Файл: 1. 1 Анализ поставленной задачи 9.docx

2 Расчетно-конструкторская часть

2.1 Разработка схемы электрической структурной

Проектируемое устройство имеет следующую схему структурную


Рисунок 2.1 – Схема электрическая структурная проектируемого устройства

Главный блоком в составе схемы является блок «МК» он обрабатывает все процессы происходящие в этом устройстве.

Блок «ИП» питает всю цепь через преобразователь напряжения.

Для включения нашего устройства установлен блок управляемых кнопок. При использовании устройства мы измеряем напряжение, оно проходит через преобразователь и микроконтроллер выводит обработанную информацию на ЖКИ.

При работе данного устройства оно может нагреваться от количества напряжения проходящего через него, поэтому на плату установлен термодатчик. Он измеряет температуру, если она превышает установленные показатели термодатчик передает информацию в микроконтроллер, а он уже управляет транзисторным ключом и активирует систему охлаждения.

2.2 Принцип работы схемы электрической принципиальной проектируемого устройства

Рисунок 2.2 – Схема электрическая принципиальная проектируемого устройства.

После включения эквивалента программа микроконтроллера в течение 3 с выводит на ЖКИ номер своей версии, после чего включает светодиод зелёного цвета свечения HL2, сигнализируя о готовности к работе. Теперь можно подключить вход эквивалента к выходу проверяемого источника. После короткого нажатия на кнопку SB1 "+" прибор перейдёт в ручной режим работы, если же удерживать её нажатой не менее 0,5 с, будет включён автоматический режим.
В автоматическом режиме прежде всего замеряется напряжение проверяемого источника на холостом ходу, затем ток нагрузки постепенно увеличивается, пока напряжение не снизится на 5 % или ток не достигнет предела 9 А.
Напряжение, поступающее от проверяемого источника, понижается резистивным делителем R1R2 для измерения значения, допустимого для встроенного в микроконтроллер DD1 АЦП. Повторитель напряжения на ОУ DA2.1 имеет низкое выходное сопротивление, что необходимо для правильной работы АЦП.

---

Регулируемой нагрузкой проверяемого источника служит транзистор VT3. На его базу через повторитель на ОУ DA1.1, делитель напряжения R5R3 и эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 поступает выделенная интегрирующей цепью R6C1 постоянная составляющая импульсов, формируемых микроконтроллером на выходе RC2. Чем больше коэффициент заполнения импульсов (отношение их длительности к периоду повторения), тем больше постоянная составляющая, тем сильнее открыт транзистор VT3 и больше ток нагрузки проверяемого источника. Пропорциональное этому току напряжение, снятое с резистора R7, усилитель на ОУ DA2.2 доводит до приемлемого для АЦП микроконтроллера значения.
В автоматическом режиме программа постепенно увеличивает длительность импульсов, и ток растёт, пока напряжение проверяемого источника не снизится на 5 % относительно исходного. Далее рост тока прекращается, и на ЖКИ можно прочитать установившиеся значения напряжения и тока. В ручном режиме ток нагрузки регулируют нажатиями на кнопки SB1 "+" и SB2"-", считывая значения напряжения и тока с индикатора HG1.
В отсутствие перегрузки по току на выходе RC7 установлен высокий уровень напряжения. Поэтому полевой транзистор VT2 открыт и не влияет на работу устройства. Но как только ток превысит предельное значение 9 А, микроконтроллер установит на выходе RC7 низкий уровень напряжения и транзистор VT2 закроется, разорвав цепь нагрузки проверяемого источника. На ЖКИ появится сообщение о перегрузке.

