3

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение

   1. Актуальность создания измерителя сигналов датчиков БСКТ (МБСКТ)

   2. Постановка задачи дипломного проектирования

   3. Анализ существующих измерителей

      1. Отечественные аналоги

      2. Зарубежные аналоги

2. Проектирование МБСКТ

   1. Технические требования на разработку модуля обработки сигналов датчиков БСКТ (МБСКТ)

   2. Проектирование структурной схемы

      1. Анализ методов измерения

      2. ……

   3. Проектирование функциональной схемы

      1. Выбор функциональных узлов

      2. Функциональное описание работы устройства

   4. Проектирование принципиальной схемы платы

      1. Выбор элементной базы

      2. Расчет аналоговой части

   5. Технические требования к функционированию цифровой части и алгоритмам управления, коррекции и контроля

   6. Проектирование принципиальной схемы прошивки ПЛИС

   7. Разработка программного обеспечения (ПО)

      1. Технические требования на разработку ПО

      2. Разработка ПО для микроконтроллера

   8. Экономическое обоснование разработки и изготовления МБСКТ

      1. Расчет себестоимости изделия

      2. Оценка конкурентоспособности нового изделия

      3. Расчет инвестиций

   9. Охрана труда

3. Заключение

4. Список литературы

1. ВВЕДЕНИЕ

В данной пояснительной записке (ПЗ) будут описаны стадии проектирования измерителя сигналов датчиков БСКТ, и приведена конструкторская документация на спроектированный измеритель, а также результаты тестовых проверок опытного образца измерителя и расчет рентабельности производства нового устройства.

1.1. Актуальность создания измерителя сигнала с датчиков типа БСКТ (МБСКТ)

……

1.2. Постановка задачи дипломного проектирования

……

1.3. Анализ существующих измерителей

Для того, чтобы убедиться в необходимости разработки новой платы измерителя угла нужно проанализировать платы-аналоги, способные выполнять требуемые функции и обеспечивающие при этом точность не ниже заданной.

1.3.1 Отечественные аналоги

Для сравнения рассмотрим плату ПНВИ 8Т5.104.228 разработки АО «СТАР». Плата является преобразователем напряжения во временной интервал (ВИ) и входит в состав устройства ввода сигналов датчиков ДБСКТ вместе с платой ИП 8Т5.087.033 (источник питания) и платой 5300-УБСКТ 8Т5.104.191 (управление вводом сигналов ДБСКТ).

Устройство ввода сигналов датчиков ДБСКТ производит измерение напряжений сигналов SIN и COS обмоток датчиков ДБСКТ методом преобразования напряжения во временной интервал, а затем ВИ в цифровой код. Получаемые коды пропорциональны SIN и COS измеряемого угла поворота оси датчика ДБСКТ. Угол поворота получают программным путем в соответствии с алгоритмами контроля и коррекции вводимых параметров. На плате имеются :

1. ПНВИ - преобразователь напряжения во временной интервал;

2. входной программно-управляемый коммутатор на 8 входов (6 сигналов с трех датчиков ДБСКТ и 2 технологических сигнала 0 В);

3. микросборка источника питания датчиков ДБСКТ производства АО “СТАР” (выходное напряжение ~ 6 В, частота 2 кГц).

Плата 5300-УБСКТ – это модуль 5300 Octagon Systems доработанный несколькими перемычками для получения необходимой принципиальной схемы.

Плата ПНВИ имеет ряд недостатков противоречащих техническим требованиям на разрабатываемый измеритель:

1. отсутствие контроля обрыва обмоток датчиков;

2. отсутствие стандартного информационного канала для интеграции в систему верхнего уровня;

3. необходимо дополнительное устройство управления и связи с центральным процессором;

4. плата имеет высокую себестоимость из-за наличия микросборок.

Таким образом, плата ПНВИ не соответствует техническим требованиям на разрабатываемый измеритель.

