Задание на курсовое проектирование студенту
Пономарёву В.В.
1. Тема проекта: Сортировочное устройство, вариант №24
2. Срок сдачи студентом законченного проекта 20.12.2002г.
3. Исходные данные к проекту.
3.1. Устройство питается от однофазной промышленной сети
переменного тока 220 В, частотой 50 Гц.
3.2. Устройство должно обеспечивать работу при отклонениях
напряжения питающей сети от номинального в пределах от плюс 10 до минус 15 %.
3.3. Устройство предназначено для работы в закрытых стационарных
помещениях при температуре окружающего воздуха в пределах от плюс 5 до плюс 40 °С.
3.4. Устройство должно производить сортировку предметов по трем
параметрам Х1, Х2, Х3 в соответствии с
программой, заданной в таблице 1.
Таблица 1.Программа сортировки
Номер набора
Х1
Х2
Х3
Y
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
2
0
1
0
0
3
0
1
1
1
4
1
0
0
1
5
1
0
1
0
6
1
1
0
1
7
1
1
1
0
3.5. Устройство должно производить счет и отображение числа
отсортированных предметов до значения N= 789
3.6. Параметры пороговых значений входных сигналов ФЛУ и точность
сравнения приведены в таблице 2.
Таблица 2.Исходные данные.
Номер варианта
Uд1min
Uд1max
Uд2min
Uд2max
Uд3min
Uд3max
Uср
24
3,8
9,3
5,6
8,7
5,8
7,3
0,01
3.7.Длительность сигналов управления исполнительными механизмами: τимп1=19
(мс), τимп2=19 (мс).
3.8.Принципиальная схема должна обеспечить выполнение всех функций,
перечисленных в п. 1.2 пособия.
Руководитель .А. Соловьёв ”_______________200_г.
Задание принял к исполнению
Пономарёв В.В. ”_______________200_г.
Содержание
1. Общие вопросы проектирования 5
1.1. Описание
технологического процесса 5
1.2. Функции,
выполняемые сортировочным устройством. 5
1.3. Обоснование
выбора блочной схемы СУ. 6
2. Разработка формирователей
логических уровней (ФЛУ). 8
2.1. Разработка
принципиальной схемы ФЛУ. 8
2.2. Выбор
типа компаратора. 11
2.3. Расчет
параметров элементов принципиальной схемы. 12
2.4. Определение
мощности и тока, потребляемых ФЛУ. 16
3. Проектирование цифрового
автомата. 18
3.1. Минимизация
логической функции автомата. 18
3.2. Разработка
принципиальной схемы автомата. 19
3.3. Определение
мощности и тока, потребляемых цифровым автоматом. 20
4. Разработка двоично-десятичного
счетчика. 21
4.1. Обоснование
и выбор типа интегральной микросхемы двоично-десятичного счетчика. 21
4.2. Проектирование
счетчика предметов на заданное число. 21
4.3. Разработка
дешифратора конца счета. 22
4.4. Разработка
схемы установки счетчика в исходное (нулевое) состояние 23
4.5. Определение
мощности и тока, потребляемых счетчиком. 24
5. Проектирование схемы индикации
в десятичной форме. 26
5.1. Выбор
типа дешифраторов и семисегментных индикаторов. 26
5.2. Разработка
принципиальной схемы индикации. 27
5.3. Расчет
мощности и тока, потребляемых схемой индикации. 28
6. Проектирование схем управления
исполнительными механизмами. 29
6.1. Выбор
типа интегральной микросхемы ждущего мультивибратора. 29
6.2. Расчет
параметров элементов времязадающих цепей 29
6.3. Расчет
мощности и тока, потребляемых схемой. 30
7. Разработка источника питания. 31
7.1. Определение
исходных данных (количество источников напряжения, требуемые величины
напряжений и токов нагрузки). 31
7.2. Выбор
схемы выпрямления и типа диодов. 31
7.3. Расчет
и выбор параметров схемы сглаживания пульсаций. 32
7.4. Разработка
принципиальной схемы стабилизаторов, расчет параметров схемы и выбор типа
применяемых элементов. 33
8. Разработка и описание
принципиальной схемы сортировочного устройства. 34
9. Заключение. 35
10. Список литературы. 36
Приложение 1 37
Введение
Быстрое расширение областей применения электронных устройств одна
из особенностей современного научно – технического прогресса. Этот процесс связан
с внедрением интегральных микросхем в управляющие устройства. Применение
интегральных микросхем позволило усовершенствовать и создать новые методы
проектирования, конструктирования и производства радиоэлектронной аппаратуры
различного назначения. Использование цифровой микроэлектроники в различных
областях значительно упростило контроль за различными процессами и повысило
качество выпускаемых изделий.
