работы в течение длительного промежутка времени. DS1307 обладает низким энергопотреблением и содержит часы и календарь по 2100 год.

Модуль обладает следующими параметрами:

-питание +5 В;

-диапазон рабочих температур от -40 °С до 85 °С;

-56 байт памяти;

-литиевая батарейка LIR2032;

-реализует 12-ти и 24-х часовые режимы;

-поддержка интерфейса I2°C.

Модуль оправдано использовать в случаях, когда данные считываются довольно редко, с интервалом в неделю и более. Это позволяет экономить на питании, так как при бесперебойном использовании придется больше тратить напряжения, даже при наличии батарейки. Наличие памяти позволяет регистрировать различ-

171

ные параметры (например, измерение температуры) и считывать полученную информацию из модуля.

Модуль SD карты

Универсальный модуль представляет собой обыкновенную плату, на которой помещены слот для карты, резисторы и регулятор напряжений. Он обладает следующими техническими характеристиками:

-диапазон рабочих напряжений 4,5 - 5 В;

-поддержка SD карты до 2 Гб;

-ток 80 мА;

-файловая система FAT 16.

Модуль SD-карты реализует такие функции как хранение, чтение и запись информации на карту, которая требуется для нормального функционирования прибора на базе микроконтроллера.

Естественно, у недорогих модулей карт памяти есть и недостатки. Например, самые дешевые и распространенные модели поддерживают только карты до 4Гб и почти все модули позволяют хранить на SD карте файлы объемом до двух гигабайт – это ограничение используемой в большинстве моделей файловой системы FAT.

Еще одним недостатком карт памяти является относительно долгое время записи, однако существуют пути работы с ней, позволяющие увеличить ее скорость работы. Для этого используется механизм кэширования, когда данные сначала копятся в оперативной памяти, а потом сбрасываются за раз на карту памяти.

Существует два вида карт – microSD и SD. Они одинаковы по подключению, структуре и программе, различаются же только размером.

Перед работой советуется отформатировать карту SD. Обычно новые карты уже отформатированы и готовы к работе, но если используется старая карта, то лучше провести форматирование в файловой системе Arduino. Для проведения процедуры на компьютере должна быть установлена библиотека SD, желательно FAT16. Для форматирования на Windows нужно щелкнуть на иконке карты и нажать «Format».

После выбора дополнительных модулей происходит заключительная сборка. Далее проводится настройка модуля часов реального времени и датчиков тока и напряжения.

172

Пример программы подключения датчика напряжения, SDкарты и часов реального времени представлен на рис. 6.

Рис. 6. Пример программы подключения датчика напряжения, SD-карты и часов реального времени

173

Данная модернизация переносного прибора КИ-1093 разработана для изучения электродвигателей и других потребителей электрической энергии. Реализована возможность снятия и сохранения полученных данных на SD карту в режиме реального времени.

Литература

1.Лекомцев Д. Знакомство с Arduino [Текст] / Д. Лекомцев // Радио. – 2016. – № 7 – С. 53 - 56.

2.Лекомцев Д. Arduino. Операции цифрового ввода-вывода [Текст] / Д. Лекомцев // Радио. – 2016. – № 8 – С. 51 - 54.

3.Лекомцев Д. Arduino. Подключение простейших датчиков [Текст] / Д. Лекомцев // Радио. – 2016. – № 10 – С. 54 - 56.

4.Лекомцев Д. Arduino. Подключение типовых внешних устройств [Текст] / Д. Лекомцев // Радио. – 2016. – № 11 – С. 51 - 54.

5.Нечаев И. Измеритель емкости аккумуляторов на Arduino [Текст] / И. Нечаев // Радио. – 2017. – № 7 – C. 31 - 34.

6.Иго Т. Arduino, датчики и сети для связи устройств [Текст]

/Т. Иго; пер. с англ. С. Таранушенко. – 2-е изд. – СПб.: БХВПетербург, 2017. - 543 с.

7.Бараночников М.Л. Особенности магниточувствтельных сенсоров на основе полевого датчика Холла [Текст] / М.Л. Бараночников, А.В. Леонов и др. // Приборы и техника эксперимента. – 2012.

– № 6 – С. 100.

8.Карпачев А. Амперметр – датчик тока в электронной нагрузке [Текст] / А. Карпачев // Радио. – 2017. – № 9 – С. 25 - 27.

