Разработка системы автоматического контроля уровня сыпучих материалов в цилиндрическом резервуаре (стр. 8 из 15)

. (6.47)

Рисунок 6.14 – Ток дросселя

Действующий ток дросселя (см рисунок 6.13):

. (6.48)

Ёмкость конденсатора:

. (6.49)

Действующий ток вторичной обмотки W21:

. (6.50)

Напряжение вторичной обмотки W21:

. (6.51)

где Uin1 - входное напряжение стабилизаторов.

Расчет сглаживающих дросселей

Магнитопроводы дросселей изготовлены из такой же стали (Э44), что и первый дроссель, поэтому расчёт такой же.

Данные для расчета: L1,2 = 0.044Гн; IL1max = 0.09A; IL1эфф = 0,074А;

Кпл = 5%; f=50Гц.

Ищем размеры магнитопровода:

. (6.52)

Выбираем магнитопровод [15] с типоразмером: ОЛ 16х10х4, у которого:

; Scm = 12мм2; Sok = 78,3мм2; длина магнитной линии – 4см.

Число витков дросселей

. (6.53)

Диаметр провода:

. (6.54)

Выбираем провод по диаметру меди [15]: ПЭТВ – 0,22мм, у которого Snp = 0.038мм2

Коэффициент окна:

. (6.55)

Зазор немагнитный вычисляется, как:

. (6.56)

Получаемая индуктивность:

, (6.57)

где Вmax – выбранная максимальная индукция при максимальной напряжённости поля Нmax.

Пересчитаем ёмкость конденсатора

. (6.58)

Выбираем конденсаторы ёмкостью 470мкФ + 47мкФ, 25В

Потери в обмотке (Робм) одного дросселя:

. (6.59)

Потери (Рмгн) в магнитопроводе массой Ммгн = 3,2г:

. (6.60)

Суммарные потери во всех дросселях составят:

. (6.61)

Расчет силового трансформатора

Расчёт силового трансформатора с входным синусоидальным воздействием ведётся по суммарной мощностям вторичных обмоток. Выбор обмоточного провода зависит от действующего тока обмотки и пробивного напряжения. Материал Э44 [15].

Рисунок 6.15 – Силовой трансформатор

Данные для расчёта:

Мощность трансформатора:

. (6.62)

Действующий ток первичной обмотки:

, (6.63)

(6.64)

где

- КПД;

КФ – коэффициент формы синусоиды;

КСТ – коэффициент заполнения стали;

Вmax – выбранная индукция (1,2 Тл при напряжённости поля 2500А/м для Э44).

Выбираем магнитопровод ПЛ12,5х16х32, у которого ScmSok = 9,216см4; Scm = 1,8см2; Sok = 5,12см2; длина витка –13,4 см. Масса – 182г.

Число витков каждой обмотки:

, (6.65)

, (6.66)

. (6.67)

Диаметры проводов обмоток:

Коэффициент заполнения окна:

. (6.68)

Потери в магнитопроводе:

. (6.69)

Магнитопроводы типа ПЛ обладают наиболее простой технологией изготовления трансформаторов, позволяют получить высокую степень симметрии обмоток, малые значения индуктивности рассеяния и ёмкости; имеют высокую стойкость к внешним электромагнитным полям, меньший расход обмоточного провода.

Схема ультразвукового уровнемера представлена в приложении Б.

7. Разработка алгоритма программного обеспечения

Ядром уровнемера является микроконтроллер, который управляет практически всеми узлами схемы прибора: генераторами, индикаторами, датчиком температуры. Основная задача процессора является подсчёт прошедшего времени пролёта УЗ импульса с момента завершения работы УЗ генератора.

Сначала микроконтроллер (рисунок 7.1) опрашивает термодатчик, далее корректирует скорость звука, затем перемножает скорость звука с прошедшим временем, что даёт расстояние пролёта УЗ импульса. Последней операцией является преобразование шестнадцатеричного кода расстояния в десятичный и вывод на индикаторы через регистры хранения информации.