1. Общие
вопросы проектирования
1.1. Описание технологического процесса
Рассмотрим технологический процесс сортировки некоторых предметов
(изделий), представленный на рисунке 1.
Рисунок 1. Технологическая схема сортировки предметов
Изготовленные предметы из питателя П поступают на транспортную систему
1 и автоматически распределяются (сортируются) по накопителям Н1 – Нn.
Управление осуществляется с помощью сортировочных устройств СУ1 – СУn, измеряющих некоторые параметры предметов и
вырабатывающих сигнал управления на складирование в накопитель Н при совпадении
набора определенных значений параметров предметов с заданным. При достижении
количества отсортированных предметов заданному числу контейнер с отсортированными
предметами удаляется с помощью другой транспортной системы 2, обеспечивая непрерывность
процесса.
Разработаем и рассчитаем основные элементы системы управления
сортировочного устройства.
1.2. Функции,
выполняемые сортировочным устройством.
Количественная оценка каждого признака производится тремя
аналоговыми датчиками (Д1 – Д3), выходное напряжение
которых имеет положительную полярность и изменяется от 0 до 10 В.
Так как одновременную оценку параметров трех признаков обеспечить
технически сложно, то необходимо ввести позиционный (путевой) датчик Д4.
Цифровой выходной сигнал датчика Д4. единичного уровня появляется
тогда, когда аналоговые датчики Д1 – Д3 закончили
формирование своих выходных сигналов.
Числовая оценка параметра признака осуществляется в цифровой форме.
Данный признак Х принимает единичное значение, если выходное напряжение
соответствующего аналогового датчика находится в определенной зоне, задаваемой
двумя пороговыми значениями UДmin
и UДmax:
(1.)
Программа сортировки задается определенной совокупностью цифровых наборов
признаков Х1, Х2, Х3.
При совпадении текущего набора признаков с заданным по программе
счетное устройство вырабатывает сигнал управления исполнительным механизмом (ИМ1)
длительностью tим1,
запускающий процесс складирования отсортированного предмета в накопитель Н1.
В процессе сортировки необходимо вести текущий счет и индикацию в
десятичной форме числа отсортированных предметов.
При достижении заданного числа N отсортированных предметов в накопителе
формируется сигнал определенной длительности tим2
управления исполнительным механизмом (ИМ2), для удаления контейнера
с предметами из накопителя и замены на пустой. При этом счетчик должен
автоматически “обнулиться” и начать счет отсортированных предметов в следующей
партии.
Необходимо предусмотреть автоматическое “обнуление” счетчика предметов
при подаче напряжения питания на сортировочное устройство, а так же “обнуление”
по команде обслуживающего персонала (ручное управление).
1.3. Обоснование
выбора блочной схемы СУ.
На рисунке 2 представлена блочная схема сортировочного устройства СУ,
которая даёт наглядное представление о структуре СУ, его внутренних связях и работы.
Рисунок 2.Блочная схема СУ
Блок аналоговых датчиков (БД) производит измерение трех параметров
предметов в аналоговой форме. Четвертый датчик Д4. выдает сигнал
готовности процесса измерения в цифровой форме. Единичному выходному сигналу
соответствует момент времени, когда все три признака блоком БД сформированы.
Процесс преобразования аналоговых сигналов измерения в цифровой вид
(Х1, Х2, Х3) осуществляет блок формирователей
логических уровней ФЛУ.
Цифровой (программный) автомат (ЦА) работает по жесткой программе,
задаваемой таблицей истинности. При совпадении текущей совокупности измеренных
параметров с заданной выдается выходной сигнал ЦА, используемый для счета и
включения исполнительного механизма после формирования определенной длительности tим1 ждущим мультивибратором
(ЖМ1). Счет количества отсортированных предметов ведется десятичными
счетчиками Сч100 – Сч1. Визуальная индикация числа
предметов производится семисегментными индикаторами И100 – И1
в десятичном виде. Для преобразования состояния счетчика (Сч) из двоичного кода
в код, необходимый для управления индикаторами И100 – И1,
используются специальные дешифраторы DC100 – DC1.
Дешифратор DC2 определяет момент достижения заданного
количества отсортированных предметов. Ждущим мультивибратором ЖМ2
формируется сигнал управления длительностью tим2
вторым исполнительным механизмом и контейнер с предметами удаляется из
накопителя. По этому же сигналу счетчик автоматически “обнуляется”. Установка
счетчика Сч100 – Сч1 в нулевое исходное состояние может
быть произведена вручную оператором путем коммутации кнопки S. Сигнал установки
счетчика в исходное состояние вырабатывается схемой формирования (СФ1).
