Система управления электроприводом лифта (стр. 5 из 7)
Рисунок 3.4 – Функциональная схема работы датчика веса
Рисунок 3.5 – Функциональная схема датчика закрытия/открытия дверей кабины лифта
3.2 Разработка функциональных схем узлов вывода
К узлам вывода относятся исполнительные механизмы с средства индикации. В данной работе узлами вывода являются двигатель постоянного тока Д510 и светодиоды индикации, с помощью которых отображается информация о работе системы управления электроприводом лифта. Индикация работы электропривода организована с помощью светодиодов, которые срабатывают при следующих условиях: - при поступлении сигнала о превышении предельных значений с датчика тока или температуры импульсного блока питания, с выхода порта Р0.7 микроконтроллера ИБП поступает сигнал срабатывания нужного светодиода;
- при поступлении сигнала о превышении предельных значений с датчика температуры, тока, веса или закрытия/открытия дверей импульсного блока питания, с соответствующего выхода (Р1.5 – Р1.7) микроконтроллера ЭП поступает сигнал срабатывания нужного светодиода.
Светодиодная индикация изображена на рисунке 3.6.
Рисунок 3.6 – Функциональная схема индикации
Двигатель постоянного тока, с помощью которого производится перемещение кабины лифта, показан на рисунке 3.7.
Рисунок 3.7 – Функциональная схема работы ДП Т
3.3 Выбор микроконтроллера и проектирование функциональной схемы микроконтроллерного модуля
Семейство 8-разрядных микроконтроллеров MCS-51 было выпущено фирмой Intel в начале 80-х годов. Микроконтроллеры MCS-51 являются функционально завершенными однокристальными микро ЭВМ Гарвардской архитектуры, содержащими все необходимые узлы для работы в автономном режиме, и предназначены для реализации различных цифровых алгоритмов управления. На сегодняшний день семейство MCS-51 содержит несколько десятков типов микросхем, отличающихся конкретной реализацией отдельных узлов и условиями эксплуатации. Все микросхемы семейства обладают аналогичной архитектурой, пример которой представлен на рисунке 9, и имеют целый ряд общих узлов:
- 8-разрядный центральный процессор (ЦП), ориентированный на управление исполнительными устройствами. ЦП имеет встроенную схему 8-разрядного аппаратного умножения и деления чисел. Наличие в наборе команд большого числа операций для работы с прямо адресуемыми битами дает возможность говорить о «булевом процессоре»;
- внутренняя память программ масочного или репрограммируемого типа, имеющая для различных кристаллов объем от 4 до 32 кбайт;
- не менее чем 128-байтное резидентное ОЗУ данных;
- не менее 32 двунаправленных интерфейсных линий (портов), индивидуально настраиваемых на ввод или вывод информации;
- два 16-битных многорежимных счетчика/таймера;
- двунаправленный дуплексный последовательный коммуникационный порт;
- двухуровневая приоритетная система прерываний, поддерживающая не менее 5 векторов прерываний от внутренних и внешних источников;
Технические характеристики центрального процессора микроконтроллеров MCS-51:
- разрядность АЛУ – 8 бит;
- число выполняемых команд – 111;
- длина команд – 1, 2, или 3 байта;
- число регистров общего назначения (РОН) – 32;
- число прямоадресуемых битовых переменных – 128;
- число прямоадресуемых битов в области;
- регистров специальных функций – 128;
- максимальный объем памяти программ – 64 кбайта;
- максимальный объем памяти данных – 64 кбайта;
- максимальный объем внутренней памяти данных – 256 байт;
- время выполнения команд при тактовой частоте 12 МГц:
сложение – 1 мкс;
пересылки “регистр - внешняя память данных” – 2 мкс;
умножение/деление – 4 мкс;
- методы адресации операнда – регистровый, косвенный, прямой, непосредственный.
Различные микроконтроллеры семейства содержат широкий набор дополнительных средств для эффективной обработки асинхронных событий, измерения частот и временных интервалов, обработки аналоговых сигналов, управления двигателями, организации мультипроцессорных систем.
В частности, подсемейство 80XC51FX, в которое входит ряд микросхем, имеет следующие дополнительные возможности:
- три 16-битных таймера счетчика;
- программируемый частотный выход;
- таймер/счетчик с возможностью прямого и обратного счета;
- матрица программируемых счетчиков, реализующих режимы:
· сторожевого таймера (Watch Dog Timer);
· широтно-импульсного модулятора;
· захвата/сравнения;
· высокоскоростного выхода.
