Разработка системы сбора и передачи данных для вибродиагностики на базе микроконтроллера

Заказать готовую работу

61 страница страниц

год

4 350 руб. ₽

Содержание

Введение

Обоснование актуальности исследования, постановка цели и задач, определение объекта и предмета, описание применяемых методов.

Глава 1. Теоретические основы и технологические предпосылки

Изучение причин возникновения излишней вибрации
Обзор существующих методов вибрационной диагностики оборудования
Подготовка к обследованию оборудования в эксплуатационных условиях

Глава 2. Концепция и проектирование устройства вибродиагностики

Анализ технического задания и разработка структурной схемы
Определение интерфейса передачи данных
Обоснование выбора элементной базы
1. Микроконтроллер вибродиагностики
2. Выбор дисплея
3. Подбор интегральных микросхем
4. Выбор вибродатчиков
Разработка принципиальной электрической схемы устройства вибродиагностики
Конструкторский раздел и прототипирование

Глава 3. Программное обеспечение и алгоритмическая реализация

Разработка алгоритма сбора информации с датчика за сутки
Применение интегрированной системы разработки AVR Studio

Глава 4. Расчёт надежности системы управления

Методика расчёта надежности системы в условиях эксплуатации

Заключение

Обобщение результатов, выводы и рекомендации по дальнейшему применению разработанных решений

Список использованных источников

Перечень научной литературы и нормативных документов, использованных при проведении исследования

Начнем с определения номинала резистора, исходя из напряжения насыщения база-эмиттер транзистора и коэффициента глубины насыщения, обозначаемого символом k. Такой подход позволяет обеспечить надежную гальваническую развязку в интерфейсе, что имеет существенное значение для корректной работы схемы стабилизатора напряжения.

Параметры блока питания задаются следующими значениями: напряжение на выходе УВЫХ1 = 5 В, номинальный ток нагрузки IН1 = 0,1 А, нестабильность входного напряжения δUВХ = 0,25, нестабильность выходного напряжения δUВЫХ = 0,02, а пульсация на выходе равна UПУЛ = 2 мВ. Для наглядности представим их в таблице:

Параметр	Значение
УВЫХ	5 В
IН	0,1 А
δUВХ	0,25
δUВЫХ	0,02
UПУЛ	2 мВ

Блок питания сконструирован на основе схемы компенсационного стабилизатора. Минимальное входное напряжение определяется с учетом наименьшего значения разности напряжений коллекторно-эмиттерного перехода транзистора, принятое равным величине падения напряжения на кремниевом диоде, которое для кремниевых выпрямительных диодов имеет стандартное значение. Таким образом после подстановки данных можно определить номинальную величину выходного сигнала.

Исходя из полученных результатов, производится расчет суммарного коэффициента полезного действия схемы стабилизатора компенсационного типа. Обычно КПД трансформатора характеризуется значениями в диапазоне от 84% до 86%, что позволяет принять среднее значение для последующих расчетов. Рассчитывается также суммарная мощность силового трансформатора с учетом всех потерь, что является важным показателем для стабильной работы схемы.

Далее оцениваются максимальные входное напряжение и падение напряжения на транзисторе, а также максимальная мощность, рассеиваемая на регулирующих элементах. На основании этих расчетов устанавливается величина входного напряжения и определяется относительный коэффициент стабилизации каналов, далее вычисляется абсолютный коэффициент стабилизации.

Для расчета необходимого коэффициента усиления схем усилителей используются коэффициенты передачи, которые изменяются в пределах заданного диапазона. Принимается значение выбранного коэффициента, а для простейшей схемы компенсационного стабилизатора параметр n берется равным единице. При этом коэффициент усиления транзистора, включаемого по схеме ОК, устанавливается равным KУР = 1, что соответствует требуемым условиям схемотехнического расчета. Таким образом, производится расчет коэффициента стабилизации, по которому уже на основе базового тока транзистора IБ определяется коэффициент передачи тока.

