Проектирование слайсера нового поколения (стр. 2 из 3)

· компактные размеры 39х36мм;

· работает в комплексе с отладочной платой EVBlpc213x;

· отладочный интерфейс JTAG.

Комплектация

· отладочная плата MMLPC2138-0-2.

Рисунок 1.8 MMLPC2138-0-2

1.4 Постановка задачи проектирования

Проанализировав вышеизложенный материал, были сформулированы следующие задачи данной курсовой работы:

– разработка структуры системы управления подсистемами

– выбор датчиков тока, угла поворота, скорости, преобразователя частоты;

– выбор исполнительных устройств (электродвигателей);

–разработка схемы подключения датчиков и исполнительных механизмов;

– разработка пользовательского интерфейса с индикацией;

–разработка блок–схемы алгоритмов программы управления микроконтроллером;

– разработка программы управления на языке Keil.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ

2.1 Структурная схема подключения датчиков

Датчик (сенсор от англ. sensor) — термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления.

ДСТ

Рисунок 2.1 Структурная схема подключения ДСТ

Датчик подключается через усилитель и фильтр низких частот к АЦП МК. Обработка информации от него подробнее расписана в блок-схеме к управляющей программе.

Оптодатчик

Рисунок 2.2 Структурная схема подключения Оптодатчика.

Оптодатчик состоит из оптопары и триггера Шмидта. Подключается непосредственно к GPIO МК. Наиболее распространенный в рассматриваемой системе тип датчика. Следует заметить что при срабатывании датчик выдает сигнал 0, постоянный же уровень сигнала от него логическая еденица, однако при разработке управляющей программы была использована обратная логика, а следовательно сигнал с данных датчиков после триггера Шмидта также следует пропускать через инвертор, разумеется если инвертор уже не встроен в него.

Кнопки

Рисунок 2.3 Кнопка нажимного типа.

Хотя это не датчики, рациональнее всего отнести кнопки к этому разделу, ведь как и датчики они подают (точнее пропускают) сигнал на входы МК, что позволяет ему скорректировать производственный процесс соответственно вновь поступившим данным.

2.2 Структурная схема подключения исполнительных механизмов

Двигатель перемещения ножа

Рисунок 2.4 Двигатель перемещения ножа

Поскольку необходимо обеспечить перемещение ножа в обоих направлениях, данный двигатель подключен с возможностью реверса. Возможна реализация на транзисторах работающих в ключевом режиме либо на них же, но также с использованием микросхем IR.

Двигатель поворота тарелки/ перемещения задней стенки (ШД)

Рисунок 2.5 Управление ШД

Данный тип двигателя подключен к МК через 2 специализированные микросхемы L297+L298, которые в паре составляют драйвер управления шаговым двигателем. Благодаря им попеременно происходит включение обмоток ШД, что приводит к вращению. Управлять двигателем так очень просто. Необходимо лишь подать с МК 3 сигнала. 1й включает двигатель. 2й задает прямой либо обратный ход. 3й активирует режим полушага. На микросхему L297 также необходимо подавать прямоугольные импульсы. Для снижения нагрузки на МК подача данных импульсов идет со стороннего генератора, реализованного на микросхеме 555.

Двигатель вращения ножа/ прижимной лопатки/ конвейерных лент

Рисунок 2.6 Структурная схема подключения других ДПТ

МК подает сигнал на ключ через который подается напряжение питания данных двигателей. Подробнее их управление будет рассмотрено в главе о блок-схеме.

Источники питания

Рисунок 2.7 Кнопка нажимного типа.

Хотя источники питания не относятся к исполнительным механизмам они будут упомянуты в этом разделе, ведь без них не будет функционировать система вцелом. Основные элементы блока питания это трансформатор, выпрямитель, ФНЧ и стабилизатор. По желанию можно добавить предохранители. Подробнее схема БП будет рассмотрена при проектировке модели. Следует отметить что для системы необходимо 2 БП на 5 и на 12В постоянного тока.

