Опис пінів - Сучасні мікроконтролери

VCC - Живлення.

GND - Земля.

Port А (PA7..PA0) - порт А - 8-ми бітовий, двонаправлений порт введення висновку. Піни порту можуть використовувати внутрішнє джерело живлення (pullups для кожного піна окремо). Вихідний буфер порту А може живитися 20 мА і може управляти LED дисплеєм напряму. Порт А служить для підключення вхідних пристроїв до інтегральної схеми.

Port B (PB7..PB0) - порт B - 8-ми бітовий, двонаправлений порт введення висновку з внутрішнім живленням пінов. Вхідний буфер порту B може живитися 20 мА. Порт В використовується для різних спеціальних можливостей ATtiny24.

RESET - вхідний пін. Низький рівень сигналу протягом двох машинних тактів на цьому піне приводить до перезавантаження пристрою.

XTAL1 - вхід для інвертуючого генератора-підсилювача, а також вхід для внутрішньої схеми годинника.

XTAL2 - вихід для (inverting olscilator amplifier).

VCC через спеціальний low-pass фільтр. Щоб напруга відрізнялася від VCC не більше ніж на 0.4 В.

AREF - аналоговий управляючий вхідний сигнал для ADC (analog reference input).

AGND - якщо плата має окремий спеціальний вихід - "аналогову" землю, AGND повинен бути сполучений з нею. В інакшому випадку AGND з'єднується з GDN.

По функціональності схему електричну принципову можна розбити на наступні час

Ь Без трансформаторний блок живлення;

Ь дільники напруги;

Ь датчик температури;

Ь мікроконтролер;

Ь індикація роботи пристрою;

Ь керування роботою двигуна.

Алгоритм роботи програми мікроконтролера показаний на малюнку 1.2. Після включення мікроконтролера виконується ініціалізація його регістрів і включається управляючий вихід. Під час пуску двигуна (або групи двигунів) можливі провали або скачки напруг у фазах, тому пристрій захисту по напрузі починає роботу через одну хвилину після включення двигуна. Затримка реалізована шляхом послідовного включення преддільника, таймера TMR0 і двох дільників, кожний з яких має коефіцієнт розподілу 30.

Далі послідовно виконуються вимірювання напруги фаз А, В, С. Після кожного вимірювання фаза перевіряється на обрив. Якщо зміряна напруга рівно нулю, то вихід відразу вимикається. Потім слідує перевірка значень зміряних напруг на вихід за межі діапазону 190...250 В. В цьому випадку включається лічильник помилок, який необхідний для підвищення перешкодостійкості пристрою. При декрементуванні восьмирозрядного лічильника від нуля до нуля його коефіцієнт розподілу виходить рівним 256. При періоді проходження всієї програми, рівному 7 мс, час затримки виключення двигуна приблизно рівно 1,8 с. Для кожного порівняння є свій лічильник, тому якщо наступна зміряна напруга увійде до норми, то даний лічильник обнуляється. Таким чином, для виключення двигуна необхідні підряд 256 помилок вимірювання.

Після порівняння напруг фаз А--В, В--С, С--А їх різниця перевіряється на перевищення значення 30. Якщо перекіс фаз більше 30 В, то включається лічильник помилок. Виключення виходу відбувається аналогічно описаному вище через 1,8 с.

При виключенні виходу через будь-яку помилку встановлюється прапор помилки, який скидається тільки після перезапуску мікроконтролера. За відсутності помилки підтверджується включення виходу, і мікроконтролер переходить до підпрограми вимірювання температури двигуна.

Малюнок 1.2 - Алгоритм роботи програми мікроконтролера

Вимірювання температури починається з ініціалізації термодатчику DS1820 і видачі команди на дозвіл перетворення. Після прийому даних від датчика температури перевіряється прапор "двох секунд". Річ у тому, що перші дані, які приходять від датчика, недостовірні, тому для стабілізації даних необхідно якийсь час. Для цього введена затримка початку порівняння по температурі, рівна 1,8 с. Оскільки за такий короткий час двигун не встигне нагрітися до температури 60 °С, подібна затримка не знижує якості захисту двигуна.

