5.2.     Разработка принципиальной схемы индикации.

Максимальное прямое напряжение на сегменте индикатора равно 3,6 В. Наша задача – понизить напряжение выхода дешифратора (+8,2 В) до напряжения 3,6 В. Реализуем эту задачу так как показано на рисунке 14:

Рисунок 14.

Найдём сопротивление резистора R по закону Ома:

       (38.)     

Где U – напряжение выхода дешифратора 8,2 В,

Uпр – максимальное прямое напряжение на сегменте индикатора, 3,6 В,

I – прямой ток сегмента, 20 мА.

Выберем по ГОСТу номинал резистора: R=240 Ом

Рассчитаем мощность этого резистора:

Расчётная мощность резистора должна быть меньше выбранной по ГОСТу:

Р=0,125 (Вт)

5.3.     Расчет мощности и тока, потребляемых схемой индикации.

Мощность потребления схемой индикации (Ринд) будет определяться по формуле (39).

       (39.)     

где Ри –мощность потребляемая тремя индикаторами;

Рд – мощность потребляемая тремя дешифраторами.

Ток потребления одним сегментом индикатора равен 20 мА. Возьмём крайний случай когда зажигаются все сегменты. В этом случае ток потребления индикатором будет равен 140 мА при прохождении прямого напряжения через сегмент 3,6 В. Мощность потребления схемой индикации равна:

Потребляемая мощность дешифратора 0,05 Вт

6.       Проектирование схем управления исполнительными механизмами.

6.1.     Выбор типа интегральной микросхемы ждущего мультивибратора.

Смысл управления состоит в формировании сигнала заданной длительности. Эту задачу выполняет ждущий мультивибратор.

Из КМОП – серии следует отметить микросхему К564АГ1 (рисунок 15).

Рисунок 15. УГО микросхемы К564АГ1

Микросхема К564АГ1 содержит два ждущих мультивибратора (ЖМ). Каждый ЖМ имеет прямой Q и инверсный  выходы. ЖМ можно запустить любым перепадом входного сигнала. Вход +TR используется для запуска ЖМ положительным перепадом, при этом на неиспользуемый вход -TR подать “единичный” сигнал (+Uп). Для запуска ЖМ отрицательным перепадом сигнал подается на вход -TR, а на +TR - “нулевой”. Вход R используется для укорачивания выходного импульса или для предотвращения появления выходного импульса при включении напряжения питания, например, как показано на рисунке 15.

Длительность возбужденного состояния ЖМ для Ct можно определить по формуле:

       (40.)     

6.2.     Расчет параметров элементов времязадающих цепей

По формуле 40 рассчитаем ёмкость конденсатора C5 для импульса τ1=0.019 (сек), задавшись R25=180000 (Ом):

Так как время τ1= τ2 параметры времязадающих цепей одинаковы.

Заданные резисторы и найденные конденсаторы соответствуют своими номиналами соответствующим ГОСТам.

Определим мощность резисторов:

Мощность PR25=PR28.

По ГОСТ выберем мощность резисторов равную 0,125 Вт.

Мощность потребления схемами ждущих мультивибраторов определяется:

6.3.     Расчет мощности и тока, потребляемых схемой.

Рассчитаем суммарную мощность потребления всей схемой, суммировав полученные мощности в вышеизложенных расчётах, получим:

Определим ток потребления схемой:

7.       Разработка источника питания.

7.1.     Определение исходных данных (количество источников напряжения, требуемые величины напряжений и токов нагрузки).

Микросхемы КМОП – серии можно питать широким спектром напряжений, от +3В до +15 В. Малым напряжением не рекомендуется питать эти микросхемы, сильно понижается быстродействие и увеличивается чувствительность к помехам. Максимальным напряжением также не целесообразно запитывать КМОП – микросхемы, даже при малом повышении напряжения питания возможен выход из строя микросхемы. Мы остановимся на золотой середине. Обеспечив приличное быстродействие и запас по питанию, определим напряжения питания микросхем равным +12 В.

Микросхемы компараторов необходимо согласовать по выходу с выбранной нами КМОП – серии по напряжению. Для этого запитаем их от источника двухполярного напряжения ±12 В.

