Диплом-Нейросетевая система для управления и диагностики штанговой глубинонасосной установкой (стр. 6 из 18)

3.Выбор и расчет блоков принципиальной схемы

3.1 Генератор тактовых импульсов

Генератор выполнен по схеме автогенератора на логических элементах DD1.1,DD1.2,DD1.3, выполнен на микросхеме К155ЛА3 c кварцевой стабилизацией частоты, кварцевый резонатор ZQ1 с резонансной частотой 80000 кГц.

Схема генератора тактовых импульсов представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 Генератор тактовых импульсов .

Счетчик делитель частоты выполнен на микросхеме К561НЕ10 обеспечивает деление на 3. Предназначен для устранения фазовой нестабильности частоты.

Ближайшие номиналы резисторов и конденсаторов из ряда Е192:

R1, R2: С2-34-0.125-402 Ом ±0.5%;

С1: КТ-2-300В-18 пФ±5%.

3.2 Цифро-аналоговый преобразователь

ЦАП выполнен на микросхеме AD9397 фирмы ‘Analog Devices’.Схема ЦАП представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 Цифро-аналоговый преобразователь.

Технические характеристики указаны в приложении.

3.3 Усилитель напряжений

Усилитель выполнен на основе ОУ 140УД26.

Рассчитаем его коэффициент усиления:

Uвых=10.25 В - максимальное входное напряжение АЦП

Uвх =5 В – максимальное выходное напряжение ЦАП

Ku=Uвых/Uвх=10.25/5=2.05

Схема усилителя представлена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 Усилитель напряжений.

Рассчитаем его коэффициент усиления:

Uвых=10.25 В - максимальное входное напряжение АЦП

Uвх =5 В – максимальное выходное напряжение ЦАП

Ku=Uвых/Uвх=10.25/5=2.05

Выберем R4 равным 10 кОм. Так как коэффициент усиления равен 2.05, то R3=4,89 кОм

R5= R3*R4/(R3+R4)= 3,28 кОм

Подстроечный резистор R6 примем равным 10 кОм.

Из стандартного ряда номинальных значений Е192 выберем следующие значения номиналов резисторов:

R4, R6: С2-29В-0.125-10 кОм±0.1%;

R3: С2-29В-0,125-4,87 кОм±0, 1%;

R5: С2-29В-0,125-3.28 кОм±0,1%.

Основные параметры операционного усилителя К140УД26:

Предельно допустимые значения параметров и режимов:

U_пит=

13.5…

16.5В;

U_{вх. сф}

10В;

R_н= 2КОм ;

Т= -10⁰…+70⁰

Электрические параметры: U_{вых max}=

12В U_см=

30мкВ

I_вх=

40мА

I_вх=35мА

I_пот=4.7мА К_uу=1000000

f1=20МГц U_{вх. сф max} =

11В

К_ос.сф=114Дб

U_см/

T=0.6мкВ/С⁰

ТК

Iвх =1нА/С⁰V_{u вых}=11В/мкс.

3.4 Фильтр нижних частот

В измерительной технике обычно используются фильтры четных порядков, именно они наиболее удобным образом реализуются на основе ОУ.

Выбираем фильтр Баттерворта (структура Рауха).

В качестве звеньев составляющих фильтры четных порядков, используются звенья второго порядка.

Схема фильтра нижних частот представлена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4. Фильтр нижних частот.

Исходными данными для расчёта являются частота среза фильтра fв=1Гц.

Коэффициент передачи фильтра в полосе пропускания Кус=1,

=1,41,с=1,А=1.

Рассчитаем значения резисторов и конденсаторов:

=10 мкФ

=2 мкФ

=31329 Ом

=40467,3 Ом

Из стандартного ряда номинальных значений Е192 выберем следующие значения номиналов резисторов и конденсаторов:

R7,R8: С2-29В-0,25Вт-31,6 кОм±0,1%

R9: С2-29В-0,25Вт-40,7 кОм±0,1%

С2: К77-1-100В-10 мкФ±2%

С3: К77-1-100В-2 мкФ±2%

3.5 Нейрочип

Нейрочип необходим для обучения входным эталонным сигналам и для обработки информации.

Схема нейрочипа NM6403 приведена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 Нейрочип.

Основные характеристики процессора NeuroMatrix NM6403:

- тактовая частота - 40 МГц (машинный такт - 25 нс);

- число эквивалентных вентилей - 115.000;

- технология 0,5 мкм;

корпус 256BGA;

- малое напряжение питания, от 2.7В до 3.6В;

- адресное пространство - 16 Гбайт;

- формат скалярных и векторных данных:

32-разрядные скаляры;

вектора с элементами переменной разрядности от 1 до 64, упакованные в 64- разрядные блоки данных;

аппаратная поддержка операций умножения вектора на матрицу или матрицы на матрицу;

аппаратная реализация функции насыщения два устройства генерации адреса;

- регистры:

8 32-разрядных регистров общего назначения;

8 32-разрядных адресных регистров;

3 внутренних памяти по 32*64 бит;

специальные регистры управления и состояния;

- команды процессора NM6403 32- и 64-разрядные (одна команда обычно задаёт две операции);

- два 64-разрядных программируемых интерфейса для работы с любым типом внешней памяти. Каждый интерфейс поддерживает;

- обмен с двумя банками памяти разного типа (статическая или динамическая память);

- два скоростных байтовых коммуникационных порта ввода/вывода, аппаратно совместимых с портами TMS320C4x.

3.6 Оперативное запоминающие устройство

Все ОЗУ делятся на две большие группы: статические и динамические. В накопителях статических ОЗУ применяются триггерные элементы памяти. В ОЗУ динамического типа запоминающим элементом служит конденсатор, в котором информация хранится в форме наличия или отсутствия заряда.

Статические ОЗУ образуются матрицей запоминающего элемента , каждый из которых может быть установлен в одно из двух состояний, сохраняющихся при поданном напряжении питания.

Наибольшим быстродействием обладают биполярные ОЗУ, построенные на основе элементов ЭСЛ и ТТЛШ, однако эти МС имеют самый высокий уровень энергопотребления .

Схема ОЗУ представлена на рисунке 3.6.

Рисунок3.6 Оперативное запоминающие устройство.

В данном дипломном проекте ОЗУ предназначено для хранения программных настроек, весовых коэфициентов, набора динамограм, соответствующим разным видам неполадок на ШГНУ, результаты сравнения эталонных значений с полученными данными.

Основными параметрами микросхем ОЗУ являются: емкость хранящаяся в ОЗУ, быстродействие, мощность.

3.7 Постоянное запоминающие устройство

В качестве запоминающего устройства в разрабатываемом устройстве была выбрана микросхема Flash памяти – M25P80 фирмы STMicroelectronics.