Після відробітку часу затримки встановлюється прапор "двох секунд", і кожне наступне зміряне значення температури перевіряється на перевищення 60. Якщо температура перевищить 60 °С, вихід вимикається. Програма переходить до нового циклу вимірювання напруги по фазах.

Принципова схема пристрою показана на малюнку 1.3.

Малюнок 1.3 - Схема принципова електрична блоку захисту двигунів

Напруга фаз подається та знижується дільниками напруги на резисторах Rl--R3 і R10--R12, мають коефіцієнт розподілу 1:100. Змінна напруга фаз випрямляється однополуперіодним випрямлячем, що складається з діодів VD1--VD3 і стабілітронів VD7--VD9, згладжується конденсаторами фільтру С4--С6 і поступає на входи RA0 -- RA2 мікроконтролера DD2. Лінія зв'язку термодатчику DDI з входом RC4 мікроконтролера має "підтягаючий резистор" R13. Тактується мікроконтролер від внутрішнього генератора частотою 4 Мгц. Частоту тактового генератора, ділену на чотири (1 Мгц), можна спостерігати на виході RA4 (вихід 3 мікроконтролера), контролюючи, таким чином, працездатність мікроконтролера. Вихід RC3 мікроконтролера через оптотиристор U1 і симістор VS1 включає пускове реле К1. Його контакти К1.1--К 1,3 включають/вимикають подачу напруги на двигун. Світлодіоди HL1--HL4 сигналізують про виникнення аварійної ситуації. Гасячі резистори R6--R9 залежно від вибраного типу світлодіодів і необхідної яскравості свічення. Кнопка SB1 "Скидання" необхідна для перезапуску мікроконтролера і включення двигуна після усунення аварійної ситуації. Бестрансформаторний джерело живлення з гасячим конденсатором знижує мережеву напругу, випрамляє та стабілізує до наруги 5,1 В [19]. Програма для прошивки мікроконтролеру приведена в Додатку А. Лінії зв'язку по розміщенню різнять на вхідні, вихідні та лінії зв'язку між елементами. По призначенню лінії електричного зв'язку підрозділяють на інформаційні та потенційні.

Таблиця 1.1 - Позначення ліній зв'язку

Найменування ліній зв'язку

Номер лінії, або її позначення

Примітки

1. По розміщенню:

Вхідні

Вихідні

2. По призначенню:

Сигнальні

Потенціальні

Комутаційні

Індикації

Синхронізації
    1 2 3 4 5 6

Відсутні

R1,R2,R3

K1

DD1, VD1-VD3

"земля", UЖив

SB1

HL1-HL4

А - контрольна точка наяву фази "А";

В - контрольна точка наяву фази "В";

С - контрольна точка наяву фази "С";

D - контрольна точка наяву живлячої напруги мікроконтролеру (5,1 В);

Малюнок 1.5 - Позначення контрольних точок

Е - контрольна точка наяву керуючої напруги на оптопару;

F - контрольна точка наяву керуючої напруги на реле;

К - контрольна точка наяву керуючої напруги на симістор.

L - загальна контрольна точка "земля".

Виділення мереж, що знаходяться під високим потенціалом, та виявлення можливих способів їх конструкторської реалізації (Малюнок 1.6).

Малюнок 1.6 - Виділення мереж під високим потенціалом

На малюнку 1.6 позначені мережі які знаходяться під високою напругою - жирні риски. Потенціал резисторів R1-R3, R5, R16 реле К1, симістор VS1 у робочому стані - 380 В. Треба пам'ятати, що при виході з ладу деяких елементів - вони теж опилюються під високою напругою! Тому перераховані елементи повинні знаходитися на визначеній відстані. Схема має безтрансформаторне живлення, тому треба бути обережним.

Струмонавантажені кола схеми є вхідні, та вихідні з'єднувачі та елементи схеми резистор R5 та семістор VS1 (вихід 2).

Проходження струму від вхідного з'єднувача до вихідного здійснюється по дроту з перетином до 4 квадратів.

Електричне з'єднання з'єднувачів та монтажною платою здійснюється за допомогою жгутів. Як видно з приведеного вище опису, проектована акустична система містить високовольтні ланцюги, що накладає обмеження на перетин провідників (для друкарського монтажу - на ширину провідних доріжок).