Источник питания на +12 В должен обеспечивать ток нагрузки равный 0,21 А, а на напряжение  -12 В – 0,003 А.

Для обеспечения задания порогов соответствующих напряжений на входах микросхем DA1 – DA3 необходим источник опорного напряжения на 12 В. Источник опорного напряжения должен обеспечивать ток нагрузки равный 0,008 А.

7.2.     Выбор схемы выпрямления и типа диодов.

Для выпрямления полученного напряжения на вторичных обмотках трансформатора TV применим мостовую схему выпрямителя с выводом нулевой точки трансформатора (рисунок 16), необходимого при реализации получения двух разнополярных относительно нулевой точки напряжений.

Рисунок 16. Схема выпрямителя на два одинаковых разнополярных напряжения

Диоды должны обеспечивать прохождение прямого тока нагрузки и напряжения, а также и обратного напряжения. К классу таких диодов относятся “выпрямительные диоды”.

Трансформатор TV1 – стандартный трансформатор вторичного питания ТПП – 295 110 ПЛМ 22´32´58.

Выпрямительный мост VD2 – КЦ405А который обеспечивает необходимые нам требования, ток нагрузки до 1А.

7.3.     Расчет и выбор параметров схемы сглаживания пульсаций.

Активно-емкостная нагрузка выпрямителя создается для сглаживания кривой выпрямленного напряжения. Включение конденсатора параллельно нагрузке изменяет режим работы выпрямителя по сравнению с работой при чисто активной нагрузке.

Чем больше емкость конденсатора, тем меньше размах пульсаций. Рассчитаем емкость конденсаторов С1 – С2 фильтра по заданным значениям тока нагрузки Iн и размаху пульсаций выпрямленного напряжения.

Максимальное мгновенное значение выпрямленного напряжения Udmax можно принять на 1,5–2 В меньшим, чем амплитудное значение U2m, учтя падение напряжения на открытом диоде и на активном сопротивлении обмоток трансформатора. При выборе числового значения Udmin следует учесть, что Udmin должно быть на 25-30% больше, чем требуемое напряжение питания электронной схемы при указанном в задании минимальном напряжении питающей сети.

Ток, протекающий через конденсатор при разряде определяется по формуле 41:

       (41.)     

где С – емкость конденсатора, Ф;

       (42.)       – скорость изменения напряжения (производная), В/с.

Примем, что разряд конденсатора подчиняется линейному закону. Тогда (41) можно записать в виде:

       (43.)     

где DUc – изменение напряжения на конденсаторе за время Dt.

Примем:

где Тn – период пульсаций выпрямленного напряжения, равный 0,01с, соответствующий частоте 100 Гц.

Из (42) с учетом (43) получим выражение для расчета емкости конденсатора

Из ряда ГОСТа выберем значение ёмкости конденсатора равное 560 мкФ. Рабочее напряжение на конденсаторе должно быть на 10 – 20% меньше его номинального значения, что следует учесть при выборе типа конденсатора.

7.4.     Разработка принципиальной схемы стабилизаторов, расчет параметров схемы и выбор типа применяемых элементов.

Стабилизацию выпрямленного положительного напряжения будем производить применив ИМ стабилизации напряжения КР142ЕН8Б включенную по схеме (рисунок 17):

Рисунок 17. Схема включения КР142ЕН8Б

Конденсатор С3 выберем 510 мкФ, тем самым обеспечив минимальные пульсации стабилизированного напряжения. Применение этой микросхемы обеспечивает ток нагрузки до 1,5 А.. Отрицательный источник питания будем стабилизировать ИМ КР1168ЕН12А (рисунок 18). Применение КР1168ЕН12А обеспечит ток нагрузки до 0,1 А.. Ёмкость конденсатора С4 выберем равную С3.

Рисунок 18. Схема включения КР1168ЕН12А

8.       Разработка и описание принципиальной схемы сортировочного устройства.

Руководствуясь блочной схемой описанной в п.1.3 соединим разработанные нами функциональные узлы в одну схему.

