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

Текст из файла

АННОТАЦИЯ

В рамках курсовой работы были разработаны электрическая структурная, функциональная и принципиальная схемы контроллера управления сервомотором. Спроектирована топология печатной платы устройства с проведением конструкторских расчетов, подтверждающих его работоспособность (расчет теплового режима, расчет на механические воздействия, расчет надежности). Разработан корпус устройства и вся необходимая конструкторская документация, описанная в ТЗ.

Ключевые слова : микроконтроллер, стабилизатор напряжения, контроллер, сервомотор.

АНОТАЦІЯ

В рамках курсової роботи були розроблені електрична структурна, функціональна і принципова схеми контролера управління сервомотором. Спроектована топологія друкованої плати пристрої з проведенням конструкторських розрахунків, що підтверджують його працездатність (розрахунок теплового режиму, розрахунок на механічні дії, розрахунок надійності). Розроблено корпус пристрою і вся необхідна конструкторська

документація, описана в ТЗ.

Ключові слова: мікроконтролер, стабілізатор напруги, контролер, сервомотор.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

ЕСКД — единая система конструкторской документации

ШИМ — широтно-импульсная модуляция

АЦП — аналого-цифровой преобразователь

ОУ — операционный усилитель

LCD – жидкокристаллический дисплей (англ. Liquid Crystal Display)

ВВЕДЕНИЕ

Целью работы является разработка системы управления сервомотором. Управление периферией производится с помощью микроконтроллера Atmega328P-PU с тактовой частотой 16 МГц. По умолчанию движок сервомотора TowerPro SG90 9G (Mini) или любого другого, аналогичного этому, находится в нулевом положении, перпендикулярно оси корпуса. Для изменения угла поворота движка используется переменный резистор, вращение которого обеспечивает его поворот в соответствующую сторону (вправо на 60° или влево на -60°). Для индикации текущего угла поворота движка сервомотора используется знакосинтезирующий жидкокристаллический дисплей. Значения угла представлены в графическом виде на барграфе.

В рамках работы решаются следующие задачи:

• анализ элементной базы устройства;

• разработка структурной и принципиальной схем устройства;

• разработка топологии печатной платы устройства;

• проведение конструкторских расчетов;

• выпуск конструкторской документации по требованиям ЕСКД.

1. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

Структурная схема была разработана в среде Splan 7.0 по ГОСТ 2.702-201 и представлена на рис. 1.

Рисунок 1: Структурная схема устройства

Устройство содержит в себе несколько ключевых структурных частей: узел самоблокировки питания, совместно с кнопкой питания, отвечает за включение и выключение устройства при кратковременном нажатии кнопки включения; стабилизатор напряжения задает основное питающее напряжение 5В для всей платы и сервомотора; кнопка сброса отвечает за перезапуск устройства в случае возникновения ошибки или при желании пользователя; органы управления отвечают за изменение направления головки сервомотора; микроконтроллер отвечает за все цифровые операции и вычисления, а также задает сигнал ШИМ для управления сервомотором; источник опорного напряжения задает точное постоянное напряжение для АЦП микроконтроллера; датчик тока совместно с транзисторным ключом служит для оперативного отслеживания проходящего по цепи питания тока и отключения нагрузки в случае перегрузки; жидкокристаллический дисплей выводит информацию о текущем положении головки сервомотора на барграфе, проходящем по цепи питания току, а также упрощенную иконку с информацией о напряжении источника питания, в случае использования устройства совместно с аккумуляторной батареей.

2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

Принципиальная схема устройства была разработана в в среде Splan 7.0 по ГОСТ 2.113-75 и представлена на рис. 2.