Найбільш теплонавантаженими елементами схеми є резистор R5 та семістор VS1. Для забезпечення нормального теплового режиму, сказаних елементів, а також для зменшення впливу на теплочутливі прилади (напівпровідникові елементи) необхідно рівномірно розподілити теплонавантажені елементи по поверхні друкарської плати.

Схема даного пристрою не містить оригінальних елементів. Це дозволяє зменшити кількість типоразмеров і трудомісткість збірки за рахунок застосування автоматизованих методів, що зрештою приводить до підвищення технологічності конструкції і зниження собівартості.

У пристрої, що розробляється, ланцюг "землі" є найбільш довгим ланцюгом, чим інші. Тому його трасування необхідно виконати в першу чергу, оскільки від його довжини залежатиме сумарна довжина ліній зв'язку всього пристрою в цілому.

На базі аналізу схеми та прикладу дії можна зробити слідуючи висновки:

    А) схема доволі проста, тому її можна реалізувати на друкованій платі з класом точності - 3 та двостороннім розташуванням друкованих провідників; Б) симістор VS1та резистор R5 потрібно розташувати в безпосередній близькості від кінця плати; Г) резистор R5 є найбільш теплонавантаженим елементом, тому його треба розмістити поодаль від мікроконтролеру 1.4

Електронна апаратура класифікується по інтенсивності і характеру дії кліматичних, механічних і радіаційних чинників. Існують стаціонарні і ЕА, що транспортуються. Відповідно до ДСТУ 203397-82 "Загальні технічні вимоги, приймання, методи випробувань, маркування, упакування, транспортування й зберігання, гарантії виготовлювача" блок захисту електродвигунів відноситься до групи 1, тобто вона призначена для роботи в сухих опалювальних приміщеннях і належить до наземної стаціонарної апаратури. Сукупність кліматичних і механічних чинників, яким повинна відповідати така апаратура, приведена в таблиці 1.2.

Таблиця 1.2 - Кліматичні і механічні чинники умов експлуатації

Впливаючі чинники

Параметри

Значення

Кліматичні:

Підвищена вологість

Знижена температура

Підвищена температура

Знижений тиск

Відносна вологість %

Температура, ?С

Гранична, ?С

Робоча, ?С

Гранична, ?С

Робоча, ?С

Тиск, Па

Час витримки, годин
    90 25 -10 5 55 40 6,1*104 2 - 6

Механічні:

Вібрація на одній частоті

Лінійні навантаження на кнопки

Частота, Гц

Прискорення, g

Час витримки, годин

Удари одиночні:

Число ударів в одну хвилину

Прискорення, g

Удари багатократні:

Число ударів в одну хвилину
    25 3 0,5 25 2 60

Проаналізувавши дані, приведені в таблиці 1.2, дозволяє зробити висновок про те, що для даної розробки не потрібна теплоізоляція, конструювання елементів примусового охолоджування і забезпечення герметичності блоку від дій кліматичних чинників.

1.5

Розгляд параметрів елементів, які входять до складу блока захисту електродвигунів дозволити зробити висновок про можливість застосування їх у даному виробі й відповісти на запитання, чи відповідають обрані ЕРА та їх характеристики умовам роботи приладу, зазначеним у розділі 1.3, чи придатні вони для автоматизованого друкованого монтажу, чи відповідає елементна база необхідному значенню надійності.

