Составление цифровых и аналоговых схем датчика угла поворота

Страницы работы

Содержание работы

Введение

Электропривода на основе двигателей постоянного тока используются в различных отраслях промышленности – металлургии, машиностроении, химической, угольной, деревообрабатывающей промышленности и др. Развитие электроприводов направлено на создание высокопроизводительных машин с высокой степенью автоматизации.

Регулирование и ограничение тока в якорных обмотках двигателей постоянного тока занимает важное место в автоматизированном электроприводе. Применение с этой целью систем автоматизированного управления с обратной связью, является одним из наилучших путей создания регулируемого электропривода. Важным элементом данных систем является датчик тока с гальванической развязкой цепи, который требуется разработать в данном курсовом проекте.


1.  Функциональная схема цифрового датчика тока (ЦДТ)

  

Рис.1 Функциональная схема ЦДН.

ВЦ   –  входная цепь. Состоит из шунтирующего сопротивления.

Вх.У.  –   входной усилитель, усиливающий входной сигнал.

ВМ     –   выделитель модуля

АЦП  –   аналогово-цифровой преобразователь. Преобразует аналоговый сигнал в  цифровой.

ПР      –  потенциальный разделитель (гальваническая развязка)

ЦАП  –   цифро-аналоговый преобразователь. Преобразует цифровой сигнал в аналоговый

П        -    преобразователь из двоичного кода в десятичный            

ЦИ     –    цифровой индикатор

В        –    вольтметр

БОЗ  –  блок определения знака. Данный блок определяет полярность входного сигнала и передаёт сигнал о знаке на ЦИ и В.


2.  Расчёт отдельных узлов и основных элементов  цифрового датчика тока (ЦДТ).

2.1 Расчёт шунтирующего сопротивления.

Рис.2 Шунтирующее сопротивление

Iвх – входной ток;

Iвх=±10 A;

Rш – шунтирующее сопротивление, включаемое последовательно в контролируемую цепь.

 - падение напряжения на шунте.

Рассчитаю номинал Rш исходя из условия потерь мощности:

где  Pд  - допустимые потери.

Тогда из выражения:

Нахожу Rш:

  Ом

Из ряда стандартных сопротивлений выбираю Rш = 0,018 Ом

Проверка по потерям мощности на Rш:

Pш=I2вх∙Rш=(10)2∙0,018=1.8 Вт < 2 Вт

 В

2.2 Расчёт дифференциального усилителя.

Рис.3  Дифференциальный усилитель

Uвх у=0,18 – напряжение на входе усилителя.

Uвх.ВМ=10 В

Должно выполняться следующее равенство:

Принимаем  R4=R3=100 кОм, тогда

Отсюда

Принимаю R1=10 кОм, тогда

 Ом

Из ряда сопротивлений выбираю R4=270 кОм

Выбираем ОУ DA1 серии:

К544УД2А [1]

Его параметры заносим в таблицу 1:

Таблица 1.

Серия ОУ

Uвых.макс(+)

Uвых.макс(-)

Iпот,мА

Iкз,мА

Iвх,нА

К544УД2А

10

-10

7

45

0.1


2.3 Расчёт выделителя модуля.

Рис.4  Выделитель модуля.

Uвх.АЦП – напряжение на входе АЦП.

Uвх.ВМ – напряжение на входе выделителя модуля.

Расчёт выделителя модуля будем производить исходя из того, что:

Т.к.            ,   то

Коэффициент усиления выделителя модуля равен 1 ,т.е. Uвых.ВМ=Uвх.АЦП=Uвх.ВМ=10 В

Для этого необходимо чтобы выполнялось условие:

Примем:   R6= R5= R8=10 кОм;    R9= R7=20 кОм;  

Выбираем операционные усилители DA2.1 и DA2.2 серии К157 УД2[1].

  Их параметры заносим в таблицу 2:

Таблица 2.

Серия ОУ

Uвых.макс(+)

Uвых.макс(-)

Iпот,мА

Iкз,мА

Iвх,нА

К157 УД2

13

-13

7

45

500

 Выбираем диоды VD1 и VD2 по прямому току и обратному напряжению с коэффициентом запаса равным 2.

