ТИПОВЫЕ ТЕМЫ КУРСОВЫХ РАБОТ
Тема 1. Разработка устройства контроля температуры
Задание на разработку
Устройство должно обеспечивать передачу информации о температуре в рабочих зонах технологического процесса в ЭВМ. При этом ЭВМ осуществляет только регистрацию полученной информации и в состав устройства не входит. Питание – сеть 50Гц 220В ±10%. Диапазон рабочих температур +10…+40°С. Погрешность, вносимая устройством, не должна превышать 0,3°С. Устройство должно быть выполнено в виде одной или нескольких печатных плат, соединенных друг с другом и с внешними устройствами посредством кабелей и разъемов. Остальные технические требования зависят от номера варианта.
Рекомендуемая структурная схема устройства в максимальной конфигурации приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 — Структурная схема устройства контроля температуры
Исходные данные по вариантам представлены в таблице 1 Приложения 3.
Количество одновременно контролируемых каналов, в зависимости от номера варианта, – 1 , 2 или 4. Датчики температуры — стандартные термопреобразователи сопротивления медные ТСМ или платиновые ТСП, термодиоды (любой кремниевые диод, у которого используется зависимость прямого падения напряжения от температуры) или термопары. Предполагается, что сигнал с датчиков температуры передается на разрабатываемое устройство по длинному кабелю, и для уменьшения связанной с этим ошибки измерения температуры датчики ТСМ, ТСП и термодиоды должны быть подсоединены (в зависимости от требуемой точности измерения и длины соединительного кабеля) по 2-, 3- и 4- проводной схеме. Для датчиков ТСМ диапазон измерения температуры 0…+100°С, для ТСП – 50…+200°С, для термопар +200…+600°С, для термодиодов –50…+100°С.
Одновременно с передачей информации к ЭВМ должна осуществляться визуальная индикация текущей температуры посредством семисегментных светодиодных или жидкокристаллических индикаторов по каждому каналу. При большой длине кабелей связи с датчиками температуры для регистрации потери информации должен быть предусмотрен контроль обрыва датчиков с визуальной или звуковой индикацией. В случае нарушения хода технологического процесса для предотвращения аварийных ситуаций по причине выхода температуры за установленные границы также должна быть предусмотрена соответствующая аварийная индикация. При этом аварийное верхнее или аварийное нижнее значение температуры по каждому каналу должно устанавливаться либо цифровым кодом от ЭВМ, либо аналоговым путем — переменными резисторами.
Оцифровка аналоговой информации должна осуществляться с помощью 8-,10- или 12- разрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) либо с помощью преобразователя напряжение-частота, имеющего погрешность не более 0,2%.
Все остальные не оговоренные выше характеристики, параметры и конструктивные особенности устройства должны определяться разработчиком самостоятельно исходя из требования обеспечения минимальной себестоимости устройства при максимальной эффективности и надежности его работы.
Рекомендации по разработке схем и выбору элементов
Для обеспечения требований точности желательно использовать мостовую схему включения датчиков ТСМ, ТСП и термодиодов. Усилители 1,…4 реализовать на базе прецизионных операционных усилителей (ОУ), включенных по схеме дифференциального усилителя. Можно использовать ОУ К140УД17, К140УД25, ОР177, AD623. При использовании термопар желательно обеспечить компенсацию температуры холодного спая. В качестве аналогового коммутатора могут быть использованы коммутаторы серии К590, мультиплексоры К561КП1, DG444. Фильтр низких частот должен обеспечивать подавление сетевых наводок не менее чем на 30ДБ, может быть реализован как активный фильтр 2-го порядка с частотой настройки не выше 1Гц на ОУ широкого применения К140УД6, К544УД1, TL074.
В качестве аналого-цифрового преобразователя (АЦП) рекомендуется использовать АЦП с низким или средним быстродействием типа К572ПВ1, ТС7109. Могут быть использованы и многоканальные АЦП, например, К572ПВ4, при этом аналоговый коммутатор, описанный выше, не потребуется. Источник опорного напряжения (если он не встроен в микросхему АЦП) может быть реализован по схеме параметрического стабилизатора на прецизионных стабилитронах Д818, КС405, либо выполнен на специализированных микросхемах ряда LM385, LM336. Преобразователь напряжение-частота – КР1108ПП1, LМ331.
Схема индикации температуры может индицировать температуру в измерительном канале и номер этого канала либо температуру во всех каналах одновременно. В первом случае (показан на структурной схеме) для индикации температуры возможно использовать одну микросхему АЦП К572ПВ2 или К572ПВ5, а для номера канала – дешифраторы серии К514, К555, К561 с соответствующими светодиодными или жидкокристаллическими индикаторами. Во втором случае на каждый канал потребуется своя микросхема АЦП с соответствующими индикаторами. При применении светодиодных индикаторов рекомендуется использовать приборы фирмы «KINGBRIGHT».
