Разработка структурной схемы устройства

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по курсу «Электроника и электротехника и схемотехника»

на тему «Устройство предварительной обработки аналогового сигнала»

Выполнил:

студент группы 13ВВ2

Второв С.А.

Проверил:

к.т.н. Брякин Л. А.

Пенза 2015

Введение

В задании требуется самостоятельно разработать устройство предварительной обработки аналогового сигнала с датчика, которое обладает рядом функциональных возможностей и требует знания при проектировании принципов функционирования и схемных решений таких узлов, как усилители переменного и постояноого тока, стабилизаторы напряжения, генераторы, одновибраторы, триггеры Шмидта, компараторы, логические элементы и транзисторные ключи, а также требует умения самостоятельно работать со справочной и учебной литературой. Более точные требования изложены в бланке задания.

Разработка структурной схемы устройства

1.1 Постановка задачи

Разрабатываемое в рамках курсовой работы устройство предназначено для контроля температуры окружающей среды. В качестве датчика предполагается применение двухвыводной микросхемы, которая выдает ток разной величины в зависимости от температуры.

В результате курсового проектирования необходимо осуществить преобразование сигнала с датчика в выходное напряжение, лежащее в диапазоне от -5 до 5 В. Кроме преобразования температуры в соответствующее напряжение устройство должно выполнять некоторые функции. Для определения этих функций используется два порога.

Если температура окажется выше верхнего порога, то первый светодиод должен мигать с периодом 2 сек по два раза с момента превышения порога, первое рыле должно включиться на время преодоления порога, динамик должен гудеть с частотой 1200Гц периодически с периодом 1 сек 4 раза.

Если температура окажется ниже нижнего порога, то второй светодиод должен включаться на время превышения порога, второе рыле должно включаться спустя 5 сек с момента превышения порога, если превышение сохраняется динамик должен гудеть с частотой 1200Гц.

1.2 Описание структурной схемы устройства

С учётом постановки задачи разработана структурная схема устройства. Она представлена на рисунке 1. Устройство содержит: датчик, усилитель, первый и второй компараторы, триггер, счетчик, блоки управления светодиодами, динамиком и реле. Согласно предложенной схеме при срабатывании первого компаратора в случае превышения верхнего порога блок управления динамиком обеспечивает необходимое управление согласно заданию. Блок управления первым светодиодом включает определенным образом первый светодиод. А блок управления первым реле заставляет реле сработать.

Если будет преодолен нижний порог, то второй компаратор на своем выходе сформирует активный сигнал. Благодаря блоку управления динамиком, вторым реле и вторым светодиодом будут выполняться необходимые функции, которые соответствуют интервалу преодоления сигналом нижнего порога.

Рис. 1. Схема электрическая структурная

Блоки управления реле

При преодолении нижнего порога второе реле должно включиться на время преодоления порога. Схема управления реле предложена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема управления первым реле

Согласно заданию первое реле К1 должно включиться через 5 секунд, если превышение сохраняется. Поэтому целесообразно для управления первым реле использовать одновибратор, у которого инвертный выход подключен к дизъюнктеру, к которому также идет сигнал от компоратора. Тогда после 5 секунд работы второго компоратора на инвертном выходе одновибратора сфотрируется 1 и дизъюнктер пропустит сигнал.

. Схема управления реле предложена на рисунке 6.

Рис. 6. Схема управления вторым реле

Блоки управления динамиком

Предлагается использовать для управления динамиком схему, предложенную на рисунке 7.

Рис. 7. Схема управления динамиком

Схема работает следующим образом. Если происходит превышение верхнего порога, сбрасывается счетчик СТ и триггер Т переходит в активное состояние. После него сигнал проходит на генератор, который генерирует импульсы длительностью 1 сек. Импульсы поступают на счетчик и генератор. Счетчик после 4 раза подает сигнал на вход R триггера и он прекращает работу. Динамик гудит с частотой 1200Гц во время прохождения импульсов.

При превышении второго порога сигнал сразу проходит на динамик, который начинает пищать с частотой 1200Гц на всем времени преодоления.

2.3 Описание работы устройства по функциональной схеме

Устройство содержит: датчик, измерительный усилитель, линейно усиливающий сигнал с датчика, усилители мощности, которые управляют реле, светодиодами и динамиком, компараторы, одновибраторы, конъюнкторы, дизъюнктор, генераторы импульсов, счетчик, триггер.

Устройство работает следующим образом.

Если компаратор COMP1 формирует уровень логической единицы на выходе при превышении выходного сигнала усилителя уровня верхнего порога, то срабатывает генераторы GN_1 и GN_2 формирующие импульсы продолжительностью 2 и 1 секунды, выходы с них соединенные на дизъюнктере заставляют светодиод мигать в нужной последовательности. Также единица попадет в реле K1, которое работает на протяжении преодоления порога. Еще единица попадает в счетчик и сбрасывает его, и в триггер. Триггер передает сигнал на генератор GN_3, который формирует импульсы длительностью 1 сек. Импульсы идут на динамик, заставляя его пищать с нужной частотой, за счет генератора GN_4. Помимо этого импульсы попадают на счетчик, который после 4 раза сбрасывает триггер и прекращает работу генератора GN_3.

Если компаратор COMP2 формирует уровень логической единицы на выходе, то срабатывает одновибратор G1_1, который формирует импульс продолжительностью 5 секунд, с инвертного выхода сигнал идет на конъюнктер, на нем так же входной сигнал с компоратора. За счет такой схемы активный сингал будет формироваться после 5 секунд преодоления порога, если преодоление сохраняется, активный сигнал от сюда идет на рыле K2. Также горит на всем протяжении преодоления порога второй диод. Также активный сигнал идет на динамик, который пищит с частотой 1200 Гц на протяжении всего порога.

Расчёт схем управления реле

В устройстве, согласно заданию, используется реле РЭС-15 с сопротивлением обмотки R_p = 330 Ом и током срабатывания I_cp = 21 мА. Реле будет включаться с помощью транзисторного ключа на полевом транзисторе 2N6902. Его сопротивлением в открытом состоянии можно пренебречь, так как оно составляет десятые доли Ома.

Чтобы реле включилось, на нём должно падать напряжение срабатывания (или большая величина напряжения):

Очевидно, что для функционирования реле можно подключить его к источнику питания +7 В, тогда реле будет включаться при открывании транзистора.

Заключение

В результате работы разработаны структурная, функциональная и принципиальная схемы устройства предварительной обработки аналогового сигнала с заданными параметрами, выполнено моделирование измерительной части устройства, что показало справедливость расчётов и выбранного схемного решения. Вопросы оценки погрешностей в работе не рассматривались.