Виброметр

Дата добавления: 07 Апреля 2013 в 02:54
Автор: s******@rambler.ru
Тип работы: курсовая работа
Скачать полностью (799.14 Кб)
Работа содержит 1 файл
Скачать  Открыть 

Мое искажение.doc

  —  1.79 Мб

ФИЛИАЛ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МЭИ»»

 в г. Смоленске

 

Кафедра вычислительной техники

 

 

 

 

 

«Виброметр.

Расчетно-пояснительная  записка»

 

 

 

 

                        Руководитель:

___________ Аверченков О.Е

"___" ______________2012г

 

 

 

Автор работы:

студент группы ВМ-09

____________Соловьева А.А.

"___" _____________ 2012г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Смоленск

2012

Аннотация

 

Курсовая работа по курсу «Схемотехника ЭВМ» на тему «Виброметр ». 

Цель работы – создание устройства, позволяющего определить максимальный сигнал от датчика вибрации и вывести на индикатор величину этой вибрации. 
Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе содержит:

    • листов – 27;
    • рисунков – 110;
    • таблиц – 2;
    • приложений – 3;
    • источников – 10;

 

В ходе разработки данного  устройства рассматривались варианты различных схем аналого-цифрового преобразователя, формата хранения данных о величине вибрации в памяти микроконтроллера, различных схем индикации.

Техническое решение  устройства предложено на базе ОВМ  семейства x51 AT89C51 фирмы Atmel. Устройство представляет собой схему с  индикатором, кнопками для управления периодами снятия показаний с датчика, т.е. запуска, сброс.

Разработано ПО для управления устройством.

 

Оглавление

 

 

Техническое задание

        
          Разработать устройство, способное регистрировать сигнал с вибродатчика и определять уровень вибрации в соответствии с образцовым напряжением аналого-цифрового преобразователя, а также важным является частота, с которой мы будем снимать сигнал. Она должна соответствовать как способностям процессора, так и скорости изменения амплитуды сигнала. Однокристальный микропроцессор будет обрабатывать данные с датчика, а также управлять индикацией.

 

Требования к устройству:

 

  1. Устройство должно быть автономным, питающимся за счет внутреннего источника постоянного напряжения, к примеру, от батареек.
  2. Устройство должно предоставить возможности запуска или сбрроса.
  3. Диапазон рабочих частот должен соответствовать скорости микропроцессора и скорости изменения амплитуд сигнала с датчика.
  4. Должны быть средства для индикации максимального уровня вибрации.

 

Назначение и  область использования

 

Разработанное устройство может быть использовано, прежде всего, для определения дисбаланса вращения некоторой турбины. Вот несколько из вариантов применения виброметра:

  1. Для измерения дисбаланса на изношенном карданном вале;
  2. для поиска разбалансировки на турбинах различного типа;
  3. для определения максимальной вибрации некоторой плоскости промышленного оборудования с целью ее устранения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Эксплуатация современного промышленного оборудования и средств транспорта сопровождается значительным уровнем шума и вибрации, негативно влияющих на состояние здоровья работающих. С точки зрения безопасности труда шум и вибрация – одни из наиболее распространенных вредных производственных факторов на производстве, которые при определенных условиях могут выступать как опасные производственные факторы. Кроме шумового и вибрационного воздействия, вредное влияние на человека в процессе труда могут оказывать инфразвуковые и ультразвуковые колебания.

Приборов контроля, как в лабораториях, так и на производствах, сегодня множество, практически можно измерить и осуществить контроль любых параметров при изготовлении и эксплуатации материалов и изделий из них. Основная область использования виброметра – это эксплуатационный и технологический контроль промышленных объектов, оснащённых роторным оборудованием и подшипниковыми узлами, то есть контроль функционирования редукторов, систем управления и охлаждения, генераторов переменного тока, выхлопных трактов, передач, а также своевременное выявление неполадок в работе подшипников и системы торможения. 
         В бытовом оборудовании прибор применяют для контроля качества в процессе изготовления таких изделий, как стиральные машины, пылесосы, телевизионные лампы, телефоны, узлы компьютеров или инструменты, оснащённые электроприводом. 

Таким образом, устройство, измеряющее максимальную вибрацию некоторой поверхности, можно использовать для устранения и контроля уровня вибрации в производстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Структурная схема  и общий алгоритм работы устройства.