Для контроля обрыва датчиков через них необходимо пропускать небольшой ток. При обрыве датчика напряжение на входе соответствующего усилителя изменится на значительную величину, что может быть зарегистрировано с помощью компараторов и отражено в виде звукового и светового сигнала. На опорные входы компараторов должно подаваться напряжение, соответствующее «исправным» датчикам. Можно использовать компараторы серий К554, К1401 или любые ОУ.
Схема контроля выхода температуры в измерительных каналах за установленные границы контролирует напряжение на выходах усилителей 1,…4 и строится аналогично схеме контроля обрыва датчиков (эти схемы можно даже совместить), только на опорные входы компараторов здесь должно подаваться напряжение «аварийной» температуры либо с переменных резисторов, либо с выходов цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) (рекомендуются К572ПА1, К572ПА2, AD7628), входной код на вход которых подается с ЭВМ.
Источник питания может быть выполнен по трансформаторной схеме со стабилизацией выходных напряжений. Рекомендуется использовать трансформаторы серии ТПП, ТП, либо трансформаторы фирмы «HAHN», микросхемы стабилизаторов напряжения серии К142.
Тема 2. Разработка устройства управления электроприводом
Задание на разработку
Устройство предназначено для управления трехкоординатным электроприводом настольного сверлильного станка. Собственно функцию управления обеспечивает ЭВМ, которая в состав разрабатываемого устройства не входит.
Разрабатываемое устройство должно обеспечивать передачу информации о положении рабочих органов станка в управляющую ЭВМ и управление двигателями постоянного тока (ДПТ) перемещения рабочих органов. Питание – сеть 50Гц 220В±20%. Диапазон рабочих температур 0…+50°С. Устройство должно быть выполнено в виде одной или нескольких печатных плат, соединенных друг с другом и с внешними устройствами посредством кабелей и разъемов. Остальные технические требования зависят от номера варианта.
Структурная схема устройства приведена на рисунке 2, а исходные данные по вариантам — в таблицах 2 и 3 Приложения 3.
В качестве датчиков положения рабочих органов в зависимости от номера варианта должны использоваться вращающиеся трансформаторы (ВТ), фотоимпульсные датчики или кодовые фотодатчики. Все они механически связаны с ходовыми винтами и регистрируют их угол поворота, а значит и перемещение рабочих органов по координатам.
Схемы запитки и обработки информации для разных типов датчиков имеют существенные отличия. Так датчики ВТ для обеспечения их работы должны запитываться синусоидальным сигналом частотой 400Гц или 2000Гц амплитудой 10В при коэффициенте гармоник не более 1%. Для получения такого сигнала может быть использован либо аналоговый генератор с фазосдвигающими цепями, либо генератор меандра с полосовыми фильтрами, либо специальный цифровой генератор гармонических сигналов.
Фотоимпульсные датчики — преобразователи типа ВЕ-178, вырабатывающие за один оборот 256, 1024 либо 4096 импульсов.
Кодовые двоичные десятиразрядные фотодатчики можно выбрать любого типа.
Более подробно схемы запитки и обработки информации всех этих датчиков будут рассмотрены ниже.
Датчик частоты вращения электродвигателя контролирует непосредственно вращение вала электродвигателя. Это может быть тахогенератор (установлен на двигателе, для расчетов принять коэффициент преобразования 1мВ/об. в мин.) либо импульсные датчики: оптопары с открытым оптическим каналом серии ОПД-18М или датчики, работа которых основана на эффекте Холла: микросхемы серии К1116, ТLЕ4935. Схема обработки информации с датчиков частоты вращения э/двигателя при использовании тахогенератора должна выдавать ЭВМ параллельный двоичный код (более подробно эта схема так же будет рассмотрена ниже), либо импульсный сигнал , частота которого пропорциональна частоте формироваться аналоговый сигнал, который затем после усиления усилителем обеспечит вращение электродвигателя. Погрешность преобразования ЦАПа не должна превышать 0,2%.
Усилитель должен обеспечивать усиление сигнала ЦАПа по мощности, иметь защиту от перенапряжений на выходе, от перегрева, схему ограничения выходного тока. Использование здесь простого усилителя возможно исключительно в учебных целях – данное решение на практике, особенно при больших массах рабочих органов, привело бы к существенному снижению динамических характеристик привода (Более подробно эти вопросы изучаются в учебном курсе «Автоматизированный электропривод»). По этой причине при мощности э/двигателя более 100Вт вместо усилителя желательно применить (т.е. выбрать и грамотно подключить) специальное конструктивно законченное устройство – электропривод ДПТ.
Электродвигатели приводов в зависимости от номеров вариантов могут быть серии ДПМ (24В), ДК (110В) либо любые другие современные высокомоментные ДПТ с характеристиками, соответствующими заданию.
Все остальные, не оговоренные выше характеристики, параметры и конструктивные особенности устройства должны определяться разработчиком самостоятельно исходя из требования обеспечения минимальной себестоимости устройства при максимальной эффективности и надежности его работы.