9.Боряк С.В. Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока с применением пид-регулятора на основе микроконтроллера Аrduino Uno [Текст] / С.В. Боряк , И.В. Куприянов // Вестник науки и образования. – 2016. – № 4 (16). – С. 21 - 23.

10.Омельченко Е.Я. Устройство контроля трехфазной сети

на основе Аrduino-совместимых микроконтроллеров [Текст] / Е.Я. Омельченко, А.В. Белый и др. // Электротехника: сетевой электронный научный журнал. – 2014.– № 1 – С. 17 - 22.

Воронежский государственный технический университет *Липецкий государственный технический университет

174

УДК 621.382

П.С. Панов, А.А. Винокуров

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ПАРАМЕТРОВ СВАРКИ МЕТОДОМ «КЛИН - КЛИН» АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОВОЛОКОЙ

Работа посвящена исследованию микросварных соединений. Целью работы является поиск оптимальных параметров процесса формирования соединений на пластине, покрытой слоем золота, при разных режимах сварки методом «клин-клин» алюминиевой проволокой.

Процесс присоединения проволочных выводов, контактных площадок корпуса с контактными площадками кристалла занимает одну из самых сложных и трудоемких операций.

От качества соединения проволочных выводов зависит работоспособность изделия в целом. Нужно учитывать все нюансы при формировании петли, подбора параметров и контроли качества раз-

варки [1, 2].

Целью работы является исследование стабильности параметров ультразвуковой сварки методом «клин – клин» алюминиевой проволокой размером 30 мкм.

Чтобы оценить оптимальные значения параметры процесса сварки (усилия сжатия инструмента (Q), мощности ультразвукового генератора (УЗГ) (NУЗГ), которая приводится в относительных единицах и времени (τ) процесса) на установке Bondjet BJ-820 была проведено 8 вариантов приварки выводов.

Параметры процесса УЗС представлены в таблице. Исследования проводились на десяти сварных соединениях между алюминиевой проволокой диаметром 30 мкм и подложкой с нанесенным на нее слоем золота толщиной 3 мкм. Для формирования сварных соединений применялась установка Bondjet BJ - 820.

На рис. 1 и 2 представлены фотографии пластины с нанесенными сварными соединениями до испытаний на прочность.

175

Рис. 1. Подложка с нанесенными сварными соединениями

Рис. 2. Внешний вид точек сварки

Испытания на прочность проводились путем разрушения микросоединений для центра петли при анализе характера повреждения. В данном исследовании ставилась задача получить оптимальные виды ультразвуковой сварки алюминиевых проволочных перемычек с позолоченным корпусом. Задача выбора оптимальных режимов УЗС состоит в том, чтобы найти комбинацию из трех различных параметров, которая дает наибольшую прочность связи с желаемым разрывом в центре основания.

При создании сварных соединений изменялись три параметра (таблица), таким образом, число различных условий эксперимента составляет N = 2k = 23 = 8. Число опытов составляло 80 (по 10 для каждой комбинации условий). Выбиралось среднее значение прочности соединения (FСР) для каждого опыта.

Результаты измерения прочности соединений приведены в таблице. Мощность УЗГ оказывает наибольшее влияние на прочность соединения, а наименьшее – время процесса. В результате для данного типа соединения рекомендуются следующие параметры

процесса: τопт = 20 мс; опт = 20 сН; опт = 20.

Прочность соединений в зависимости от условий эксперимента

176

При минимальных параметрах усилия сжатия инструмента, времени и мощности ультразвукового генератора алюминиевая проволока не приваривалась к золотой пластине и возникало отслоение сварного соединения.

На рис. 3 представлена фотография отслоения сварного соединения от пластины. На рис. 4 представлена фотография разрыва в шейке сварного соединения. На рис. 5 представлена фотография разрыва в центре сварного соединения.

Рис. 3. Фотография отслоения сварного соединения от пластины при τопт = 10 мс; опт = 10 сН; опт = 10

177

Рис. 4. Фотография разрыва в шейке сварного соединения при τопт = 20 мс; опт = 30 сН; опт = 20

Рис. 5. Фотография разрыва в центре сварного соединения

при τопт = 20 мс; опт = 20 сН; опт = 20

На рис. 6 - 8 представлены зависимости усилия отрыва соединения от параметров процесса УЗС. Для каждого из рассматриваемых параметров считается, что остальные два не изменяются.

F, сН

τ, мс

Рис. 6. Влияние времени сварки на усилие разрыва сварного соединения при опт = 20 сН; опт = 20

178