На вход Д1 – Д3 сортировочного устройства подается сигнал от аналоговых датчиков Д1 – Д3, измеряющих три параметра предметов. Четвёртый датчик Д4 выдаёт сигнал готовности процесса измерения в цифровой форме и подключается к входу Д4 сортировочного устройства.

Процесс преобразования аналоговых сигналов измерения в цифровой вид осуществляет блок формирователей логических уровней, состоящий из компараторов напряжения DA1 – DA3 и делителей. При совпадении текущей совокупности измеренных параметров с заданной, выдаётся выходной сигнал цифрового элемента DD3.4, используемый для счёта и включения исполнительного механизма после формирования сигнала определённой длительности τим1 ждущим мультивибратором DА6.1. Счёт количества отсортированных предметов ведётся двоично-десятичными счётчиками DD5, DD8, DD10. Визуальная индикация числа предметов производится семисегментными индикаторами HG1…HG3 в десятичном виде. Для преобразования состояния счётчика DD5, DD8, DD10 из двоичного кода в код, необходимый для управления индикаторами HG1…HG3, используются специальные дешифраторы DD4, DD7, DD9.

Дешифратор DD6 определяет момент достижения заданного количества отсортированных предметов. Ждущим мультивибратором DA6.2 формируется сигнал управления длительностью τим2 вторым исполнительным механизмом. По этому же сигналу счётчик автоматически ''обнуляется'' с помощью обнуляющей системы DD2.3. Так же с помощью обнуляющей схемы возможно обнуление счётчика вручную и автоматическое обнуление счётчика при включении сортировочного устройства в сеть.

Выпрямители VD2 производят преобразование переменного тока в постоянный. Стабилизатор DА4 обеспечивает питание схемы сортировочного устройства положительным источником питания, а стабилизатор DA5 обеспечивает питание компараторов DA1 и DA2 отрицательным источником питания.

Управляющие исполнительными механизмами сигналы определённой длительности τим1 и τим2 снимаются с выводов τим1 и τим2 сортировочного устройства соответственно.

9.       Заключение.

Разработанное в ходе курсового проекта сортировочное устройство питается от однофазной промышленной сети переменного тока 220 В частотой 50 Гц и обеспечивает надёжную работу при отклонениях напряжения питающей сети от номинального в пределах от плюс 10 до минус 15 %.

Данное сортировочное устройство предназначено для работы в закрытых стационарных помещениях при температуре окружающего воздуха в пределах от плюс 5˚С до плюс 40˚С.

Расчётная потребляемая мощность СУ 2,54 Вт, токопотребление 0,21 А

Все расчёты производились в программе EXEL.

10.  Список литературы.

1.     Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. Е.А. Зельдин. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986.-280 с.: ил.

2.     Васерин Н.Н. и др. Применение полупроводниковых индикаторов / Н.Н. Васерин, Н.К. Дадерко, Г.А. Прокофьев; Под ред. Е.С. Лепина. - М.: Энергоатомиздат, 1991. – 200 с.: ил.

3.     Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочное пособие / С.В. Якубовский, Н.А. Барканов, Л.И. Ниссельсон и др.; Под ред. С.В. Якубовского. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1984. – 432 с. ил. - (Проектирование РЭА на интегральных микросхемах).

4.     Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1987. – 352 с.: ил. – (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1111).

5.     Вениаминов В.Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение: Справ. пособие. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1989. 240 с.: ил – (Массовая радиобиблиотека: Вып. 1143).

6.     Интегральные микросхемы: Справочник / Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Под ред. Б.В. Тарабрина. – М.: Радио и связь, 1984 -528 с., ил.

7.     Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для ВУЗов. – М.: Высш. школа, 1982. – 496 с., ил.

8.     Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Импульсная техника. Учебник для учащихся электрорадиоприборостроительных техникумов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1985. – 320 с., ил.

9.     Бедрековский М.А. и др. Интегральные микросхемы: Взаимозаменяемость и аналоги: Справочник / М.А. Бедрековский, А.А Косырбанов, П.П. Мальцев. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 272 с.: ил.

10. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам / под общ. ред. Н.Н. Горюнова.–4-е изд., перераб. и доп.–М.: Энергия, 1978,744с., ил

Приложение 1

Таблица 10. Спецификация

Окончание таблицы 10