Рекомендации по разработке схем и выбору элементов
Генератор для запитки датчика ВТ может быть выполнен по трем схемам, обеспечивающим требуемую частоту, амплитуду и форму сигнала. В первом случае он должен иметь в своем составе аналоговый генератор сигнала синусоидальной формы, от которого запитывается одна из обмоток ВТ. На вторую обмотку ВТ необходимо подать точно такой же сигнал, сдвинутый по фазе относительно сигнала первой обмотки ровно на π/2, для чего можно использовать простейшие фазосдвигающие цепи (например, фильтры низких частот ФНЧ), выполненные на ОУ широкого применения типа К140УД7, LM324. Погрешность частоты генератора во всем диапазоне температур не должна превышать 0,1%.
Во втором случае генератор запитки ВТ должен состоять из цифрового двухканального генератора прямоугольных импульсов «меандр», выходные сигналы которого сдвинуты по фазе на π/2 и подаются на два отдельных полосовых фильтра (ПФ), настроенных на частоту генератора. На выходе ПФ получаем сигнал питания ВТ.
ПРИМЕРНЫЕ НЕТИПОВЫЕ ТЕМЫ КУРСОВЫХ РАБОТ
Приведенные в настоящем разделе темы касаются отдельных узлов, блоков и систем автоматизированного оборудования, а также некоторых типов электронных устройств.
1) Устройства связи и прочих преобразователей (датчиков) с ЭВМ.
или напишите нам прямо сейчас
2) Устройства обмена информацией между ЭВМ.
3) Устройства на основе однокристальных микроконтроллеров
4) Аналого-цифровые преобразователи.
5) Цифровые измерители электрических величин (вольтметры, фазометры, частотомеры, измерители RLC, счетчики электрической энергии и т.д.).
6) Цифровые измерители неэлектрических величин (расходомеры, термометры, радиометры, устройства позиционирования и т.д.).
7) Источники вторичного электропитания электронной аппаратуры, в том числе импульсные.
8) Электронные кодовые замки и сторожевые устройства.
9) Устройства электропривода.
10) Устройства телемеханики
В процессе проектирования необходимо:
— изучить предполагаемый объект проектирования, обосновать актуальность или целесообразность его применения при решении задач автоматизации и управления;
— составить задание на проектирование;
— составить расчетно-пояснительную записку к работе и оформить графическую часть;
При выборе темы работы рекомендуется учитывать следующие требования:
— устройство должно, по возможности, содержать аналоговую часть, преобразователи ЦАП и АЦП, цифровую часть;
— по согласованию с преподавателем устройство может содержать только сложную аналоговую или цифровую часть.
Достаточно сложными электронными устройствами можно считать аналоговое, содержащее не менее 15-20 активных элементов (транзисторов, ОУ и т.д.) и цифровое, содержащее не менее 10-12 микросхем.
Курсовая работа должна содержать расчетно-пояснительную записку объемом 20-50 страниц и графическую часть, выполненную на листах писчей бумаги формата А3 или А4.
Записка должна включать титульный лист по форме Приложения 3.
В записку рекомендуется помещать следующие разделы:
1) Введение. Приводятся общие сведения об объекте проектирования, описывается принцип действия, отмечаются недостатки, которые могут быть устранены в результате выполнения работы, приводятся исходные данные для проектирования согласно ТЗ.
Примечание: бланк ТЗ, выданный преподавателем, подшивается в записку после титульного листа.
2) Расчетно-теоретический раздел. Описание принципиальной электрической, структурной, кинематической и прочих схем устройства, результаты приведенных расчетов элементов схем, расчета потребляемых тока и мощности и прочих расчетов, справочные данные и изложение принципа действия определяющих электронных элементов устройства, описание оригинальных схем, примененных студентом в устройстве с изложением принципа действия.
3) Конструкторско-технологический раздел. Описание конструктивного исполнения устройства, особенности технологического процесса изготовления и эксплуатации устройства (при их наличии), сведения о технологических процессах, выполняемых с использованием устройства.
4) Заключение. Краткое изложение полученных результатов, оценка соответствия полученных результатов требованиям технического задания.
5) Перечень литературы.
6) Приложения. Помещаются материалы, не вошедшие в основную часть записки или в графическую часть. Это могут быть расчеты, перечни элементов электрической схемы, графики, диаграммы, фотографии, чертежи, программы для ЭВМ и т.п.
Включение в записку всех перечисленных выше разделов не является обязательным, кроме введения, заключения и перечня литературы, которые обязательны. Конкретное содержание записки согласовывается с преподавателем при условии выполнения требований к объему записки.
ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ
В графическую часть рекомендуется помещать следующие материалы:
— структурная схема устройства;
— принципиальная электрическая схема устройства;
— чертеж печатной платы;
— сборочный чертеж печатной платы (вид со стороны расположения элементов);
— графики, диаграммы, таблицы, поясняющие принцип действия устройства;
— перечень элементов электрической схемы.
Включение в состав графической части всех указанных материалов не является обязательным, кроме структурной и принципиальной схем устройства.
Конкретное содержание графической части устанавливается по согласованию с преподавателем при условии выполнения требований к объему работы.
Графическая часть проекта должна быть выполнена на листах формата А3 или А4
или напишите нам прямо сейчас