2.3 Описание элементной базы

В состав элементной базы проектируемого устройства входят элементы, представленные в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Элементная база проектируемого устройства

Наименование элемента	Внешний вид детали/тип корпуса	Буквенное обозначение	Кол-во, шт
Микроконтроллер PIC16F873A-I/P	DD1 PIC16F873A-I/P	DD1	1
ЖКИ 16х2 MT-16S2H	HG1 MT-16S2H	HG1	1
Резистор 0.125Вт 1 кОм 5%		R8,R9,R12,R13,R18,R19	6
Резистор 0.125Вт 18 кОм 5%		R1	1
Резистор 0.125Вт 910 Ом 5%		R2	1
Резистор 6,2 кОм 5% 0,125 Вт		R3	1
Резистор 0,125 Вт, 39 кОм, 5%		R4	1
Резистор 0.125 Вт, 4.7 кОм, 5%		R5,R11	2
Резистор 0.125 Вт, 22 кОм, 1%,		R6	1
Резистор 1Вт, 0,1 Ом, 5%		R7	1
Резистор 1Вт, 47кОм,5%		R10	1
Резистор 0,125Вт 10кОм, 5%		R14,R15	2
Резистор подстроечный 0,5Вт, 22кОм		R16	1
Резистор подстроечный 0,5Вт, 47кОм		R10	1
Резистор 0,125Вт , 200Ом, 5%		R17	1
Конденсатор 4700 мкФ, 50 В, 105°C, 20%		С2	1
Конденсатор 4.7 мкФ, 25 В, 105°,		С1	1
Конденсатор 1000мкФ, 25В, 105°C, 20%		С3	1
Конденсатор 100nF, ±20%, 50V, Y5V		С4,С7	2
Конденсатор 470мкФ, 16В, 105°C, 20%		С5	1
Электролитический конденсатор, 27 мкФ, 100 В		С6,С8	2
Транзистор NPN 40В 0.1А 0.15Вт 250Мгц КТ13	KT315B	VT1	1
Транзистор NPN 45В 3А 25Вт 3Мгц	КТ817Б	VT4,VT5	2
Кварцевый резонатор 4.000 МГц HC-49SM		ZQ1	1
Светодиод красный 50° d=5мм 0.9мКд 655нМ	АЛ307БМ	HL1	1
Светодиод зеленый 50° d=5мм 1.5мКд 567нМ	АЛ307ГМ	HL2	1

---

Управляющим элементом в устройстве является микроконтроллер PIC16F873A-I/P.

Далее приводится его описание. Информацию можно посмотреть, например, на сайте www.chipdip.ru

PIC16F873A-I/P, Микроконтроллер 8-Бит, PIC, 20МГц, 7КБ (5Кx10) Flash, 6 I/O [SPDIP-25]



Рисунок 2.3 – Микросхема микроконтроллера PIC16F873A-I/P в корпусе SPDIP-25


Рисунок 2.4 – Размеры корпуса микроконтроллера
Технические параметры:

• 
  Серия pic 12f
  
• 
  Ядро pic
  
• 
  Ширина шины данных 8-бит
  
• 
  Тактовая частота 20 мгц
  
• 
  Количество входов/выходов 28
  
• 
  Объем памяти программ 7 кбайт(5k x 10)
  
• 
  Тип памяти программ flash
  
• 
  Объем EEPROM 128x8
  
• 
  Объем RAM 64x8
  
• 
  Встроенная периферия por, wdt
  
• 
  Напряжение питания 2…5.5 в
  
• 
  Рабочая температура -40…+85c
  
• 
  Корпус SPDIP-25
  

Так же для изготовления этого устройства требуются дополнительные компоненты такие как:

MT-16S2H-2YLG, ЖКИ 16х2 англо-русский, с подсветкой



Рисунок 2.5 – ЖК-экран с подсветкой

• 
  Количество символов: 16
  
• 
  Количество строк :2
  
• 
  Подсветка: есть
  
• 
  Цвет: желтый/зеленый
  
• 
  Температурный диапазон: расширенный
  
• 
  Встроенные фонты: русский/английский
  
• 
  Напряжение питания В: 5
  
• 
  Вес, г: 45
  

Термодатчик, 0.5C, Ind, [TO-92]

• 
  Минимальная измеряемая температура,С: -55
  
• 
  Максимальная измеряемая температура,С: +125
  
• 
  Чувствительный элемент: п/п
  
• 
  Точность,%: 0.5
  
• 
  Время ответа,с: 0.75
  
• 
  Измеряемая среда: газ/поверхность
  
• 
  Напряжение питания,В: 3…5.5
  
• 
  Выходной сигнал цифровой: (1-wire)
  