Мікроконтролер PIC16F676

Малюнок 1.7 - Конструкційні параметри мікроконтролера PIC16F676

Таблиця 1.3 - Електричні режими експлуатації мікроконтролера

№

Параметр

Значення

1

Напруга живлення

Від 2,0В до 5,5В

2

Максимальний потребуючий струм

2.4 мА

3

Вхідний опір

1 МОм

4

Споживаюча потужність

0,0132 Вт

5

Ширина полоси пропускання

Від 0 до 20, МГц

6

Тип корпусу

DIP14

7

Температура навколишнього середовища

-40 - + 125?С

Малюнок 1.8 - Структурна схема мікроконтролера PIC16F676

Датчик температури DS1820

Малюнок 1.9 - Конструкційні параметри датчика температури DS1820

Таблиця 1.4 - Режими експлуатації датчика температури DS1820

№

Параметр

Значення

1

Напруга живлення

3 -5.5В

2

Максимальний потребуючий струм

1.4 мА

3

Мінімальна вимірювальна температура

-75?С

4

Максимальна вимірювальна температура

+125?С

5

Споживаюча потужність

0,0077 Вт

6

Час відповіді

0,75 с

6

Тип корпусу

TO92

7

Температура навколишнього середовища

-75 - + 125?С

Оптопара MOC3041 M

Малюнок 1.10 - Конструкційні параметри оптопари MOC3041 M

Таблиця 1.5 - Основних електричних параметрів оптопари MOC3041 M

№

Параметр

Значення

1

Номінальна напруга живлення

5,0 В

2

Струм споживання при Uп = 5 В

60 мА

3

Вхідний опір регулятора при Uп = 5 В, f = 1 кГц

3 МОм

4

Споживаюча потужність

60 мА

5

Температура навколишнього середовища

-40 - +85?С

Таблиця 1.6 - Гранично допустимі режими експлуатації оптопари MOC3041 M

№

Параметр

Значення

1

Максимальна напруга живлення

6,0 В

2

Струм споживання при

80 мА

3

Максимальна напруга вхідного сигналу

1 В

4

Мінімальний опір навантаження

5 кОм

5

Максимальна температура навколишнього середовища

- 40 - +150°С

Симістор ВТ 134

Малюнок 1.11 - Конструкційні параметри симістора ВТ 134

Діоди

У даному приладі використовуються діоди КД226А.

Діоди типу КД226А - кремнієві дифузійні, випрямні діоди, призначений для роботи в приймальнею, підсилювальною і іншій радіоелектронній апаратурі при частоті живлячої напруги до 50кГц. Діоди цих типів відповідають технічним умовам АО.336.543 ТУ.

Таблиця 1.7- Основні електричні параметри діодів КД226А

Назва

КД226А

Матеріал

Si

Iпр max, A

2

Iпр, і max, A

10

При tи, мкс

-

Iобр max(Iобр max имп), мкА

10

Uобр max(Uобр max имп), B

400

Uпр, і max, B

250

Uобр, і max, B

400

При Iпр, A

2

Fp, кГц

50

T, C

-45.+85

T вос обр max, нс

250

Малюнок 1.12 - Габаритні розміри діода КД226А

Малюнок 1.13 - Габаритні розміри стабілітрона 1N4733A

Таблиця 1.8- Основні електричні параметри стабілітронів 1N4733A

Назва

1N4733A

Матеріал

Si

Iст max, мA

49

При tи, мкс

-

Iобр max(Iобр max имп), мкА

10

Uст max(Uобр max имп), B

5,1

Fp, кГц

50

T,? C

-60- +200

T вос обр max, нс

250

Резистори

Резистори типу С2-23, які будуть використані для установки на ДП в блоці захисту електродвигунів - резистори загального призначення, з металодіелектричним провідним шаром. Призначені для роботи в ланцюгах постійного, змінного і імпульсного струмів як елементи навісного монтажу.

Малюнок 1.14 - Конструктивні параметри і спосіб установки резисторів

Конденсатори

Конденсатори типу К50-35 - конденсатори алюмінієві оксидно-діелектричні загального призначення з однонаправленими дротяними виводами. Призначені для роботи в ланцюгах постійного, пульсуючого і імпульсного струму. Положення анода маркірується знаком "+" на корпусі конденсатора або анодний вивід робиться на 3-5 мм коротше, ніж катодний. Конденсатори типу К10-17 - це конденсатори з неорганічним діелектриком, керамічні монолітні. Призначені для роботи в ланцюгах постійного, змінного і імпульсного струму. Конструктивно виконані ізольованими з однонаправленими виводами. Проаналізувавши технічні дані елементної бази, можна зробити наступні виводи:

Ь блок захисту електродвигунів засновано як на вітчизняній елементній базі так і закордонній з використанням мікроконтролера;

Ь навісні елементи встановлюються однаково, тому спеціальних мір по формуванню виводів проводити не передбачається;

Ь інтегральні схеми знаходяться в прямокутних корпусах, що дозволяє автоматизувати процес установки мікросхем на друкарську плату;