При значениях βРЭ менее 100 рациональнее реализовать регулирующий элемент по схеме эмиттерного повторителя. Следует отметить, что предельный ток коллекектора должен превосходить максимальный ток нагрузки в 1,5–2 раза, а максимальное напряжение на коллекторе транзистора – превышать предельное входное напряжение также в 1,5 раза. Для соответствия данным требованиям выбран транзистор BDP949, у которого максимально-допустимый ток коллектора равен 5 А, коэффициент передачи тока составляет 60, а предельно-допустимое напряжение на коллекторе достигает 90 В.

Список литературы

, ч.

Меркулова Н.Г.Производственный контроль в молочной промышленности: Практ. руководство / Рос.Союз предприятий молочной отрасли (Молочный Союз России). - СПб.: Профессия,

– 9 с.

–224с.; ил.

Агеев, О.А., Мамикон¬ова, В.М., Петров, В.В. Микроэлектронные преобраз¬ователи неэлектрических величин [Текст]: уч. пос./ О.А. Агеев, В.М. Мамикон¬ова, В.В Петров. – Таганрог: Изд – во ТРТУ,

– 576 с.

– 208 с.; ил.

С. 35–

256 с.

– М.: Издательский дом «Додэка – XXI», Киев «МК – Пресс»,

009 – 84 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений [Текст]. – М.: Изд-во стандартов,

С. 108–

Дятл¬ова, Е.П. Проектир¬ование автоматизир¬ованных систем управления технологическими процессами [Текст].: учебно – методическое пособие/ Е.П. Дятл¬ова. – Санкт – Петербург: ВШТЭ СПбГУПТД,

Оценка технического уровня сложных систем на этапе разработки / Р.С. Литвиненко [и др.] // Вестник машиностроения.

№

Карпатенко А.В. Диагностика технического состояния машин: учеб. пособие. М.: ФГБУ ДПО «УМЦ ЖДТ»,

– 6 с.

Павлов П.П., Гараева А.Р., Истопленников М.А. Определение технического состояния электротехнического оборудования электро-подвижного состава // Молодежная наука в XXI веке: традиции, инновации, векторы развития: матер. Междунар. науч.-исслед. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов и старшеклассников. Самара – Оренбург,

Диагностирование отказов электротехнического оборудования электроподвижного состава / П.П. Павлов [и др.] // Вопросы образования и науки теоретический и методический аспекты: сб. науч. тр. Междунар. науч.-практ. конф. Тамбов,

–528 с.

– 104 с. – ISBN 978 – 5 – 87623 – 959 –

256 – 77 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормир¬ование и определение динамических характеристик аналоговых средств измерений. Основные положения [Текст]. – М.: Изд-во стандартов,

1340 –

Балашов, К.Е., Донис, Е.О. Совершенств¬ование методов градуировки пьезоэлектрических датчиков быстропеременных давлений[Текст] //Мир измерений. –

Поиск отказов в сложных технических системах / П.П. Павлов [и др.] // Актуальные вызовы современной науки: сб. науч. тр. ІХ Междун. науч. конф. Переяслав-Хмельницкий,

– 448 с.

Нсанов, М. П. Цифровые устройства [Текст]: учебник для колледжей

Михайлов, П.Г. Микроэлектронные датчики: вопросы разработки // Микросистемная техника, 2003 – №

– С. 4 – 7

Шпак, Ю.А. Программир¬ование на языке С для AVR и PIC микроконтроллеров [Текст]. / Ю.А. Шпак. – К.: "МК – Пресс", СПб.: "Корона – Век",

2011 : утв. М – вом регионального развития Рос. Федерации 27 12 2010 г. N 783 : введ. в действие с

2 –

– 2011, – С. 43 –

- 590

– 153 с.

№

ГОСТ Р

– 544 с. – 2 – е изд.

Гигиенические треб¬ования к персональным электронно – вычислительным машинам и организации работы [Текст]: санитарные правила. – М.: Информ. – изд. центр Минздрава России,

СанПиН

Оборудование и автоматизация перерабатывающих производств: Учеб. для с.-х. вузов. – М.: КолосС,

ГОСТ

Волович, Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово – цифровых электронных устройств[Текст]. – М.: Издательский дом «Додэка – XXI»,

– 14 с.

673 – 2009 Государственная система обеспечения измерительные единства измерений. Датчики интеллектуальные и системы измерительные интеллектуальные. Основные термины и определения [Текст]. – М.: Изд-во стандартов,

Вып.