1.3.2. Зарубежные аналоги

……

2. Проектирование мбскт

……

2.1. Техническое задание на проектирование измерителя

2.1.1. Технические требования на разработку модуля обработки сигналов датчиков бскт (мбскт)

2.1.1.1. Назначение

Модуль обработки сигналов датчиков БСКТ (МБСКТ) предназначен запитывания четырех датчиков положения типа ДБСКТ-220-1 или ДБСКТ‑650‑Ш, приема выходных сигналов с этих датчиков и выдачи цифрового кода, пропорционального углу поворота датчиков. Диапазон измеряемого угла поворота (0...360).

2.1.1.2. Требования к техническим параметрам мбскт

МБСКТ может быть использован как в составе управляющего блока (типа БУД), выполненного на основе аппаратных средств "Octagon", так и в качестве отдельного модуля. Выходная информация об углах поворота датчиков передается по параллельной шине ISA, и по последовательному каналу обмена RS-232. Протокол передачи информации уточняется дополнительно.

МБСКТ должен обеспечивать прием, обработку выходных сигналов четырех датчиков БСКТ и выдачу рассчитанных значений углов поворота датчиков. Период обновления информации 20 мс. Диапазон измеряемых углов (0...360). Погрешность измерения углов не более 30.

МБСКТ должен обеспечивать контроль обрыва и короткого замыкания выходных цепей и цепей питания датчиков БСКТ.

МБСКТ должен обеспечивать формирование питающего напряжения U_пит датчиков БСКТ. Действующее значение U_пит = (6,0  0,6) В. Частота F_пит = (2000  2) Гц. Коэффициент гармоник U_пит не более 3 %. Суммарный максимальный ток нагрузки не менее 60 мА. Требование защиты от короткого замыкания нагрузки уточняется дополнительно по результатам предварительной компоновки.

Питание МБСКТ осуществляется по цепям "+5V", "+12V", "-12V" шины ISA, либо внешними питающими напряжениями U_пит1 = (5,0  0,5) В, U_пит2 = (15,0  0,75) В, U_пит3 = минус (15,0  0,75) В. Ток потребления по цепи питания U_пит1 ("+5V") не более 100 мА, по цепи питания U_пит2 ("+12V") не более 150 мА, по цепи питания U_пит3 ("-12V") не более 150 мА. По результатам предварительной компоновки проработать вариант питания МБСКТ от одного источника U_пит1 ("+5V").

2.1.1.3. Требования к конструкции мбскт

МБСКТ должен быть выполнен в виде платы формата микроРС "Octagon". Кроме ножевого разъема шины ISA, на МБСКТ должны быть установлены разъем подключения датчиков БСКТ, разъем подключения внешнего питания U_пит1, U_пит2, U_пит3, разъем последовательного канала RS-485, разъем последовательного канала RS-232, разъем для программирования ПЛИС, а также разъем для программирования микроконтроллера.

2.1.1.4. Требования к условиям эксплуатации

1. Температура окружающей среды, С +5 - +50

2. Относительная влажность воздуха, % не более 90

3. Атмосферное давление, кПа (мм.рт.ст) 80 – 106 (605 –800)

4. Режим работы круглосуточный

2.2. Проектирование структурной схемы

Проектируемое устройство обрабатывает сигналы четырех датчиков. Построение четырех параллельных измерительных трактов не экономично. Для уменьшения стоимости устройства целесообразно применить параллельно-последовательную структуру измерительного тракта. При этом датчики подключим к измерительному устройству через устройство коммутации (УК). Таким образом, вся аппаратура после устройства коммутации становится общей для четырех виртуальных измерительных каналов.

Далее аналоговый сигнал на выходе УК требуется преобразовать в код угла поворота датчика (это обусловлено требованиями к протоколам выдачи информации). Для этого нужно получить коды напряжений синусной и косинусной обмоток датчиков и по формулам тригонометрии вычислить код угла поворота. Таким образом, выходной сигнал УК подаем на измерительное устройство, преобразующее аналоговый сигнал в код, а затем на вычислительное устройство, выдающее код угла.