Ь симістор ВТ 134 і резистор R5 необхідно розташовувати на максимально можливому видаленні від теплочутливих елементів, оскільки можливо відбуватися розсіювання великої кількості теплової енергії;

Ь для полегшення трасування друкарської плати, мікросхеми необхідно мати в своєму розпорядженні групу (максимальна завантаженість друкарської плати провідниками буде усередині функціонального блоку);

Ь вибрані елементи мають достатньо високу надійність, що дозволяє спроектувати пристрій, що має великий ресурс роботи;

Ь елементна база комплектувалася по ознаках відповідності технічних характеристик експлуатаційних вимог;

Ь інтервал робочих температур елементної бази, допустима величина відносної вологості повітря, атмосферного тиску, вібрації, одиночних ударів і лінійних навантажень дозволяє спроектувати пристрій, що працює за заданих в технічному завданні умов експлуатації.

В результаті проаналізованих фактів і вимог до ЕРА, вибираємо двосторонню друковану плату. Трасування з'єднань на платі проводитимемо з обох сторін плати. Дивлячись на те, що відстань між виводами мікросхем складає 2,5мм, необхідно прийняти крок координатної сітки рівний 1,25 мм. По пред'явленню вимог мінімальних розмірів до блоку захисту електродвигунів вибираємо 3 клас точності для друкарської плати. Для уникнення паразитних наведень необхідно прокладати, в першу чергу, провідники ланцюгів живлення і землі, а тільки потім комутаційні провідники.

1.6 Аналіз конструкторсько-технологічних аналогів

Мета цього пункту полягає в необхідності порівняння розроблювального виробу з аналогічними

Підприємство "Електротрейд" виробляє ряд пристроїв для захисту електродвигунів від перевантаження ( Малюнок 1.1

Усі ці пристрої виконані на мікроконтролерах, мають захист від вологи, естетичний вигляд, та інше.

Конструкторсько-технологічнім аналогом, схожого по виконуваним функціям мною блок захисту електродвигунів є блок захисту БЗ-03, за призначенням який збігається із призначенням розроблювальним мною блоком захисту електродвигунів. У першу чергу відмінність цих систем полягає в розходженні їх схемотехніки, що призводить до розходження їхніх подальших конструкцій. Вибранний блок має наступні параметри:

Мікропроцесорний блок захисту асинхронних електродвигунів БЗ-03

ТУ 3435-001-71765290-2005

Призначення:

Мікропроцесорний блок захисту електродвигуна БЗ-03 призначений для відключення трифазних асинхронних електродвигунів від живлячої мережи при :

    * Неприпустимих перевантаженнях по струму при пуску і в процесі роботи; * Обриві або пропаданню будь-якій з фаз; * Для контролю кількості спрацьовувань по обривах фаз і перевантаженнях.

Захист здійснюється шляхом виключення електродвигуна при виникненні аварійних режимів. Перегорання справного електродвигуна, захищеного правильно набудованим БЗ, принципово неможливе.

Блоки БЗ виготовлені в кліматичному виконанні УXЛ категорії 3.1 по ГОСТ 15150-69 і призначені для експлуатації в наступних умовах:

    - навколишнє середовище - вибухобезпечна і не містить агресивних газів і пари в концентраціях, що руйнують метали і ізоляцію; - температура повітря від 233К до 333К (-40°С... +60°С); - відносна вогкість повітря - до 80% при 293К - атмосферний тиск від 86,6кПа до 106,7кПа.

Технологічній процес виробництва проектуємого блоку є більш зхожим стосовно техпроцесу для БЗ-03. Це виникає за рахунок різниці між компонентами, які встановлюються на ДП.

Проаналізував, можна сказати, що в БЗ-03 приблизно на 30-35 елементів більше чим у розроблювального блоку захисту електродвигунів. Данний факт затрудняє трасування друкованої плати. Це призвело до того, що БЗ-03 збирається на чотирьохслойній платі, тим самим збільшується її розмір. Так само в розроблювальному пристрої велика кількість елементів і є присутні кілька мікросхем із кроком виводів 2,5 мм. Технологічність виробу БЗ-03 оцінюється нижче, ніж даний блок захисту електродвигунів.

Похожие статьи




Опис пінів - Сучасні мікроконтролери

Предыдущая | Следующая