Рисунок 2: Принципиальная схема устройства

XS1 – вход с источника постоянного напряжения 9В. Резисторы R1-R5, R7, R9, транзисторы VT1-VT3 и кнопка SB1 относятся к узлу самоблокировки питания. Делитель на резисторах R6, R8 служит для замера микроконтроллером напряжения на источнике электропитания. Микросхема DA1 с электролитическими конденсаторами C1-C2 является узлом преобразователя напряжения. Микросхема DA2 и относящиеся к ней резисторы R10-R12 и электролитический конденсатор C3 составляют узел источника опорного напряжения АЦП микроконтроллера. Кнопка SB2 – кнопка сброса. Кварцевый резонатор Z1 и конденсаторы C4-C5 осуществляют функцию тактирования микроконтроллера. Подстроечный резистор RP1 совместно с резистором R13 образуем модуль органов управления. Микросхема DA3 — операционный усилитель. Она замеряет падение напряжение на обеих выводах резистора R17 и полученные данные передает на микроконтроллер для дальнейших вычислений. Для задания необходимого коэффициента усиления ОУ используются резисторы R14-R15. VT4 с R16 – транзисторный ключ, отсоединяющий нагрузку по команде микроконтроллера. XP1 – выход на сервомотор. DD2 – жидкокристаллический дисплей. Яркость встроенного в LCD светодиода подстраивается переменным резистором RP2. DD1 – микроконтроллер, как основной вычислительный модуль.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

Единственными элементами, установленными в цепи питания являются транзистор VT2, стабилизатор напряжения DA1 и резистор R17. Максимально допустимый ток, установленный по ТЗ, равен 1А.

Согласно даташиту на транзистор КТ814А, максимальное падение напряжение в открытой цепи эмиттер-коллектор равно 0.2В. Рассчитаем, какое количество энергии при этом выделится:

Транзистор при этом способен выдержать до 1 Вт постоянной рассеиваемой мощность без теплоотвода, что полностью устраивает.

— нагрузка на 20%.

Падение напряжения на DA1 должно быть около 4В — с 9В источника питания до 5В выходных. При токе в 1А это даст тепла:

Тепловой расчет для DA1 будет представлен ниже.

Резистор R17 имеет номинальное значение сопротивления 0.1Ом. При токе в 1А это даст падение напряжения в 0.1В, также как и рассеиваемая мощность будет равна 0.1Вт. При этом максимальная рассеиваемая мощность согласно даташиту равна 5Вт.

4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ БЛОКА

Программа предназначена для расчета теплового режима блоков в условиях естественного охлаждения ЭА. Для проведения расчета должна быть составлена тепловая модель блока, внутри которой выделяется область, называемая нагретой зоной.

Рисунок 3: Компоновка корпуса

L_бл – длина блока

B_бл – ширина блока

H_бл – высота блока

Этапы расчета перегрева и температуры:

1. Корпуса блока t_к.бл.

2. Нагретой зоны t_н.з.

3. Критического к перегреву компонента

Данные, необходимые для расчета:

Таблица 1

Таблица 2

Этап 1. Расчет перегрева и температуры корпуса блока

1. Определяем площадь поверхностей блока.

Для верхней и нижней поверхности:

Для боковой поверхности:

Площадь блока:

1. Определим перепад температур между корпусом и окружающей средой.

Мощность, рассеиваемая блоком в виде тепла: P₀ = 4 (Вт)

Удельная поверхностная мощность:

Рисунок 4: Зависимость перегрева корпуса от удельной поверхностной мощности

По графику и с учетом предыдущих расчетов видно, что температура перегрева корпуса в первом приближении Δt_к-о.с.= 14 ).

1. Определяем температуру корпуса блока.

t_к.бл.= t_{о.с. +} Δt_к-о.с.= 45 + 14 = 59 (̊C).

t_о.с. – температура окружающей среды в рабочем режиме = 45 ).

1. Находим среднюю температуру между корпусом и окружающей средой.

1. Определяем закон теплообмена.

– определяющий размер поверхности (м).

= min (L_бл, B_бл) = 0.021 (м)

= H_бл = 0.0975 (м)

Следовательно, условие выполняется, теплообмен проходит по закону 1/4, что характерно для блоков ЭА.

1. Рассчитаем коэффициенты конвективного теплообмена для каждой поверхности блока.

Где – коэффициент, учитывающий положение поверхностей корпуса блока; А₂ – коэффициент, зависящий от :

Таблица 3

Для воздуха А₂ = 1.392

Низ:

Бок:

Верх:

1. Определяем коэффициент лучистого теплообмена для каждой поверхности блока.

Где коэффициент черноты корпуса блока.

Так как весь корпус блока выполнен из окисленной стали с коэффициентом черноты , то коэффициент лучистого теплообмена будет одинаковым.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов курсовой работы