Разработка системы управления роботом (стр. 3 из 5)
Выбираем фотоимпульсный датчик фирмы ООО «СКБ ИС Центр» ЛИР 212-А с разрешающей способностью преобразователя до 32000 дискрет/оборот. Схема и характеристики фотоимпульсного датчика представлены на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема и характеристики фотоимпульсного датчика.
В качестве рекомендуемой схемы подключения фотоимпульсного датчика воспользуемся рекомендованной производителем схемой с применением оптрона. Схема подключения фотоимпульсного датчика изображена на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема подключения фотоимпульсного датчика.
Применим оптрон с логическим выходомFairchild Optoelectronics Group. Выбор обосновывается невысокой ценой и совместимостью с устройствами. На рисунке 5 представлен внешний вид оптрона HCPL2631SD.
Рисунок 5. Внешний вид оптрона HCPL2631SD.
На рисунке 6 изображены характеристики оптрона HCPL2631SD.
Рисунок 6. Характеристики оптрона HCPL2631SD.
Таким образом, на выход А будут поступать прямые и инверсные импульсные сигналы, которые будут обрабатываться микроконтроллером и использоваться для определения пройденного расстояния.
В соответствии с заданием примем, что за один импульс платформа проходит расстояние в 0,5 мм.
1.7 Выбор конденсаторов, диодов, резисторов, транзисторов
В качестве силовых ключей выбираем MOSFETтранзисторы с запасом по току и напряжению.
Марка транзистора IR2910 корпус ТО220AB.
Достоинства транзистора марки IRFP450:
– высокие динамические характеристики;
– рабочая температура кристалла 175°С;
– низкое сопротивление во включенном состоянии;
– низкая мощность управления;
– высокое коммутируемое напряжение.
Необходимые характеристики транзистора:
– максимальное напряжение UDSS=100 В;
– максимальный ток ID=55 А;
– рассеиваемая мощность Pw=200 Вт;
– время включения ton=11 нс;
– время задержки включения tr=100 нс;
– время выключения toff=49 нс;
– время задержки выключения tf=50 нс;
– сопротивление открытого p-n перехода RDS(on)=0,4 Ом;
– суммарный заряд затвора Qз =140 нКл.
Для управления транзисторами выбираем драйвер Н-канального моста марки HIP4082 со следующими характеристиками:
– диапазон рабочих температур = -55 +125 ºC;
– напряжение шины = 1…80 В;
– рабочий ток = 1,25 А;
– максимальная частота = 250 КГц;
– время нарастания сигнала = 30 нс;
– драйвер совместим со схемами, работающими под напряжением +3,3 В, +5В, +12В.
В цепь затвора транзистора необходимо включить сопротивления R=R3=R4=R5=R6.
Сопротивление резистора в цепи затвора рассчитывается по формуле 1
(1) 
(кОм)Принимаем стандартное значение R3-R5, R9-R12,R22,R23: Резистор МЛТ-0,125 47 кОм
В мостах силовых ключей применяются диоды-шоттки VD3 … VD6, которые предохраняют транзисторы, сбрасывая излишнюю энергию. Выбраны диоды 123NQ080.
Для интерфейса RS-232 выбран приёмопередатчик MAX232. Питание от 5 В. В схеме подключения, предложенной производителем, используются следующие элементы:
– конденсаторы C4-C7 ёмкостью 1мкФ, С9 ёмкостью 10мкФ (Jamicon 1 мкФ, Jamicon 10 мкФ);
Для формирования стабилизированного напряжения VCC для питания микроконтроллера MSP430 и формирования сигнала сброса используем прибор TPS77133 производства компании TI. Питается от 5В. Для корректной работы применены следующие элементы:
– конденсатор С3 ёмкостью 0,1 мкФ, С8 ёмкостью 2,2 мкФ (K73-16 0,1 мкФ и Jamicon 2,2 мкФ);
– резистор R8 номиналом 120 кОм (МЛТ-0,125 120 кОм).
2 Разработка схемы алгоритма управления двигателем постоянного тока
Необходимо разработать алгоритм для управления двигателем постоянного тока с персонального компьютера.
2.1 Разработка схемы алгоритма работы ОВЕН ПЛК-150
В функции программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК-150 входит связь с компьютером по интерфейсу передачи данных RS-232, принятие данных с компьютера, их обработка и выдача управляющих сигналов. Если требуется увеличить скорость вращения двигателя постоянного тока, то на дискретный выход 1 ОВЕН ПЛК-150 подается высокий уровень сигнала (5 В) в течение 0,3 секунды, если требуется уменьшить скорость вращения двигателя постоянного тока, то на дискретный выход 2 ОВЕН ПЛК-150 подается высокий уровень сигнала (5 В) в течение этого же времени.
