Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 187
Скачиваний: 7
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
функциональная схемы устройства. В САПР (системе автоматизированного
проектирования) CircuitMaker, бесплатном аналоге САПР Altium Designer,
после подбора компонентов была создана принципиальная электрическая
схема устройства, а на её основе чертёж печатной платы.
Также в САПР CircuitMaker для изготовления принципиальной
электрической схемы и макета печатной платы были созданы схемные
библиотеки компонентов и посадочные места печатных плат.
2.1.1 Структурная схема
На рисунке 7 представлена структурная схема модуля АИИСКУЭ. На
ней представлены основные компоненты.
Рисунок 7 – Структурная схема устройства измерения температуры и
электросопротивления
Через AC/DC преобразователь обеспечивает питание всей схемы.
Интерфейс RS-485 используется для отправки и получения данных со
счетчика.
Микроконтроллер по своей сути является мостом между интерфейсами
RS-485 и Wi-Fi, а также обладает возможностью промежуточной обработки
данных или их мониторинга.
Реле применяется для управления нагрузками. Цифровые выходы
необходимы для последующего расширения возможностей устройства.
Данная структурная схема легла в основу для составления
функциональной схемы устройства.
2.1.2 Функциональная схема
На рисунке 8 представлена функциональная схема модуля. При
разработке функциональной схемы происходило уточнение и конкретизация
структурной схемы устройства, а также подбирались компоненты и
протоколы.
Рисунок 8 – Функциональная схема
2.1.3 Выбор компонентов и интерфейсов
Микросхема MAX485
Для преобразования интерфейса UART в «RS-485» на физическом уровне используется микросхема MAX485 компании Maxim Semiconductor.
Выбор преобразователя интерфейсов производился по следующим критериям:
- себестоимость;
- низкий ток потребления;
- высокая скорость работы;
На основе микросхемы MAX485 был выполнен модуль преобразователя интерфейсов UART TTL — RS-485, схема модуля представлена на рисунке 9. Модуль также содержит светодиод питания и терминальный резистор 120 Ом между линиями «A» и «B». Структурно-функциональная схема представлена на рисунке 10.
Рисунок 9 – Принципиальная схема модуля на основе MAX485
Разъем P1 – UART TTL:
- DI – вход передатчика;
- DE – (driver enable) – разрешение работы передатчика;
- RE – (receiver enable) – разрешение работы приемника;
- RO – выход приемника.
Разъем P2 – RS-485:
- VCC – питания;
B – инверсный дифференциальный вход/выход линии RS-485;
- A – прямой дифференциальный вход/выход линии RS-485;
- GND – общий.
Рисунок 10 – Структурно-функциональная схема MAX485
Микросхема CH340
Для организации моста UART-USB» используется микросхема CH340 компании Maxim Semiconductor.
Микроконтроллер ESP-12N
Для управления работой модуля и его компонентами, передачи и обработки данных была выбрана однокристальная микро-ЭВМ ESP-12N с интерфейсом Wi-Fi. Данная микро-ЭВМ выбиралась по следующим критериям:
-
тип микропроцессора – 32-битный; -
высокая частота процессора – от 80 до160 МГЦ; -
достаточный объём программируемой памяти – не менее 512 КБ. -
достаточный объем оперативной памяти – не менее 40 КБ. -
поддержка протокола TCP/IP -
поддержка Wi-Fi -
поддержка UART -
широкий диапазон рабочих температур -40 до +40 °C
-
2.1.4 Используемые инструменты разработки
Для разработки программы (прошивки) для контроллера
использовались различные инструменты, в том числе и свободные с
открытым исходным кодом. К ним относятся интегрированная среда
разработки (IDE) Arduino IDE, использующая компилятор GCC, изменённый
для работы с данной архитектурой и ядром, программы для прошивки микро-
ЭВМ avrdude и расширение ESP8266 Community.
