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

Текст из файла (страница 7)

Рисунок 3.16 – Схема трёхразрядного семисегментного индикатора

В качестве индикатора для датчика скорости выбран трёхразрядный семисегментный индикатор с общим катодом BC04-11SURKWA. Его параметры приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Фотометрические и электрические параметры индикатора BC04-11SURKWA

Так как светодиоды индикатора рассчитаны на меньшее напряжение, чем то, которое выдаёт ИП, необходимо использовать ограничивающие ток резисторы. Поскольку возможно как одновременное включение всех сегментов одного разряда, так и включение всего одного из них, ток через общий вывод индикатора будет меняться в зависимости от количества включенных сегментов. Поэтому необходимо чтобы значение токоограничивающего резистора менялось вместе с количеством включенных сегментов. Схема с использованием одного резистора, подключенного к общему выводу, не обеспечивает это условие, следовательно, необходимо использовать резисторы на каждый вывод сегмента. Расчёт резистора производится по формуле

, (3.4)

где - напряжение источника питания, В, = 4,5 В; – значение прямого напряжения, В, согласно таблице 3.3, = 2,5 В; – рабочий ток светодиодов, А, согласно таблице 3.3, =0,03 А.

Подставив численные значения в формулу (3.4), найдём номинал резистора

Выбираем ближайшее большее значение стандартного ряда номинальных значений сопротивлений и получаем R₂ = 68 Ом.

Частота смены разряда индикатора, а так же число или символы, выводимые на индикатор, определяются программой МК.

Выбор микроконтроллера производится с учетом необходимого количества портов ввода вывода, достаточным для обеспечения надёжной работы датчика скорости. Так как количество фотодиодов подсоединённых к входам МК для каждого датчика составляет 6 штук, то общее число зарезервированных портов равно двенадцать. Для корректной работы сенсорного блока МК должен обладать таймером. Трёхразрядный семисегментный индикатор требует для своей работы десять портов, а так же наличие встроенного в МК таймера. Параметры электропитания МК должны обеспечивать его работу при напряжении питания = 4,5 В.

Наиболее подходящим под установленные требования и вместе с тем достаточно доступным является микроконтроллер ATmega8. Количество портов входа выхода доступных для подключения фото- и светодиодов у этого МК равно двадцати двум, что точно соответствует необходимому количеству. Так же МК оснащен необходимым количеством восьмиразрядных таймеров, позволяющих в полной мере обеспечить работу индикатора и сенсорного блока.

Следующими этапами разработки датчика скорости является написание программы для МК, а так же моделирование схемы. Для получения представления о назначении портов МК соответствующим периферийным устройствам, проводится моделирование схемы в программе Proteus. Результаты моделирования представлены в приложении А. Для уменьшения загруженности чертежа соединительными проводами, применяются шины данных. При подключении вывода устройства к шине этому выводу присваивается индекс. При обозначении двух выходов одинаковым индексом происходит их соединение. Таким образом, существенно улучшается восприятие чертежа. Индексами IN11-IN16 обозначены входы МК связанные с фотодиодами первого датчика D1-D6, а индексами IN21-IN26 входы, связанные с фотодиодами второго датчика D7-D12. Все фотодиоды подключены катодами через резисторы R8-R19 номиналом 10 КОм к аноду ИП в обратном направлении, а аноды к его катоду. Выводы напряжения питания и заземления МК на схеме не показаны, но питание МК происходит от батареи B1. Выводы МК отвечающие за отображение сегментов индикатора подключены через резисторы R1-R7 номиналом 68 Ом соответствующим входам индикатора, а выводы, отвечающие за активацию текущего разряда подключаются к соответствующим входам индикатора напрямую. ИК-светодиоды D13-D24 через резисторы R20-R31 номиналом 154 Ом соединены с ИП.

Программа датчика скорости для МК ATmega8 с подробными комментариями приведена в приложении Б. Работоспособность кода программы проверена проведением симулирования работы датчика скорости на его модели в программе Proteus.

При подаче питания на схему, на индикаторе высвечиваются три горизонтальные черты, что символизирует о готовности к работе датчика скорости. При прохождении дроби через первый сенсор, начинается счет времени, а при прохождении второго сенсора, счёт прекращается и на индикатор выводится значение скорости дроби, просчитанное программой МК. В случае превышения значения скорости числа 999 и если скорость меньше 1 м/c, на индикаторе отображается сообщение об ошибке в виде букв «Err». Если дробь прошла через первый сенсор, но не прошла через второй, при превышении числом z значения 2147483648, что соответствует 35,8 секунды, на индикаторе появится сообщение об ошибке. Все сообщения выведенные на индикатор кроме первоначального отображаются на нём до момента прерывания питания схемы.

3.4 Разработка блока питания

3.4.1 Трёхфазный блок питания

В качестве источника питания катушек индуктивности в данной работе используется неуправляемый мостовой трехфазный выпрямитель с включением катушек в каждую фазу. В свою очередь выпрямитель подключается к трёхфазной электросети через ЛАТР для регулирования подаваемого напряжения. Схема блока питания на мостовом трехфазном выпрямителе изображена на рисунке 3.17.