Питание СУ производится от сети однофазного напряжения 220В,
частотой 50Гц. С помощью понижающего трансформатора ТV получают источник тока с
требуемым напряжением. VD – блок выпрямителей, СТ – блок стабилизаторов
напряжения.
В VD производится преобразование переменного тока в постоянный и
фильтрация полученных нестабилизированных напряжений.
Блок СТ обеспечивает питание электронных схем СУ стабилизированными
напряжениями Uп. При подключении СУ к питающей сети предусмотрено
автоматическое “обнуление” счетчика с помощью схемы формирования (СФ2).
2. Разработка формирователей логических уровней (ФЛУ).
2.1. Разработка
принципиальной схемы ФЛУ.
ФЛУ предназначены для преобразования аналогового сигнала датчиков признаков
(UД1, UД2, UД3) в цифровой сигнал. При этом
должно быть выполнено условие: цифровой сигнал признаков (Х1, Х2,
Х3) принимает “единичное” значение, если:
(2.)
Реализуем поставленную задачу использовав два компаратора, формирующих
выходные сигналы Х1¢, Х1² в соответствии с условием (2).
Диаграмма работы компараторов представлена на рисунке 3.
Рисунок 3.Диаграмма работы компараторов
Рассмотрим работу компараторов для одного канала преобразования
аналогового сигнала первого датчика UД1 в цифровой Х1.
На диаграмме (рисунок 3) представлены зависимости выходных сигналов
компараторов Х1¢ и Х1² от величины входного сигнала датчика
признаков UД1. При напряжении датчика:
;
при .
Принципиальная схема,
реализующая диаграмму (рисунок 3) и задание пороговых уровней UД1min и UД1max,
представлена на рисунке 4.
Рисунок 4.Принципиальная схема ФЛУ
Интегральный компаратор DA1.1 формирует цифровой сигнал Х1¢, а DA1.2 – Х1². С выхода делителя R1, R2,
R3 задается пороговый уровень, равный напряжению UД1min,
а с выхода делителя R4, R5, R6 – UД1max.
Схема (рисунок 4) дополнена логическим устройством DD1.1 , состояние которого в
зависимости от UД1 приведено в таблице 3.
Таблица 3.Состояния логического устройства DD1
Главная
Документация
Файлы
Информация
Рисунок 1. Технологическая схема сортировки предметов
Изготовленные предметы из питателя П поступают на транспортную систему
1 и автоматически распределяются (сортируются) по накопителям Н1 – Нn.
Управление осуществляется с помощью сортировочных устройств СУ1 – СУn, измеряющих некоторые параметры предметов и
вырабатывающих сигнал управления на складирование в накопитель Н при совпадении
набора определенных значений параметров предметов с заданным. При достижении
количества отсортированных предметов заданному числу контейнер с отсортированными
предметами удаляется с помощью другой транспортной системы 2, обеспечивая непрерывность
процесса.
Разработаем и рассчитаем основные элементы системы управления
сортировочного устройства.
1.2. Функции,
выполняемые сортировочным устройством.
Количественная оценка каждого признака производится тремя
аналоговыми датчиками (Д1 – Д3), выходное напряжение
которых имеет положительную полярность и изменяется от 0 до 10 В.
Так как одновременную оценку параметров трех признаков обеспечить
технически сложно, то необходимо ввести позиционный (путевой) датчик Д4.
Цифровой выходной сигнал датчика Д4. единичного уровня появляется
тогда, когда аналоговые датчики Д1 – Д3 закончили
формирование своих выходных сигналов.
Числовая оценка параметра признака осуществляется в цифровой форме.
Данный признак Х принимает единичное значение, если выходное напряжение
соответствующего аналогового датчика находится в определенной зоне, задаваемой
двумя пороговыми значениями UДmin
и UДmax:
(1.) 
Программа сортировки задается определенной совокупностью цифровых наборов
признаков Х1, Х2, Х3.
При совпадении текущего набора признаков с заданным по программе
счетное устройство вырабатывает сигнал управления исполнительным механизмом (ИМ1)
длительностью tим1,
запускающий процесс складирования отсортированного предмета в накопитель Н1.
В процессе сортировки необходимо вести текущий счет и индикацию в
десятичной форме числа отсортированных предметов.
