Разработка устройства логического управления (стр. 3 из 4)
Схема устройства приведена ниже:
Рис.4.3 Устройство начального сброса.
Величины элементов выбираем следующие: R1=1 кОм, С1=25 нФ. Резистор типа С2-29В-0.125-1кОм±1%, конденсатор - К50-35-25В-24нФ
4.4 Устройство реализации функции F1
Задание: F1=ФНЧ 1го порядка, fгр=25 Гц, Ку=1, х1=-3Дб.
Передаточной функцией ФНЧ 1го порядка является передаточная функция апериодического звена 1го порядка. Рассчитаем ФНЧ с помощью передаточной функции звена 1го порядка.
, 
, 
Резистор и конденсатор выбираем из стандартного ряда Е48 или Е96 для обеспечения допустимого класса точности.
Для выполнения условия
ставим на выходе ФНЧ компаратор, который сравнивает выходное напряжение ФНЧ и опорное напряжение.Опорное напряжение рассчитаем от уровня 10В.
3дБ = 10-3/20=0,71Uвх
Т.о. Uоп =
Для получения Uоп используем источник тока REF200 с выходом 100мкА и резисторы R1 С2-23 0,125/0,25 1% 51кОм и R2 С2-23 0,125/0,25 1% 20кОм.
Схема реализации Uоп представлена на рис 4.5
Схема реализации функции
представлена на рис 4.4Используемые элементы R С2-23 0,125/0,25 1% 3,2кОм, С К50-35-25В-2мкФ компаратор LM111FE.
Рис.4.4 Схема реализации функции
Рис.4.5 Схема реализации Uоп
4.5 Устройство, реализующее функцию F2
Для реализации устройства функции F2 нам потребуется две схемы: антилогарифматор и вычитатель.
Схема антилогарифматора и значения сопротивлений и емкостей выбираем по [2, стр.150]
Схема реализует функцию:
Uвых=Uоп (R9/R5) e (R7/ (R7+R8)) (Uвх/Uт)
UопR9/R5=2
R7/ ( (R7+R8) UT) =0.2
Пусть опорное напряжение 0,1В и зададим R5=1000Ом, получим R9=200Ом. Выбираем резисторы С2-23 0,125/0,25 1% 1кОм; С2-23 0,125/0,25 1% 200Ом.
UT=26мВ, зададим R7=1кОм, тогда R8=191кОм. Выбираем С2-23 0,125/0,25 1% 1кОм; С2-23 0,125/0,25 1% 191кОм.
Рис.3.6. Схема антилогарифматора.
Выбираем схему вычитателя [2, стр.138].
Uвых=A (U1 - U2), в данном случае A=1.
Выбираем резисторы так, чтобы R16=R17=R18=R19=10кОм. Выбираем резисторы из ряда E96 С2-23 0,125/0,25 1% 10кОм.
Рис.3.7. Схема вычитателя.
4.6 Подключение контактного сигнала
Для реализации логического сигнала B1 мы должны преобразовать контактные сигналы в логический. На данной схеме это реализовано на основе оптопары. Логические элементы: DD34 ИСКЛ. ИЛИ (74F86PC).
В качестве оптопары будем использовать оптопару TLP521-1 со следующими параметрами:
| Коэффициент передачи по току, при токе 10мА,% | 600 |
| Напряжение коллектор-эммитер, В | 55 |
| Напряжение изоляции, кВ | 2,5 |
Рис.4.8 Схема реализации сигнала B1
4.7 Устройства опорного напряжения
Для реализации опорного напряжения будем использовать источники тока REF200 и сопротивления для получения соответствующего напряжения.
Опорное напряжение для нормирующего устройства датчика составляет 0,1В. R=U/I=0.1/100*10-6=1000 Ом, по ряду E96 выбираем резистор С2-29-0,125-1 кОм±0,05%.
Опорное напряжение для функции F2=5|Uн | U=7B.
Отсюда R=U/I=7/100*10-6=70kОм. Из ряда E96 выбираем резистор С2-23 0,125/0,25 1% 70кОм.
Рис.4.9 Схема подключений для получения опорного напряжения.
4.8 Устройство индикации
Для реализации устройства индикации нам потребуются АЦП и устройство, выводящее значение сигнала.
Устройство АЦП должно выводить сигнал с точностью до 1 десятой паскаля, при этом максимальное значение сигнала, согласно заданию, получается при изменении Uном от 0В до 10В соответствующее графику:
Рис.4.10 График зависимости F2 (UH).