Рисунок 3.17 - Схема блока питания на мостовом трехфазном выпрямителе

Так как диаметр обмоточного провода катушек составляет 0,2 мм, допустимая токовая нагрузка катушки не должна превышать 0,0785 А. Учитывая эти параметры нагрузки, в качестве диодов в составе мостового выпрямителя подобран лавинный кремниевый диод КД206В. Его параметры приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Электрические параметры диода КД206В

3.4.2 Импульсный блок питания

В ходе анализа работ, проведённых на кафедре ЭТЭЭМ ДВГУПС по тематике данного проекта, был рассмотрен вариант питания катушек индуктивности импульсным источником питания (ИИП). Далее предлагается концепция бестрансформаторного блока с питанием от сети переменного напряжения 220 В.

Использование электрической сети с напряжением 220 В в качестве источника энергии для разрабатываемого ИИП обусловлено доступностью этих сетей. Схема ИИП приведена на схеме ДП 140604.65 025 003. На входе ИИП установлен ограничивающий резистор R1, защищающий от бросков тока при включении и выключении от сети схему. Так же на входе установлен гасящий конденсатор С1, позволяющий ограничить ток цепи. Параллельно ему установлен резистор R2 разряжающий конденсатор при отключении питания устройства. Далее подключен диодный мост, состоящий из диодов VD1-VD4, с диагонали которого снимается выпрямленный ток. Конденсатор С2 сглаживает колебания тока, который в дальнейшем протекает через один из IGBT транзисторов Q1-Qn, находящийся в настоящий момент в открытом состоянии и достигает соответствующей катушки индуктивности К1-Кn. Управление транзисторами производится при помощи МК.

Система управления с использованием МК позволяет включать катушки в необходимой последовательности, и с заданной частотой, тем самым изменяя длительность импульсов тока, проходящих через катушки. Важной особенностью ИИП является возможность подключения любого количества катушек индуктивности и изменения параметров электропитания катушек.

В 2.4 указан способ увеличения скорости спада тока, проходящего через катушку индуктивности путём подключения конденсатора параллельно катушке в момент времени, когда ток через неё максимален. При этом ток спадает быстрее в сравнении с катушкой без подключения конденсатора, следовательно при прохождении дроби через катушку её магнитное поле втягивает дробь сильнее с ростом амплитуды тока, а в дальнейшем, при резком падении тока через катушку, не происходит втягивания дроби обратно в неё. Применение этого метода коммутации катушек является перспективным методом увеличения скорости движения дроби.

Частота подачи импульсов на транзисторы должна совпадать с частотой импульсов, подаваемых на тиристор подключающий конденсатор. Так как в ИИП применяется МК, управление моментом включения конденсатора параллельно катушке индуктивности может производиться одним и тем же контроллером.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Влияние конструктивных решений на исследуемый процесс ферромагнитного перемещения тел

Одной из основных задач, решаемых в ходе выполнения работы, является поиск пути предотвращения возникновения, так называемого концевого эффекта. Он проявляется в том, что при расположении катушек на равных расстояниях друг от друга после прохождении первых пяти катушек дробь теряет набранную скорость, так как магнитное поле последней шестой катушки втягивает его в обратном направлении относительно его ускорения.

Данный эффект возникает в связи с тем, что скорость магнитного поля внутри ствола при таком расположении катушек одинакова на всём протяжении его движения от первой до последней катушки. Однако дробь развивает скорость выше, чем скорости магнитного поля. Описанный метод расположения катушек не позволяет в полной мере реализовать возможности системы. Возникшая проблема решается, изменением расстояния между катушками. Это стало возможно благодаря разработанной особой конструкции установки, которая позволяет перемещать катушки относительно продольной оси ствола, тем самым меняя расстояние между катушками и вместе с тем, жестко закреплять их на своих местах для проведения исследований. Реализованная конструкция подтвердила свою эффективность в ходе испытаний и доказала возможность избежать появления краевого эффекта.

На основе проведённых опытов и визуальных наблюдений сделан вывод, что подобрав оптимальное расстояние между всеми катушками можно значительно повысить скорость дроби. Данные наблюдений объясняются тем, что импульсы тока поступают на катушки с одинаковым интервалом, а за одно и то же время между импульсами дробь с каждым разом при прохождении очередной катушки будет ускоряться её магнитным полем, значит, проходить большее расстояние. Таким образом, создав каскад ускорения с учётом последовательного увеличения скорости дроби и расстояния проходимого им после каждой катушки, можно максимально эффективно использовать энергию магнитного поля катушек индуктивности.

Разработанная трапециевидная форма катушки в ходе математического моделирования показала своё преимущество по сравнению с катушкой обычной формы. Следовательно, применение её в экспериментальной установке позволило увеличить скорость дроби.

4.2 Перспективные методы повышения эффективности ферромагнитного перемещения тел в дробеструйных и дробемётных установках

В ходе выполнения данной работы была разработана схема датчика скорости на фотоэлементах, проведено моделирование и макетирование схемы. Однако достичь полноценной реализации разработанного устройства не удалось, так как на завершение отладки платы требуется значительное время. Тем не менее, использование датчика скорости необходимо при исследовании возможности применения разрабатываемого способа перемещения дроби, так как установление скорости дроби на выходе из установки является главным показателем конкурентоспособности дробемётной установки на основе ферромагнитного перемещения тел при сравнении её с существующими аналогами.

Характеристики

Список файлов ВКР