Кравченко, А.В. 10 Практических устройств на AVR – микроконтроллерах [Текст]: Книга

Сурина, Н.В. САПР технологических процессов [Текст]: учебное пособие/Н.В. Сурина. – М.: МИСиС,

С. 65–67

– 400 с.: 284 ил. – ISBN

Ч.

Клаассен, К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике[Текст] / М.: Постмаркет, 2000 – 109 с.

С. 37–

№

– 68 с.

ГОСТ

Баскаков, С. И. Радиотехнические цепи и сигналы [Текст]. – М.: Высшая школа,

2011 г. М.: Изд – во стандартов,

– 118 с. – ISBN 5 – 8019 – 0047 –

– С. 13 –

Николайчук О.И. Современные средства автоматизации[Текст]. – М.: СОЛОН – Пресс,

– С. 13 –

Свод правил естественное и искусственное освещение: СП

90 с.

Трамперт, В. Измерение, управление и регулир¬ование с помощью AVR–микроконтроллеров[Текст]: Пер. с нем.– Киев.: «МК – Пресс»,

Прокофьев, Е.В. Системы автоматизации и управления[Текст]. учебное пособие/ Е.В. Прокофьев. – Екатеринбург: Уральская государственная горно – геологическая академия,

Косых, А.В. Моделир¬ование полупроводникового датчика температуры, используемого в интегральных системах температурной стабилизации частоты источников опорных колебаний [Текст] / А.В. Косых, С.А. Завьялов, К.В. Мура – сов. Ползуновский вестник. – № 3/

Вопросы и ответы

Какие элементы включает анализ состояния вопроса?

Анализ состояния вопроса включает систематическое рассмотрение причин возникновения излишней вибрации, применение методов вибрационной диагностики оборудования и организацию подготовки к обследованию оборудования. Этот комплексный подход обеспечивает всестороннее понимание эксплуатационных характеристик техники.

Каким образом осуществляется выбор компонентной базы для устройства вибродиагностики?

Выбор компонентной базы для устройства вибродиагностики осуществляется посредством детального обоснования технических характеристик, включающего подбор микроконтроллера, дисплея, интегральных микросхем и вибродатчиков. Такой подход гарантирует оптимальное сочетание элементов для обеспечения высокой точности и надежности диагностики.

Как организован процесс разработки устройства вибрационной диагностики?

Процесс разработки устройства вибрационной диагностики включает последовательное выполнение нескольких этапов, таких как анализ технического задания, разработка структурной схемы, выбор интерфейса передачи данных и обоснованная селекция элементной базы. Завершается разработка принципиальной электрической схемы и выполнением конструктивного раздела, что обеспечивает целостность и функциональную совместимость системы.

Как осуществляется сбор информации с датчика за сутки?

Сбор информации с датчика за сутки реализуется посредством разработки алгоритма работы, который применяется в интегрированной системе разработки AVR Studio. Такой метод позволяет обеспечить непрерывный мониторинг параметров и своевременное получение оперативных данных для диагностики оборудования.

В чем заключается основная идея расчета надежности системы управления?

Основная идея расчета надежности системы управления состоит в определении вероятности безотказной работы системы. Этот расчет обеспечивает возможность прогнозирования поведения системы при различных режимах эксплуатации, минимизируя риск отказов и способствуя повышению общей эффективности управления.

Как причины возникновения излишней вибрации влияют на выбор методов вибрационной диагностики оборудования?

Исследование причин возникновения излишней вибрации позволяет определить структурные особенности и эксплуатационные параметры оборудования, что обуславливает выбор специфических методов вибрационной диагностики. Такой анализ способствует своевременному выявлению неисправностей и выработке эффективных мер по их устранению.

Что представляет собой микроконтроллер вибродиагностики?

Микроконтроллер вибродиагностики является специализированным вычислительным устройством, предназначенным для обработки сигналов, поступающих от вибродатчиков. Он обеспечивает выполнение алгоритмов диагностики в режиме реального времени, что играет ключевую роль в обеспечении точности и оперативности мониторинга технического состояния оборудования.