т.е. от 0,42В до 4,755В. Для выберем АЦП 6-разрядный со входным сигналом, содержащим диапазон от 0,4В до 4,8В и выходные сигналы не более 5В. Выбираем AD7680 со следующими параметрами:
| Шифр изделия | AD7680 |
| Амплитуда вх. сигнала | от 0 до VDD |
| Пропускная способность | 100000 циклов/с |
| Входной сигнал | униполярный |
| Интегральная нелинейность (макс), МЗР | 4 |
| Рассеиваемая мощность, мВт | 3 при 3 В 15 при 5 В |
| Корпус | SOT-23 |
| Корпус напряжение, внеш/внутр | внеш. |
| Интерфейс | последовательный |
| Описание | миниатюрный, 16-разрядный, 100 тыс. цикл/с, униполярный |
Рис.3.11 Схема подключения AD7680
Для вывода сигнала на индикатор потребуется двоично-десятичный дешифратор разрядов. Устройство индикации:
| Наименование | Kол-воразр., M | Прямойток, мА | Макс. прям.напряж., В | Макс. обрат.напряж., В | Макс. прям.ток, мА | Макс. прям.импул. ток, мА | tи. мс | Типкорпуса |
| KИПЦ09А-2/7K | 2 | 20 | 2 | 5 | 20 | 150 | 10 | KИ5-17 |
Рис.3.12. Тип корпуса устройства индикации
4.9 Устройства сопряжения
Устройства сопряжения нужны трех типов:
Нормализация шкалы датчика;
Устройства сравнения (компараторы);
Устройства сопряжения КЛУ1 с транзисторами и электродвигателем.
Нормализация шкалы датчика
Для нормализации шкалы датчика надо расширить шкалу до 10В.
Рис.3. Схема нормализации сигнала датчика
Устройства сравнения.
Для сравнения сигнала с устройства F2 с заданным необходимо получить значение заданного сигнала на основе схемы REF200 R=U/I=7/0.00001=70кОм.
Выбираем резисторы из ряда E96 С2-23 0,125/0,25 1% 70кОм. В качестве компаратора будем использовать LM111FEс параметрами:
| Совместимость с технологиями | RTL, DTL, TTL, MOS |
| Uи. п. | 1,5…15В |
| Uсм | 0.7…3мВ |
| Iвх | 60…100нА |
| ΔIвх | 4…10нА |
| Iвых | 50мА |
| tуст | 0,04мкс |
| Iпот | 5…6мА |
| RT | 6,4мВт/С |
| Тип корпуса | DIP-8 |
Рис.3. Схема включения компаратора.
Устройства коммутации с внешними элементами.
Необходимо разработать три устройства для коммутации логических сигналов с транзисторами и электродвигателем.
Для сопряжения автомата с транзисторами используется твёрдотельное реле К293ЛП6Р со следующими параметрами:
| Характеристика | ТТЛ-выход (2 канала) |
| Напряжение изоляции, В | 3000 |
| Вход. ток во включ. состоянии, мА | 5-20 |
| Скорость передачи данных, Мб/с | 2 |
| Ток потребления, мА | 10 |
| Выходное напряжение, В | 5-15 |
| Тип корп. | DIP-8 |
Рис.3. Схема включения устройства сопряжения.
Резистор R1,R2 предназначены для ограничения тока на уровне 10 мА:
. Выбираем резистор 499Ом.Разработаем устройство управления электродвигателем
По условию курсового задания мощность управления составляет 10ВА. Будем считать напряжение питания электромагнита равным Ud=127/
=89.8В, тогда можно вычислить ток управления. 
.В схеме управления будем использовать оптоэлектронное реле, которое помимо усиления сигнала управления обеспечит гальваническую развязку электромагнитов и автомата.
| Наименование | 4N29 |
| Функцион. схема (номер схемы) | 8 |
| Kоэффициент передачи по току, при токе=10 мА,% | 100 |
| Напряжение коллектор-эмиттер, В | 30 |
| Макс. выходной темновой ток коллектора, мА | 150 |
| Напряжение изоляции, кВ | 2,5 |
| Тип корпуса | PDIP-6 |
Рис.3. Схема устройства 4N29.
Как видно из таблицы данное реле удовлетворяет нашим требованиям.