курсовой проект / ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК ВИТКОВ / тз(мой)

ВВЕДЕНИЕ

Задачей курсового проекта является овладение методикой конструирования изделий электронной автоматики, развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи.

Целью данного курсового проекта является проектирование электронного счетчика витков, который считает число оборотов вала, может работать и в прямом и в обратном направлениях, и имеет табло для отображения значения числа витков.

Изготовить несложный станок для намотки катушек трансформаторов и дросселей не вызывает больших трудностей, а приобрести удобный в работе счетчик удается не всем. Разрабатываемое устройство имеет низкую себестоимость, простота его конструкции обеспечивает возможность сборки в домашних условиях, оно обеспечивает высокую эффективность и надежность работы.

1 РАСШИРЕННОЕ ТЕНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1.1 Назначение изделия

Устройство считает числа оборотов вала от 0 до 4095, может работать и в прямом, и обратном направлениях вращения вала, имеет светодиодное цифровое табло с гашением не значащих нулей и кнопку обнуления.

Прибор имеет не большие размеры, совместимо с любым намоточным станком, как с ручным так и с электрическим приводом.

1.2 Состав изделия

В состав устройства счетчика входят:

• основной модуль;

• модуль датчиков;

• модуль индикации.

1.3 Технические требования

Разрабатываемое устройство должно отвечать следующим техническим требованиям:

• напряжение питания 5 В;

• потребляемый ток 250 мА;

• потребляемая мощность 1,25 Вт.

1.4 Условия эксплуатации

Для разрабатываемого устройства условия эксплуатации определяются 3 и 4 категориями (неотапливаемые помещения с естественной вентиляцией и закрытые отапливаемые вентилируемые помещения):

• температура окружающей среды 0…50⁰С;

• относительная влажность воздуха не более 80%;

• атмосферное давление 86,7…106,7 кПа.

Транспортирование осуществляется в упакованном виде, на любых видах транспорта.

1.5 Требования по надежности

• наработка на отказ 5…20 тыс. ч;

• интенсивность отказов 10^-5 – 10^-8 ч^-1;

• гарантийный срок 3 года.

1.6 Конструктивные требования

• в элементной базе использовать интегральные и дискретные устройства;

• использовать печатный и объемный монтаж;

• габаритные размеры и вес устройства должны быть минимальными;

• индикаторы и органы управления вынести на лицевую панель блока;

• органы коммутации вынести на панель блока;

• форма блока и расположение в нем элементов определить в процессе проектирования;

• цвет корпуса произвольный.

2 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И ОЦЕНКА ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

2.1 Сравнительный анализ аналогов

2.2 Принцип работы электрической схемы

Принципиальная электрическая сема приведена на чертеже УИТС 422332.013 ЭП.

В состав устройства входя реверсивный двенадцатиразрядный двоичный счетчик DD3-DD5, постоянное запоминающее устройство DS 1, выполняющее функции мультиплексора, дешифратора состояния счетчиков, преобразователя двоичного кода в двоично-десятичный позиционный код для динамического управления индикатором с гашением незначащих нулей. Селектор импульсов DD9, DD6.3, DD6.4, DD7.2, управляемый двумя оптоэлектронными инфракрасными датчиками BL1VD1, DD1 и BL2VD2, DD2, тактирующий генератор DD6.1, DD6.2 с делителем частоты на триггере DD7.1, счетчик импульсов DD8, четырехфазный дешифратор DD10, выходы которого нагружены усилителями тока VT1 – VT4, коммутирующими светодиодные индикаторы HG1-HG4.

Датчик направления вращения вала намоточного станка, работающий совместно с селектором импульсов, представляет собой две оптопары BL1VD1, BL2VD2 и посаженный на вал диск – заслонку с секторным вырезом. Импульсы с фотоприемников VD1, VD2 поступают на входы триггеров Шмитта DD1, DD2. На элементах DD6.4, DD9.2 и цепи R4C1 собран формирователь коротких импульсов, обнуляющих триггер DD7.2 в конце каждого цикла работы селектора.

Предположим, что ИК излучение попадает на фотодиод VD1. На выходе триггера Шмита DD1, а значит и на выходе D триггера DD7.2 установится низкий уровень. Это состояние триггера будет зафиксировано плюсовым перепадом с выхода элемента DD9.1, причем это произойдет после короткого промежутка времени равного задержке распространения сигнала в элементе DD9.1.

При дальнейшем вращении диска наступает момент, когда «освещенными» окажутся оба фотодиода. Высокий уровень с выхода элемента DD6.3 стробирует элементы DD9.3 и DD9.4 появится импульс +1, увеличивающий на единицу состояние счетчика DD3 – DD5 (прямой счет).