Индикация

Еще одним важным звеном являются семисегментные индикаторы, которые наглядно показывают состояние системы, а точнее ее настройки. Подключаются они напрямую к GPIO МК.

2.3 Распределение пинов МК

Таблица 2.1 Пины МК

Порт/пин	Назначение	IODIR	Pinsel
P0.0	Пуск системы
P0.1	Стоп		EINT0
P0.2	Двигатель прижима	+
P0.3	Датчик наличия колбасы
P0.4	Искусственный стоп	+
P0.5-0.8	Индикатор скорости	+
P0.9	Регулятор скорости		EINT3
P0.10-0.13	Индикатор положения задней стенки	+
P0.14-0.15	Смещение стенки вперед/ назад.		EINT1 EINT2
P0.16-0.17	Управление конвейерными лентами	+
P0.19-0.20	Концевые датчики положений ножа
P0.21	Управление вращением ножа	+
P0.22-0.23	Смещение ножа вправо/влево	+
P0.27	АЦП. Сигнал от датчика давления		AD0/0
P0.28-0.30	Управление ШД поворота тарелки.	+
P1.16-1.18	Управление ШД движения задней стенки.	+
P1.20-1.31	Датчики положения задней стенки

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ В СРЕДЕ PROTEUS

3.1 Проектирование моделей датчиков

Рисунок 3.1 Оптодатчик

Состоит из элемента который выполняет модель оптопары, а также триггера Шмидта совмещенного с лог. элементом.

Рисунок 3.2 Модель датчика веса

Состоит из резистора с переменным сопротивлением и ФНЧ (резистор +конденсатор). Подключается к АЦП.

3.2 Проектирование моделей исполнительных механизмов

Реверсивная схема включения ДПТ, который отвечает за перемещение ножа представлена транзисторами, работающими как ключи. Для удобства имеется 2 вывода к пинам МК, которые при подаче на них логической единицы заставляют двигатель вращаться вперед или назад.

Рисунок 3.3 Реверс ДПТ

Другие ДПТ (перемещение конвейерных лент, вращение ножа, прижим колбасы) подключены также через ключ. В модели данную функцию выполняют транзисторы.

Рисунок 3.4 Модель включения ДПТ

Шаговые двигатели (поворот тарелки, перемещение задней стенки) подключены через микросхемы L297+L298, на которые необходимо подавать 4 сигнала. 3 с МК, отвечающие за включение, режим полушага и реверс и 1 с внешнего генератора прямоугольных импульсов (возможна реализация также с МК через таймер счетчик)

Рисунок 3.5 Управление ШД

Внешний генератор представлен на микросхеме 555.

Рисунок 3.6 Генератор прямоугольных импульсов

Таймер генерирует последовательность прямоугольных импульсов определяемых RC цепочкой.

Частота импульсов, зависит от величин C, R1 и R2, и рассчитывается по вышеприведенной формуле.

Рисунок 3.7 Сигнал с генератора

Время между началом одного и началом следующего импульса называется периодом (t). Оно состоит из длительности самого импульса (t1) и промежутком между импульсами (t2).

Значения t1 и t2 можно рассчитать по следующим формулам:

t1 = 0.693(R1+R2)C;

t2 = 0.693R2C;

3.3 Проектирование панели управления устройством

Рисунок 3.8 Панель управления

Панель управления представлена кнопками, 7сегментными индикаторами, а также лампочкой, указывающей на включение системы. Данная опция исключительно для наглядности, так как кнопка общего ON/OFF не подключена ни к чему в модели, но именно она в реальном устройстве должна отвечать за подачу питания всем элементам системы.

Не лишним будет привести и схему блока питания на 5В (на 12 делается аналогично). Эта схема в модели также исключительно для наглядности, т.к. элементы работают от виртуальных источников.