ВКР Шевцов (1220519), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Подставив численные значения в формулу (3.2), найдём необходимое напряжение

U_L = 1,5  6 = 9 В.

Полученное значение в два раза больше, чем напряжение, которое может обеспечить используемый источник, значит, рассматриваемая схема не подходит.

На рисунке 3.11 б) изображена схема, на которой все светодиоды подключены параллельно друг другу и через один общий резистор соединены с источником питания. Данная схема позволяет использовать всего один резистор, однако даже одинаковые светодиоды, всё равно имеют некоторый разброс параметров и поэтому требуют различные напряжения. Подключив их параллельно через один резистор, один из диодов будет светиться ярче, и брать на себя больше тока, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор

Рисунок 3.11 – Схемы подключения резисторов и светодиодов

На рисунке 3.11 в) изображена схема, на которой каждый диод соединён последовательно с индивидуальным резистором, а эта пара светодиод и резистор подключена параллельно к таким же парам и источнику питания. В таком случае, напряжение которое необходимо подать на каждый диод равно его номинальному значению прямого напряжения. Напряжение источника питания = 4,5 В больше напряжения питания диода 1,5 В, поэтому необходимо использовать резистор, номинал которого рассчитывается по формуле

, (3.3)

где, - напряжение источника питания, В, =4,5 В; – типичное значение прямого напряжения, В, согласно таблице 3.1, U_D = 1,5 В; – рабочий ток светодиодов, А, согласно таблице 3.1, =0,02 А.

Подставив численные значения в формулу (3.3), найдём номинал резистора

Выбираем ближайшее большее значение стандартного ряда номинальных значений сопротивлений и получаем R₁ = 154 Ом.

В качестве фотоприёмника возможно использование различных полупроводниковых приборов, таких как фоторезистор, фототранзистор, фототиристор и фотодиод.

Фототиристоры применяются в управляемых светом выпрямителях и наиболее эффективны в управлении сильными токами при высоких напряжениях. Фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от фототранзисторов. Фототранзисторы обладают значительной большей, чем фотодиоды, чувствительностью — порядка сотни миллиампер на люмен. Общим недостатком для фототранзисторов и фоторезисторов является большая инерционность, что ограничивает их применение в качестве быстродействующих выключателей.

Проанализировав приведённые выше данные, решено использовать в качестве фотоприёмника инфракрасный высокочувствительный кремневый фотодиод КОФ137А исходя из его чувствительного спектрального диапазона. Параметры фотодиода приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Фотометрические и электрические параметры ИК-фотодиода АЛ165Б

Диаметр фотодиода составляет 6 мм, а высота 9 мм. Диаметр фотодиода равен диаметру фотодиода, значит, высота датчика равна рассчитанным ранее 36 мм.

Засветка - это режим работы фотодиода, когда напряжение на его выводах переходит порог отпирания диода из за фото-ЕДС т.е. выше 0,6 В. При отпирании диода его внутренне сопротивление резко уменьшается, и большая часть энергии фото-ЕДС выделяется в виде тепла на кристалле диода. Если диод ничем не заперт, то достаточно небольшого освещения чтобы он открылся. Что-бы избежать засветки, необходимо или использовать нагрузку или источник тока, включенный на встречу фото-ЭДС или оба этих варианта вместе. Нагрузка фотодиода принимается равной 10 КОм, а схема подключения фотодиода к входу МК показана на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12 – Схема подключения фотодиода к входу микроконтроллера

В ходе создания сенсорного блока, была обнаружена проблема с областью чувствительности датчиков в осевом направлении. На рисунке 3.13 а) изображен датчик, состоящий из пары источник-приёмник. Так как светодиод имеет полусферическую форму на своём торце, свет, исходящий из него рассеивается в некотором секторе перед ним. Проведённые эксперименты показали, что при использовании такой конструкции датчика, надёжность детектирования пролетающей дроби уменьшается. В связи с возникшей проблемой, возникла необходимость проведения анализа конструкции датчика и поиск решения задачи повышения надёжности его работы.

Решением возникшей проблемы стала установка ширмы перед источником излучения с узкой прорезью, позволяющей ограничить прямонаправленным лучом его излучение, как показано на рисунке 3.13 б). А установка такой же ширмы перед приёмником излучения позволяет добиться уменьшения засвечивания фотодиода от посторонних источников, что так же повышает чувствительность датчика.

Рисунок 3.13 – Картина распространения излучения источника без ширмы со щелью и с ширмой

3.3.2 Разработка счётного блока

Блок счёта состоит из микроконтроллера и индикатора. Сигнал от датчиков сенсорного блока поступает на входы МК, программа которого обрабатывает сигналы следующим образом. После подачи питания на датчик скорости, излучение светодиодов попадает на фотодиоды, вызывая отпирание фотодиодов, вследствие чего те начинают пропускать ток на входы МК. До момента прохождения дробью первого датчика, на всех входах МК установлен уровень сигнала, соответствующий току, пропускаемому фотодиодами, этот ток регистрируется МК как логическая единица. Когда, вследствие перекрывания дробью луча от источника, фотодиод запирается и его сопротивление резко возрастает, из-за чего ток на соответствующем входе МК падает, этому сигналу соответствует логический ноль.