При достижении заданного числа N отсортированных предметов в накопителе
формируется сигнал определенной длительности tим2
управления исполнительным механизмом (ИМ2), для удаления контейнера
с предметами из накопителя и замены на пустой. При этом счетчик должен
автоматически “обнулиться” и начать счет отсортированных предметов в следующей
партии.
Необходимо предусмотреть автоматическое “обнуление” счетчика предметов
при подаче напряжения питания на сортировочное устройство, а так же “обнуление”
по команде обслуживающего персонала (ручное управление).
1.3. Обоснование
выбора блочной схемы СУ.
На рисунке 2 представлена блочная схема сортировочного устройства СУ,
которая даёт наглядное представление о структуре СУ, его внутренних связях и работы.
Рисунок 2.Блочная схема СУ
Блок аналоговых датчиков (БД) производит измерение трех параметров
предметов в аналоговой форме. Четвертый датчик Д4. выдает сигнал
готовности процесса измерения в цифровой форме. Единичному выходному сигналу
соответствует момент времени, когда все три признака блоком БД сформированы.
Процесс преобразования аналоговых сигналов измерения в цифровой вид
(Х1, Х2, Х3) осуществляет блок формирователей
логических уровней ФЛУ.
Цифровой (программный) автомат (ЦА) работает по жесткой программе,
задаваемой таблицей истинности. При совпадении текущей совокупности измеренных
параметров с заданной выдается выходной сигнал ЦА, используемый для счета и
включения исполнительного механизма после формирования определенной длительности tим1 ждущим мультивибратором
(ЖМ1). Счет количества отсортированных предметов ведется десятичными
счетчиками Сч100 – Сч1. Визуальная индикация числа
предметов производится семисегментными индикаторами И100 – И1
в десятичном виде. Для преобразования состояния счетчика (Сч) из двоичного кода
в код, необходимый для управления индикаторами И100 – И1,
используются специальные дешифраторы DC100 – DC1.
Дешифратор DC2 определяет момент достижения заданного
количества отсортированных предметов. Ждущим мультивибратором ЖМ2
формируется сигнал управления длительностью tим2
вторым исполнительным механизмом и контейнер с предметами удаляется из
накопителя. По этому же сигналу счетчик автоматически “обнуляется”. Установка
счетчика Сч100 – Сч1 в нулевое исходное состояние может
быть произведена вручную оператором путем коммутации кнопки S. Сигнал установки
счетчика в исходное состояние вырабатывается схемой формирования (СФ1).
Питание СУ производится от сети однофазного напряжения 220В,
частотой 50Гц. С помощью понижающего трансформатора ТV получают источник тока с
требуемым напряжением. VD – блок выпрямителей, СТ – блок стабилизаторов
напряжения.
В VD производится преобразование переменного тока в постоянный и
фильтрация полученных нестабилизированных напряжений.
Блок СТ обеспечивает питание электронных схем СУ стабилизированными
напряжениями Uп. При подключении СУ к питающей сети предусмотрено
автоматическое “обнуление” счетчика с помощью схемы формирования (СФ2).
2. Разработка формирователей логических уровней (ФЛУ).
2.1. Разработка
принципиальной схемы ФЛУ.
ФЛУ предназначены для преобразования аналогового сигнала датчиков признаков
(UД1, UД2, UД3) в цифровой сигнал. При этом
должно быть выполнено условие: цифровой сигнал признаков (Х1, Х2,
Х3) принимает “единичное” значение, если:
(2.) 
Реализуем поставленную задачу использовав два компаратора, формирующих
выходные сигналы Х1¢, Х1² в соответствии с условием (2).
Диаграмма работы компараторов представлена на рисунке 3.
Рисунок 3.Диаграмма работы компараторов
Рассмотрим работу компараторов для одного канала преобразования
аналогового сигнала первого датчика UД1 в цифровой Х1.
На диаграмме (рисунок 3) представлены зависимости выходных сигналов
компараторов Х1¢ и Х1² от величины входного сигнала датчика
признаков UД1. При напряжении датчика:
;
при 
.
Принципиальная схема,
реализующая диаграмму (рисунок 3) и задание пороговых уровней UД1min и UД1max,
представлена на рисунке 4. 
Рисунок 4.Принципиальная схема ФЛУ
Интегральный компаратор DA1.1 формирует цифровой сигнал Х1¢, а DA1.2 – Х1². С выхода делителя R1, R2,
R3 задается пороговый уровень, равный напряжению UД1min,
а с выхода делителя R4, R5, R6 – UД1max.
Схема (рисунок 4) дополнена логическим устройством DD1.1 , состояние которого в
зависимости от UД1 приведено в таблице 3.
Таблица 3.Состояния логического устройства DD1