 

Рисунок 1. Структурная схема устройства

 

Устройство работает следующим образом: 
при нажатии на клавиатуре кнопки «пуск» мы разрешаем устройству считывать сигнал с датчика вибрации, который попадает сперва на усилитель, затем на аналого-цифровой преобразователь, и далее цифровой сигнал сохраняется в памяти процессора. Таким образом в течение определенного периода времени мы собираем оцифрованные значения с датчика. Далее процессор обрабатывает массив данных и находит наибольшее значение из снятых и выводит его на индикатор, благодаря которому инженер, исследующий некоторый объект на наличие вибрации мог оценить ее величину. 

Состав устройства

 

Исходя из технических  требований и структурной схемы, в состав устройства будут входить следующие узлы: 
 1)Микропроцессор – производит запись и хранение данных с датчика, а затем обрабатывает эти значения.

2)Клавиатура – состоит  из 2 кнопок, предназначается для управления процессом считывания сигнала с аналого-цифрового преобразователя.

3)Средство индикации – двухразрядный семисегментный индикатор.

           4)Усилитель – неинвертирующий  УНЧ для сигнала от вибродатчика.

           5)АЦП – преобразовывает аналоговый  сигнал от датчика в цифровой для записи в память процессора.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Выбор, обоснование  и расчет отдельных узлов

 

 

Выбор микропроцессора

 

В качестве однокристального микропроцессора для данной работы будет использоваться AT89C8051. Процессор имеет небольшие габариты, количество портов ввода-вывода хватит, чтобы обслужить узлы, присутствующие на структурной схеме. Имеет встроенную флэш-память, объемом в 4Кб, для четырех музыкальных фраз этого вполне достаточно.  Также немаловажной причиной выбора именно этой микросхемы, является наличие в составе двух независимых таймеров, которые обеспечат формирование прямоугольных импульсов. Также микропроцессор предусматривает работу на частоте 12МГц, при напряжении в 5 вольт. Выбор данного напряжения питания обусловлен требованием, что устройство должно работать от батареек. Частота внешнего кварца в 12МГц. Ток потребления в активном режиме на частоте 12 МГц не превышает 15 мА при 6В.

 

Рисунок 2. Условное графическое обозначение AT89S51

 

Для подключения процессора требуется кварцевый резонатор, 2 конденсатора и элементы сбрасывающей RC- цепочки. Частота кварцевого резонатора оговорена в техническом задании и составляет 12 МГц. Будет использоваться резонатор HC-49U. Ёмкость обрамляющих конденсаторов С1-С2 для такого типа резонаторов описана в технической документации к микропроцессору и составляет 30 пФ. Будем использовать 2 отечественных керамических конденсатора КМ5Б М47 33пФ, 10%. Сбрасывающую RC-цепочку рассчитывают исходя из времени разгона микропроцессора. Для кварцевого резонатора частотой в 12МГц, время составляет 1,2 мс. Как правило, время берется с большим запасом. Возьмем постоянную времени . Учитывая, что микропроцессор AT89S8051 уже содержит в своём составе подтягивающий резистор , внешний резистор при этом можно исключить. Рассчитаем величину емкости С3:

Из стандартного ряда значений наиболее близко находится конденсатор с емкостью 1мкФ. Будет использоваться К-35 имп. 1мкФ*160В. Постоянная времени в этом случае

 

Клавиатура

 

В виброметре в состав клавиатуры будут входить 2 контактных ключей, возвращающиеся в исходное положение после нажатия. Логика работы схемы основана на том, что если ключ разомкнут, то на выводе микропроцессора, благодаря внутреннему подтягивающему резистору, устанавливается высокий потенциал, если замкнут, то вывод соединяется с землей, потенциал становится равным нулю.

 

 

 

 

 

 

 

Схема  имеет следующий  вид:

 

Рисунок 3. Устройство клавиатуры

 

В качестве ключей SB1, SB2 будут использоваться тактовые кнопки TC-0403. Рабочее напряжение 12В. Максимальный ток составляется 0.05А

 

Средства индикации

 

В качестве микросхем индикаторов  будем использовать семисегментный одноцветный индикатор КИПЦА38-3/8. Для управления схемами индикации  необходимо устройство, преобразующее  двоичный код на выходах счетчиков  в код управления индикатором. Таким  устройством является дешифратор. Совместно с КИПЦ38А-3/8 применяется дешифратор К514ИД1. Он представляет собой четырех разрядный дешифратор для семисегментных полупроводниковых цифровых индикаторов с разъединенными анодами сегментов. Условное графическое обозначение К514ИД1 представлено на рис. 3.а, КИПЦ38А-3/8 на     рис. 3.б.