При вращении намоточного вала станка в обратную сторону первым будет «освещен» фотодиод VD2 на выходе элемента DD9.1 появится плюсовой перепад. Поскольку к входу D триггера DD7.2 приложено напряжение высокого уровня, он остается в единичном состоянии. Поэтому стробирующий импульс с выхода элемента DD6.3 пройдет на выход элемента DD9.3 (-1) и уменьшит на единицу состояние счетчика DD3-DD5 (обратный счет). Цикл завершится возвращением триггера в исходное нулевое состояние под действием импульса с выхода элемента DD9.2.

Преобразование – зафиксированного счетчиком двоичного числа и вид, удобный для считывания, выполняет запоминающее устройство DS1. Для всех возможных значений кода на выходах счетчика оно вырабатывает соответствующие комбинации сигналов, подаваемые на входы индикаторов.

Работой узла дешифрации – индикации управляет генератор собранный на элементах DD6.1, DD6.2, DD7.1 и делитель частоты на триггерах DD8.1, DD8.2. Делитель частоты формирует кодовую последовательность чисел от 0 до 3, которые определяют нужную область памяти запоминающего устройства.

Одновременно код этих чисел подают на четырехфазный дешифратор – коммутатор питания, собранный на элементах DD10.1-DD10.4 и транзисторных усилителях тока VT1-VT4.

2.3 Описание элементной базы

Применяемая в разрабатываемом устройстве элементная база широко распространена в отечественной промышленности, обладает свойствами безотказности, долговечности, сохраняемости и хорошими электрическими показателями, а также имеет много отечественных и зарубежных аналогов, что повышает ремонтопригодность изделия.

Разрабатываемое устройство содержит следующие элементы:

1. Резисторы МЛТ-0,125 (ГОСТ 7113-77) предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью;

2. Конденсатор КМ-6 алюминиевый оксидно-электрический. Выпускается в цилиндрических металлических корпусах. Диапазон температур от –60 до +100 С. Вариант установки – II в. Установочная площадь – 78 мм.

3. Транзистор типа КТ315Б – кремниевый планарно-эпитаксиальный n-p-n транзистор. Пластмассовый корпус, герметичный, с жесткими выводами;

4. Светодиоды АЛ107А – излучающие диоды арсенид-галиевые мезаэпитаксиальные. Предназначены для работы в качестве источников инфракрасного излучения;

5. Индикатор АЛС324Б – цифровой одноразрядный индикатор, арсенид-фосфид-галлиевый красного цвета свечения. Пластмассовый корпус. Предназначен для отображения цифровой информации;

6. Микросхема серии К155ЛЕ1 – логическая микросхема, содержит 4 элемента ИЛИ-НЕ, упакована в корпус 201.14-10. Микросхема серии К155ТМ2 – содержит два независимых комбинированных D-триггера, имеющих общую цепь питания. Упакована в корпус 201.14-1. Микросхема К155ЛА3 – логическая микросхема, содержит 4 элемента И-НЕ, упакована в корпус 201.14-1. Микросхема К1006 ВИ1 – триггер Шмидта, упакована в корпус 201.14-10. Микросхема К155ИЕ7 – двоичный реверсивный счетчик (4 разрядный), упакована в корпус 238.16-2.

7. Кнопка КМ-1 – малогабаритная кнопка без фиксатора, стойкость до 10000 включений.

Основные конструктивные параметры элементной базы приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Основные конструктивные параметры элементной базы

Элементы	Установочная площадь одного элемента, мм2	Вариант установки	Коли-чество элемен-тов	Диапазон температур, С	Диаметр вывода, мм
Резисторы МЛТ-0,125	58,75	IIa	18	-60..+50	0,6
Конденсаторы КМ-6 0,1мкФ КМ-6 0,33мкФ	84 72	IIв IIв	1 1	-50..+90 -50..+90	0,7 0,7
Транзисторы КТ315Б	53,35	IIв	4	-60..+120	0,95
Излучатель АЛ 107А	-	-	2	-50..+90	-
Фотодиод ФД6Г	-	-	2	-50..+90	-
Индикаторы АЛ324Б	-	-	4	-50..+90	-
Микросхемы К155ЛЕ1 К155ТМ2 К155ЛА3 К1006ВИ1 К155ИЕ7 27128	176,37 176,37 176,37 176,37 180,63 566,25		1 2 2 2 3 1	-10..+70 -10..+70 -10..+70 -10..+70 -10..+70 -10..+70	0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,59
Кнопка КМ1	118,2		4	-60..+100

Таким образом, на основе таблицы получаем, что диапазон рабочих температур -10..+50⁰С, что соответствует условиям технического задания.