Схема алгоритма работы ПЛК представлена на рисунке 7.
Рисунок 7. Схема алгоритма работы ОВЕН ПЛК-150.
2.2 Разработка схемы алгоритма работы PIC16F628A
В функции микроконтроллера PIC16F628Aвходит:
– получение данных от ОВЕН ПЛК-150 и их передача MSP430C1101;
– передача текстового сообщения на персональный компьютер через интерфейс RS-232 по протоколу связи UART.
Схема алгоритма работы PIC16F628A представлена на рисунках 8,9.
Рисунок 8. Схема алгоритма работы PIC16F628A.
Рисунок 9. Схема алгоритма работы PIC16F628A.
2.3 Разработка схемы алгоритма работы MSP430C1101
Микроконтроллер постоянно опрашивает состояние входов и при изменении уровня напряжения увеличивает или уменьшает скважность ШИМ. Схема алгоритма работы MSP430C1101 представлена на рисунке 10.
Рисунок 10. Схема алгоритма работы MSP430C1101.
Рисунок 10. Продолжение.
2.4 Разработка схемы алгоритма включения ДПТ
Схема алгоритма включения ДПТ показана на рисунке 11.
При нажатии на кнопку «Пуск» происходит запуск системы управления двигателем постоянного тока ESCAP 35NT2R32.
При нажатии на кнопку «Стоп» происходит останов системы управления двигателем постоянного тока ESCAP 35NT2R32.
Рисунок 11. Схема алгоритма включения ДПТ.
2.5 Схема алгоритма работы энкодера
Схема алгоритма работы фотоимпульсного датчика (энкодера) показана на рисунке 12.
Рисунок 12. Схема алгоритма работы фотоимпульсного датчика (энкодера).
Рисунок 12. Продолжение.
3 Разработка программы управления двигателем постоянного тока
Программы для ОВЕН ПЛК-150УL, MSP430C1101 и PIC16F628Aнаписаны в соответствии с разработанными ранее алгоритмами. Текст программы находится в приложении Б. Результаты вычислительного эксперимента представлены ниже.
На рисунке 13 изображена визуализация проекта в среде программирования CoDeSys.
Рисунок 13. Визуализация проекта в среде программирования CoDeSys.
На рисунке 14 изображено окно HyperTerminal’aпосле принятия данных от микроконтроллера через интерфейс RS-232.
Рисунок 14. Окно HyperTerminal’a.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной выпускной бакалаврской работе разработан блок управления двигателем постоянного тока на основе программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК-150 и микроконтроллера MSP430C1101. Данное мехатронное изделие представляет собой функционально законченное электронное устройство, предназначенное для управления двигателями постоянного тока с номинальным напряжением до 12 вольт.
Для питания блока используются стабилизированные источники питания постоянного тока. В качестве датчика обратной связи был выбран энкодер, установленный внутри корпуса блока. Величина напряжения питания 5 В, потребляемый ток менее 100 мА, разрешение энкодера 32000 имп./об. В блоке используется метод управления двигателем с помощью широтно-импульсной модуляции. Такой способ позволяет эффективно управлять двигателями как малой, так и большой мощности. Регулирование скорости двигателя с помощью ШИМ дает более высокий КПД.
Был разработан алгоритм работы микропроцессорного устройства, описывающий порядок подачи управляющего сигнала на двигатель. Hа основе алгоритма составлен программный код, обеспечивающий корректную работу блока управления двигателем постоянного тока. Спроектированы следующие чертежи: схема электрическая принципиальная микропроцессорной системы, перечень элементов к схеме электрической принципиальной, схема электрических соединений, чертеж печатной платы микропроцессорной системы, сборочный чертеж микропроцессорной системы, спецификация микропроцессорной системы, сборочный чертеж блока управления шаговым двигателем и спецификация к нему.
Все это позволило познакомиться с организацией и основными этапами проектирования электронных устройств, усвоить основные понятия и термины, относящиеся к проектированию, закрепить и углубить знание методов расчета электронных цепей, познакомиться с элементной базой и получить представление о способах компоновки элементов, убедиться, что современное проектирование и производство электронной аппаратуры базируется на всеобъемлющей системе государственных и отраслевых стандартов.