Программа МК составлена так, что при получении логического ноля на одной из ножек, соответствующих первому датчику, запускается таймер, переполняющийся каждую миллисекунду и, вызывая прерывание по собственному переполнению, инициализирует увеличение некой переменной на единицу. В момент установления логического нуля на одном из входов МК, соответствующих второму датчику, происходит остановка таймера. Значение переменно, полученное за время между двумя сигналами будет соответствовать времени, за которое дробь преодолела расстояние между двумя датчиками. Путём проведения математических операций с записанным в программу значением базы L, получаем значение скорости, с которой двигалась дробь между датчиками в метрах в секунду.

Полученное значение скорости выводится на индикатор, в качестве которого могут выступать жидкокристаллический монитор, многоразрядный семи- или восьмисегментных индикатор, а так же матричный индикатор. Для определения типа индикатора необходимо установить какого рода информацию и в каком виде он будет отображать. Скорость дроби в дробемётных и дробеструйных установках, достигает 100 м/с, так как к достижению этого уровня необходимо стремиться для возможности конкурировать с существующими технологиями, минимальное количество отображаемых разрядов на индикаторе я равно трём. В использовании четвёртого разряда нет необходимости, так как достичь скорости дроби больше 999 м/с на экспериментальной установке в настоящий момент не представляется возможным. Таким образом, индикатор должен обеспечить отображение трёх разрядов.

Жидкокристаллический монитор имеет большие габариты, и его параметры являются излишними для разрабатываемого устройства. Матричный индикатор предназначен для вывода различных символов и знаков, но в данном случае необходимо выводить только цифры, поэтому он не подходит. Оптимальным вариантом для использования в датчике скорости является восьмиразрядный индикатор, он позволяет отображать цифры и точку, используя минимальное количество выходов МК. Существуют так же семисегментные индикаторы, у которых отсутствует возможность отображения точки. Такой индикатор изображен на рисунке 3.14.

Рисунок 3.14 – Семисегментный индикатор

В данном случае нет необходимости определять скорость дроби с точностью до десятых долей, поэтому можно отказаться от использования точки. Семисегментные индикаторы бывают двух типов, с общим анодом и общим катодом, схемы коммутации обоих видов представлены на рисунке 3.15.

Индикатор с общим анодом работает при постоянном соединении анода индикатора с анодом ИП. Включение диодов происходит при соединении катода соответствующего диода с катодом ИП. Индикатор с общим катодом работает при постоянном соединении катода индикатора с катодом ИП. Включение диодов происходит при соединении анода соответствующего диода с анодом ИП. Существенных положительных качеств ни одна из схем в сравнении с другой не имеет.

Для отображения числа состоящего из трёх разрядов, необходимо использовать три индикатора. Каждый индикатор имеет восемь входов, соответственно, для управления ими требует резервирование двадцати одного выхода МК. Для уменьшения количества используемых выходов МК используют динамическую индикацию. При таком режиме работы разряды индикатора работают не одновременно, а по очереди. Переключение разрядов происходит с большой скоростью, благодаря инерционности человеческого зрения, глаз человека не замечает, что индикаторы работают по очереди.

Рисунок 3.15 – Схема индикатора

а) с общим анодом; б) с общим катодом

Так как у светодиодов очень малая инерционность, сменяющиеся разряды сливаются в одно изображение. В этом режиме в каждый момент времени работает только один разряд. Разряды включаются по очереди, начиная с первого заканчивая последним, затем все начинается сначала.

Для удобства использования индикаторы объединяют в блоки по два, три, четыре и более индикатора. При этом входы индикаторов, являющиеся общими катодами или общими анодами, остаются разделёнными, а входы отвечающие за индикацию того или иного сегмента объединяются, как это показано на рисунке 3.16. Процесс работы трёхразрядного семисегментного индикатора можно описать следующим образом. Для вывода на индикатор трёхзначного числа, на вывод 3 подаётся сигнал, позволяющий при подаче на выводы a-g определённой комбинации сигналов, зажечь сегменты соответствующие цифре первого разряда выводимого числа. Далее сигнал на вывод 3 перестаёт поступать и в тоже время начинает поступать на вывод 2 позволяя вывести цифру второго разряда числа ни соответствующий индикатор. В дальнейшем, аналогичный процесс происходит с третьим и всеми последующими разрядами, входящими в состав индикатора.

Характеристики

Список файлов ВКР