• 
  Корпус: to-92
  
• 
  Вес, г :0.3
  

IRFZ44NPBF, Транзистор, N-канал 55В 41А [TO-220AB]

• 
  Структура: n-канал
  
• 
  Максимальное напряжение сток-исток Uси,В: 60
  
• 
  Максимальный ток сток-исток при 25 С Iси макс..А: 50
  
• 
  Максимальное напряжение затвор-исток Uзи макс.,В : 20
  
• 
  Сопротивление канала в открытом состоянии Rси вкл. (Max) при Id, Rds (on) 0.0175 Ом/25А, 10В
  
• 
  Максимальная рассеиваемая мощность Pси макс..Вт: 150
  
• 
  Крутизна характеристики, S: 15
  
• 
  Корпус: TO-220AB
  
• 
  Пороговое напряжение на затворе: 4
  
• 
  Вес, г: 2.5
  

---

КТ819Г, (2012 г)

• 
  Структура: npn
  
• 
  Статический коэффициент передачи тока h21э мин: 12
  
• 
  Корпус: kt-28
  
• 
  Граничная частота коэффициента передачи тока fгр,МГц: 3
  
• 
  Макс. напр. к-э при заданном токе к и заданном сопр. в цепи б-э.(Uкэr макс),В: 100
  
• 
  Максимальная рассеиваемая мощность к (Рк,Вт): 1.5
  
• 
  Максимально допустимый ток к ( Iк макс,А): 10
  

LM358N/NOPB, Двухканальный операционный усилитель с однополярным питанием, 3В…32В [DIP-8]

• 
  Тип усилителя: общего применения
  
• 
  Кол-во каналов: 2
  
• 
  Скорость нарастания выходного сигнала, В/мкс: 0.1
  
• 
  Частота единичного усиления, МГц: 1
  
• 
  Токовое смещение на входе, нА: 45
  
• 
  Напряжение смещения на входе, мкВ: 2000
  
• 
  Ток собственного потребления, мА: 1
  
• 
  Выходной ток на канал, мА: 40
  
• 
  Напряжение питания однополярное(+)/двуполярное (±), В: +3...32, ±1.5...16
  
• 
  Рабочая температура, °C: 0…+70
  
• 
  Корпус: DIP-8 (0.300 inch)
  
• 
  Вес, г : 1
  

Линейный стабилизатор напряжения L7805CV TO-220

• 
  Тип Линейный стабилизатор напряжения
  
• 
  Корпус TO-220
  
• 
  Серия L78
  
• 
  Напряжение на выходе 4,75-5,25 В
  
• 
  Входное напряжение 7-28 В
  
• 
  Ток собственного потребления 4,3 мА
  
• 
  Максимальный выходной ток 1,5 А
  
• 
  Допустимое падение напряжения вход-выход 2 В
  
• 
  Подавление пульсаций питания 50 дБ
  
• 
  Рабочая температура до 150°C
  
• 
  Размеры (ВхДхШ) 9,15 x 10,4 х 4,6 мм
  
• 
  Вес 1,6 г
  

LM7812CT, Стабилизатор напряжения +12В, 4%, 1А [TO-220]

• 
  Полярность : положительная
  
• 
  Тип выхода: фиксированный
  
• 
  Количество выходов: 1
  
• 
  Выходное напряжение, В: 12
  
• 
  Максимальный ток нагрузки, А: 1
  
• 
  Падение напряжения при Iвых, В (А): 2(1)
  
• 
  Максимальное входное напряжение, В: 35
  
• 
  Рабочая температура,°C: -40…+125
  
• 
  Корпус: to-220
  
• 
  Вес, г : 2.122
  

Радиатор транзисторный

---

EC2510H12B, Вентилятор 12В, 25х25х10мм , подш. качения, 9000 об/мин

• 
  Тип подшипника качения
  
• 
  Рабочее напряжение,В 12
  
• 
  Ток,А 0.06
  
• 
  Частота вращения,об./мин. 9000
  
• 
  Производительность,м.куб./мин. 0.05
  
• 
  Шум, дБA 20
  
• 
  Размеры рамы,мм 25x25
  
• 
  Толщина,мм 10
  
• 
  Вес, г 17
  
• 
  Вентилятор подключается к плате проводами
  

---