рис. 4. Условное графическое обозначение микросхем

К514ИД1 (а) и КИПЦ38А-3/8 (б)

К514ИД1.

Назначение выводов:

1, 2, 4, 5 – входы;

3 – вход гашения;

6 –  общий;

7, 8, 9,  10,  11,  12,   13 – выходы;

14 – напряжение питания. 

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания

5 В ± 5%

Ток потребления

£ 50 мА

Выходной ток низкого уровня

£ 0,3 мА

Выходной ток высокого уровня

2,5…4,6 мА

Входной ток низкого уровня при  U0вx = 0,4В

£|-1,6| мА

Входной ток высокого уровня при  U1вx = 2,4В

£ 1 мА

Входной ток высокого уровня при  максимальном входном напряжении Uвx = 5B

£ 0,07 мА


 
Предельно допустимые режимы эксплуатации:

Ток нагрузки на каждом выходе

7,5 мА

Напряжение источника питания

5,25 В

Входное напряжение, не более

5,25 В


 

КИПЦ38А-3/8.

Назначение выводов:

1- сегмент E, 2- сегмент D , 3- сегмент H, 4 – сегмент C, 5- сегмент G, 7 - сегмент B, 10 - сегмент F, 11- сегмент A;

12 – общий1, 9 – общий2, 8 – общий3;

6 – отсутствует. 
 
 

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания

5 В ± 5%

Ток потребления

£ 10 мА

Диапазон рабочих температур

-55..55°С


Динамическая индикация основывается на инерционности человеческого зрения, что позволяет обслуживать индикаторы по очереди. Для этого необходимо подавать питание только на один индикатор на определенное время. Для такого управления я использую инвертор К561ЛН1 с повышенной нагрузочной способностью, но все 6 логических схем «не» мне не требуется. Я использую три из них. 

 
рис. 5. Инвертор.

 
Усилитель.

 
Усилитель должен быть по возможности  достаточно быстродействующим. Для  реализации устройства был выбран усилитель 140УД7. Частотный диапазон данного  достаточно велик и составляет 0,8 МГц. Скорость нарастания выходного  сигнала составляет VUвых =10  В/мкс. 

 

 

Рисунок 7. Неинвертирующий усилитель низкой частоты

 
Усилитель охвачен цепью обратной связи. Она выполнена в виде сопротивлений  R3  и R4. Обратная связь по способу суммирования входного сигнал и сигнала обратной связи является последовательной.

Нам требуется  усилить напряжение с датчика вибрации  от 0,1 мВ до 1 В. Т.е. требуется обеспечить коэффициент  усиления  Kус = = =10000

Таким образом, Kус= Kоос=1 + =10000

Сопротивления R1 и R2 ограничены сверху и снизу.  Сумма R3 и R4 не должна быть слишком малой. R3 >> R4, поэтому выберем R3= 500 К, тогда

R4=

R3 = 50 Ом  
R5=R3=50 Ом, чтобы минимизировать токовую составляющую нулевого уровня. На рабочих частотах емкостные сопротивления конденсаторов на входе и выходе можно не учитывать, так что возьмем емкости C4=C5=0,5мкФ 
                                 Аналого-цифровой преобразователь(АЦП). 
В нашей схеме нам просто необходимо электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. АЦП КР572ПВ3 решит эту проблему. 
 
Рис.8. Типовая схема включения АЦП КР572ПВ3.

В своей схеме я  использую те же параметры резисторов и конденсатора.  Это двоичный 8-ми разрядный АЦП, способен выдать 256 дискретных значений, однако для решения нашей задачи вполне будет достаточно 30 дискретных значений.  
Параметры:  
           входное напряжение, ..... 10;

Страницы:12следующая →
Описание работы
Цель работы – создание устройства, позволяющего определить максимальный сигнал от датчика вибрации и вывести на индикатор величину этой вибрации.
Содержание
Реферат 2
Оглавление 3
Техническое задание 4
Введение 5
Структурная схема и общий алгоритм работы устройства 6
Выбор, обоснование и расчет отдельных узлов 7
Выбор микропроцессора 7
Клавиатура 8
Средства индикации 8
Усилитель. 10
Аналого-цифровой преобразователь. 10
Описание полной принципиальной схемы (назначение элементов и работа) 12
Оценка потребляемой мощности. 13
Диапазоны рабочих температур (в Со) 14
Описание ПО. Осноной алгоритм работы 14
Подпрограмма записи массива оцифрованного сигнала 15
Подготовка сигнала для индикатора 17
Заключение 18
Список использованной литературы 19