Uобр=2∙10=20 В

Iпр=2∙

Выбираем диоды серии Д2Ж [2], параметры их заносим в таблицу 3:

 Таблица 3.

Серия диода

Uобр.макс

Uобр.и.макс

Iпр.ср.макс,мА

Iпр.и.,мА

Д2Ж

150

150

8

10


2.4 Расчёт АЦП.

Выбираем микросхему АЦП К572 ПВ1, которая является универсальным многофункциональным узлом для устройств аналогового ввода-вывода микропроцессорных систем низкого и среднего быстродействия. Микросхема выполняет функции АЦП последовательных приближений с выводом параллельного двоичного кода через выходные каскады с тремя состояниями. Выходной ток при UREF=10 В равен 1мА, ток нагрузки логических выходов не должен превышать 40 мкА для сигналов высокого уровня и 400 мкА для сигналов низкого уровня. Опорное напряжение не должно превышать ±15 В [3].

Номинальные параметры:

Опорное напряжение                                 UREF=10 B;

Напряжения питания                                  Ucc1=5 B; Ucc2=15 B;

Токи потребления                                       Icc1=3 mA; Icc2=5 mA;

Выходное напряжение низкого уровня     U0L=0.3 B;

Выходное напряжение высокого уровня   U=2.4 В.

     Рис.5  Схема включения  микросхемы К572 ПВ1 в режиме АЦП.

В схеме используется ОУ DA4 серии К574 УД1. Параметры его в табл.4

Таблица 4

Серия ОУ

Uвых.макс(+)

Uвых.макс(-)

Iпот,мА

Iвх,нА

К574 УД1

10

-10

10

0.5

Назначение выводов приведено в таблице 5:

Таблица 5

Назначение выводов АЦП

Номер вывода

Назначение вывода

Номер вывода

Назначение вывода

1

2

3

4-15

16

17

22

23

24

25

26

27

28

Последовательный вход

Вход управления

Напряжение питания Ucc1

Цифровой вход-выход

Вход управления МР

Вход управления режимом

Выход цикл

Вход сравнения

Напряжение питания Ucc2

Вход тактовых импульсов

Выход конец преобразования

Вход запуск

Вход цикл

29

30

31

32

40

41

42

43

44

45

46

47

48

Вход стробирован. АЦП

Цифровая земля

Конечный вывод

Общий вывод резисторов R/2,R/4

Вывод резистора R/4

Вывод резистора R/2

Опорное напряжение

Аналоговый вход 1

Аналоговый вход2

Общий вывод резисторов аналоговых входов 1,2

Аналоговый выход1

Аналоговый выход 2

Аналоговая земля


2.5 Расчёт гальванической развязки.

Для гальванической развязки выберем оптоэлектронные переключатели. Выбираем оптоэлектронный переключатель серии АОД 101А [4].

Параметры данного элемента:

Падение напряжения на оптроне Uопт=1.5 В

Входной постоянный ток Iвх=10 мА

Входное обратное напряжение Uвх.обр=3.5 В

Выходное обратное напряжение Uвых.обр=15 В

Выходное обратное импульсное напряжение Uвых.и.=20 В

Рис.6 Оптоэлектронный переключатель.



2.6 Расчёт ЦАП.

Выбираем микросхему АЦП К572 ПВ1, которая работает в режиме ЦАП. [3]

Номинальные параметры:

Опорное напряжение                                 UREF=10 B;

Напряжения питания                                  Ucc1=5 B; Ucc2=15 B;

Токи потребления                                       Icc1=3 mA; Icc2=5 mA;

Выходное напряжение низкого уровня     U0L=0.3 B;

Выходное напряжение высокого уровня   U=2.4 В.

В схеме используется ОУ К574 УД1.Параметры его в табл.4

Назначение выводов указано в таблице 5.

Рис.7 Схема включения  микросхемы К572 ПВ1 в режиме ЦАП.


2.7 Расчёт преобразователя.

Похожие материалы

Информация о работе