Рисунок 7.1 – Алгоритм программы

Листинг полной программы приведён в приложении А.

7.1 Настройка микроконтроллера

В подразделе алгоритма настраивается микроконтроллер: стек, присваивание имён регистрам для удобства программирования, настройка линий портов, настройка метода прерываний (по фронту или по уровню). Т.е. одним словом ведётся настройка регистра управления микроконтроллером MCUCR.

7.2 Программирование термодатчика DS1821

Для правильной работы прибора необходимо запрограммировать термодатчик на однократное измерение температуры (1SHOT). Память термодатчика является энергонезависимой, т.е. придётся программировать только однократно, а не при каждом запуске прибора. При программировании термодатчика важно соблюдать временные параметры протокола 1 – Wire интерфейса [12].

Программирование термодатчика ведётся микроконтроллером и эта уже отдельная необходимая программа. Алгоритм программирования термодатчика приведён на рисунке 7.2.

Передача информации осуществляется подачей младшего бита вперёд, т.е. передача байта осуществляется командой сдвига байта вправо.

Рисунок 7.2 – Алгоритм программирования термодатчика

7.3 Опрос термодатчика

Опрос термодатчика на значение температуры производится аналогично записи в него байта команды, т.е. необходимы импульсы сброса и синхронизации. На рисунке 7.3 показан подробный алгоритм данной подпрограммы.

Рисунок 7.3 – Алгоритм подпрограммы опроса датчика

Подпрограммы записи и чтения данных используют таймер счётчик, к которому подключён генератор с частотой импульсов 1МГц, что даёт отмерять временные интервалы с точностью до 1мкс для выдерживания точных временных интервалов между слотами информации. В слот может записываться только один бит.

Каждая команда, посылаемая датчику, начинается с импульса сброса и импульса присутствия на линии. При коротком замыкании на линии микроконтроллер выводит мигающие нули на все индикаторы, что говорит о неполадке на линии.

7.4 Коррекция скорости

Коррекция скорости производится по формуле 3.2.

Процесс перемножения производится сначала суммированием числа 59 t – раз, а затем из полученного результата отнимается n - раз число 100, где n – получается инкрементом, т.е. это получается прибавляемая скорость в м/с к числу С0. Остаток при вычитании 100 из получившейся суммы числами 59 не учитывается.

Сложение двухбайтного числа С0 с С1 – скорость, зависящая от температуры окружающей среды, даёт тоже двухбайтный результат.

7.5 Измерение времени распространения УЗ импульса

В данной подпрограмме осуществляется запуск генератора УЗ – колебаний и при окончании работы генератора микроконтроллер запускает счётчик1 на подсчёт микросекунд от генератора микросекундных импульсов.

Когда пришедший и усиленный усилителем сигнал подаётся на формирователь прерывания, то на его выходе появляется фронт импульса, который служит окончанием счёта импульсов от генератора, т.е. вызывается подпрограмма обработки прерывания. На рисунке 7.4 показан алгоритм данной подпрограммы.

В алгоритме подпрограммы скрыт поиск УЗ импульсов, т.е., если флаг прерывания INT1 не установлен, то осуществляется повторное излучение УЗ – импульсов.

Рисунок 7.4 – Алгоритм подпрограммы измерения времени

7.6 Вычисление уровня

Перемножение скорости и времени распространения УЗ импульса осуществляется путём постепенного сложения содержимого таймера – счётчика (два байта – два регистра) с самим собой, и после каждой команды сложения выполняется декремент регистровой пары, содержащей код скорости. Перед выполнением данных операций необходимо произвести деление на два содержимого регистра таймера – счётчика. Такая операция производится командой сдвига вправо каждого регистра. Старший регистр сдвигается вправо через перенос, причём младший разряд байта перемещается во флаг переноса, который учитывается при следующем сдвиге младшего байта вправо, т.е. он помещается в старший разряд младшего байта. Алгоритм подпрограммы вычисления уровня представлен на рисунке 7.5.