Arduino IDE – торговая марка аппаратно-программных средств для
построения простых систем автоматики и робототехники. (IDE) состоит из
бесплатной программной оболочки для написания программ, их компиляции
и программирования аппаратуры Данное IDE предназначенна для разработки
программ под различные микроконтроллеры (микро-ЭВМ), таких как: Atmel
SMART с архитектурой ARM, Atmel AVR с архитектурой AVR-8 и AVR-32,
STM 32 производства STMicroelectronics и Intel x86. IDE обеспечивает легкое
написание, сборку и отладку программ, написанных на C\C++ или
ассемблере. В качестве компилятора в Arduino IDE используется GCC.
GCC является свободным программным обеспечением,
распространяется фондом свободного программного обеспечения на
условиях GNU GPL и GNU LGPL и является ключевым компонентом GNU
toolchain. Он используется как стандартный компилятор для свободных
UNIX-подобных операционных систем.
Изначально названный GNU C Compiler поддерживал только язык Си.
Позднее GCC был расширен для компиляции исходных кодов на таких
языках программирования как C++, Objective-C, Java, Фортран и Ada. Версия
компилятора под ядро AVR поддерживает языки C, C++, Assembly.
Есть несколько способов прошивки микро-ЭВМ: высоковольтное
программирование, программирование через любой порт с использованием
загрузочного кода, программирование через интерфейс JTAG,
программирование через интерфейс SPI и UART.
Для прошивки бинарных файлов в микро-ЭВМ ESP-12N
использовалось Arduino IDE c расширением ESP8266 Community.
Основные достоинства данной программы – простота
конфигурирования, возможность использовать множество различных
программаторов, простота использования.
3 Задача выбора сглаживающего фильтраКонец формы
3.1 Разработка постановок задач с описанием ЦОК (целей, ограничений, критериев)
Сглаживающий фильтр – электрическая цепь, позволяющая уменьшить пульсации напряжения, получаемые на выходе выпрямителя. Основной характеристикой фильтра является коэффициент сглаживания пульсаций S, представляющий собой отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра Pвх к коэффициенту пульсаций на выходе Pвых
S = Pвх / Pвых . (1)
Качество сглаживающего фильтра (СФ) характеризуется следующими величинами:
(2)
(3)Коэффициент сглаживания:
(4)Коэффициент сглаживания учитывает подавление пульсаций и передачу постоянной составляющей U.
Для устройств, беспрепятственно передающих постоянную составляющую, коэффициент сглаживания – это деление пульсаций между нагрузкой и фильтром (при
этом считается, что
).
- коэффициент деления (5)При расчёте коэффициента сглаживания применяются различные определения коэффициента пульсаций. Интенсивность пульсации оценивают различными способами – вычисляют:
действующее значение U; амплитуду
; значение 
;
(6)По частотному составу различают:
- низкочастотную пульсацию (<300Гц)
- высокочастотную пульсацию (>300Гц).
Применяются разнообразные фильтры:
1) по принципу действия:
а) пассивные
б) активные
2) по степени сложности:
а) простые (однозвенные)
б) сложные (многозвенные или резонансные);
3) по виду элементов:
а) LC-фильтры
б) RC-фильтры.
При проектировании фильтров как и при проектировании других электронных систем и устройств используются общесистемные критерии оптимальности: минимальная стоимость, минимальная масса, и минималь-ные габариты
Минимизация сводится к минимизации суммарной ёмкости и индуктивности.
Строится на индуктивностях, емкостях, сочетаниях активных сопротивлений и емкостей.
L-фильтры
Простейший пассивный фильтр: L-фильтр.
Для него справедливы следующие соотношения:
(7)
(8)
(9)
(10)С-фильтр
Рисунок 11
Для него справедливы следующие соотношения:
(11)
(12)
(13)
(14)Из формулы (13) следует, что С-фильтр эффективен в выпрямителях с малым количеством m импульсов за период выпрямленного напряжения и в устройствах с малым током нагрузки, т.о. область применения С-фильтра противоположна применению L-фильтра.
При необходимости достижения повышенного коэффициента сглаживания, применяют LC-фильтры.