- трехуровневая система защиты памяти;
- 256-байтное резидентное ОЗУ;
- четырехуровневая система прерываний;
- 7 внешних источников прерываний;
- 2 режима уменьшенного энергопотребления;
Типичным представителем данного подсемейства является микросхема 83C51FA, условное графическое обозначение которой приведено на рисунке 3.8.
Рисунок 3.8 – Условное графическое обозначение микросхемы 83C51FA
Данный микроконтроллер будет использован при проектировании системы автоматического управления работой электропривода лифта.
3.4 Проектирование средств связи с ЭВМ верхнего уровня
Для организации связи микроконтроллера с ЭВМ верхнего уровня используется последовательный порт.
Последовательный порт микроконтроллера семейства MCS-51 является «дуплексным» портом, т.е. способен осуществлять прием и передачу данных одновременно. Входная часть порта обладает двойной буферизацией, т.е. способна осуществлять прием нового сообщения, пока предыдущее еще не прочитано процессором (однако только до момента окончания приема нового сообщения), что уменьшает загрузку процессора.
Данные передаются с вывода TxD, а принимаются на вывод RxD. Посылка состоит из десяти бит: START-бит (0), восемь бит данных (младшими битами вперед) и STOP-бит (1). Скорость передачи определяется частотой переполнения таймера. Прием инициируется обнаружением отрицательного перепада уровня сигнала на входе RxD.
3.5 Разработка функциональной схемы источника электропитания
Структура источника питания:
- мощность;
- напряжение;
- ток.
В зависимости от используемой мощности и протекающих токов, входы цепи используют либо разъемные, либо клемные соединения.
При токах свыше 10А используют клемные соединения
Рисунок 3.9 - Схема клемного соединения
Входной фильтр низких частот предназначен для подавления высокочастотных импульсных помех, обычно выполняется в экранированном корпусе. Представляет собой частотный трансформатор и 1 - 2 конденсатора емкостью 0,1 мкФ.
Рисунок 3.10 - Фильтр низких частот
Защитный токовый автомат:
Рисунок 3.11 - Схема защиты по току
Выбирается исходя из среднего тока источника питания с учетом коэффициента записи:
IA = Kз∙I1ср
Защита по напряжению:
Рисунок 3.12 - Схема защиты по напряжению
Представляет собой вариатор, индуктирующий питание сети. При достижение питающим напряжением напряжения отпирания варистора ток через него возрастает, что приводит к срабатыванию автомата токовой защиты
Для повышения КПД выпрямителя практически всегда выполняется по мостовой схеме. Для преобразования переменного напряжение в импульсное.
Рисунок 3.13 - Схема мостового выпрямителя напряжения
Цепь заряда ФНЧ2:
Рисунок 3.14 - Зарядная цепь на основе опторезистора VS1
Состоит из двух элементов:
- токоограничительного элемента (сопротивление);
- ключ, шунтирующий токоограничительный элемент (опторезистор VS1).
Фильтр низких частот 2
Рисунок 3.15 - Фильтр низких частот 2
Предназначена для сглаживания пульсаций 100 Гц выпрямленного и замыкания по высокочастотному току, ключевых транзисторов преобразователя. В виду этого ФНЧ 2 состоит из двух конденсаторов С1 – большой емкости выполняющую первую функцию (электролитический), С2 – небольшой емкости на протекание высокочастотного тока. Цепь преобразователя - двухтактная мостовая: Ключ А1 представляет собой типовой модуль предназначенный для коммутации однополярной силовой нагрузки. Характеризуется наличием гальванической развязки управления и питающей цепи. Для форсирования коммутации силового транзистора используют двух полярное питание усилителя мощности.
Рисунок 3.16 – Схема включения ДПТ
Сигнал управления силовым ключом обычно подаются на вход 2 и представляет собой логику с выхода микроконтроллера. Это связано с тем, что втекающий ток микроконтроллера, как правило в 2-3 раза больше, чем втекающий. При протекания тока через светодиод оптрона VB1, транзистор оптрона открывается, напряжение на выходе 4 падает до –U1. Усилитель мощности DA1 открывается, подавая положительный потенциал на базу транзистора VT1, VT1 открывается, ключ открыт.