3.2 Разработка схемы сопряжения для подключения аналоговых датчиков мк
Схема сопряжения обеспечивает гальваническую развязку аналогового датчика и линии ввода AN0 контроллера, а также преобразует входной аналоговый сигнал с уровнями -19…+66В в выходной сигнал с уровнями 0…5В. Схема сопряжения представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема сопряжения для подключения аналогового датчика
Функцию элемента гальванической развязки выполняет ОУ с гальванической развязкой входа и выхода типа AD202 фирмы Analog Devices. Максимальное напряжение на выходе делителя Uдвых не должно превышать максимально допустимого входного напряжения ОУ. Для усилителя AD202 оно составляет 5 В.
Сопротивления резисторов делителя находятся из следующего соотношения:
(3)
где |Uвх|max – максимальный из модулей входных напряжений.
Сопротивления резисторов R15 и R17 выбираются из стандартного ряда E24 или выше, причем сопротивление резистора R17 округляется в меньшую сторону.
Выберем сопротивление резистора R15 = 10,0 кОм. Тогда R17 = 820 Ом
После выбора резисторов входного делителя определяют диапазон изменения напряжения на выходе ОУ по следующей формуле:
(4)
где Uвхmin(max) – нижний (верхний) предел входного напряжения.
Сигнал с выхода ОУ гальванической развязки поступает на преобразователь уровней (ПУ), представленный усилителем К140УД13, назначение которого заключается в преобразовании диапазона напряжений Umin–Umax в диапазон 0–Uadcmax, где Uadcmax – максимальное напряжение на входе АЦП. Расположение границ входного диапазона предполагает использование неинвертирующего сумматора напряжений.
(5)
(6)
где Uref – величина опорного напряжения, В; Uomax – максимальное напряжение на выходе сумматора, В; Umax – напряжение на входе сумматора, соответствующее верхнему уровню; Umin – напряжение на входе сумматора, соответствующее нижнему уровню.
Напряжение Uomax принимается равным максимальному напряжению на входе АЦП.
Выберем сопротивление резистора R23 = 1 кОм.
Решая совместно уравнения (5) и (6), получим
R19 = 3,6 кОм, R21 = 100 Ом.
3.3 Разработка схемы сопряжения контроля наличия напряжения питания
Светодиод оптрона питается через однополупериодный выпрямитель с гасящим (C3) и фильтрующим (C4) конденсаторами. Оптрон выполняет функцию гальванической развязки и ключевого элемента.
Рисунок 5 – Схема контроля наличия напряжения питания
Емкость гасящего конденсатора C3 определяется по следующей формуле:
; (7)
где Iср – средний ток через светодиод оптрона, А; f – частота входного напряжения, Гц; Uдвх – действующее значение входного напряжения, В; Uпр – прямое падение напряжения на светодиоде оптрона при заданном среднем токе Iср, В.
Емкость фильтрующего конденсатора C4 определяется по следующей формуле:
; (8)
где ΔU – размах пульсаций напряжения на светодиоде оптрона, В. ΔU принимается из диапазона 0,5–0,8 В.
Резистор R75 ограничивает импульс входного тока схемы в момент подачи напряжения, когда конденсатор C3 полностью разряжен. Его сопротивление принимается из диапазона 10–50 Ом.
При наличии переменного напряжения на входе схемы, с ее выхода снимается сигнал низкого уровня.
С3=10 мкФ, С4 = 120 мкФ, R82 = 30 Ом, R81=1кОм
Используем оптрон DA9.1 марки AOT101AС и диод KД521А.