Модернизация микрокриогенной системы
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
легко увеличено без задействования дополнительных портов ввода-вывода МК.
2.1.5 Регулировка и контроль давлений
Важной частью панели управления МКС является газораспределительная панель (ГРП). Она управляет газораспределительным устройством (ГРУ), где находятся регуляторы давления газа, управляемые постоянным напряжением, изменяющимся в пределах 0-25 В, при силе тока 200 мА. В новом устройстве эту задачу выполняет разработанный каскад, схема которого приведена на рисунке 2.9.
Рисунок 2.9 - узел регулировки давлений
- Atmega16, DA1 - LM358, DD3 - DS1844, VT1 - MJE15030, K1 - регулятор давления
Задачу регулировки различных параметров (звука, контраста, яркости и т.д.) в большинстве случаев выполняют переменные резисторы.
В данном случае, оправданным является применение цифрового потенциометра, рабочие функции которого совпадают с обычными переменными резисторами, но цифровой интерфейс позволяет значительно упростить схемотехнику устройства и в то же время повысить стабильность заданных параметров регулировки.
В отличие от механических потенциометров, цифровые устройства имеют высокую точность регулировки, надежность в эксплуатации и возможность прямого управления через микропроцессорную среду.
Приборы DS1844 были разработаны для обеспечения возможности подстройки и калибровки нескольких параметров.
Интерфейс делает их идеальными приборами для автоматической настройки и калибровки в самых различных применениях.
Преимущества использования микросхемы DS1844:
четыре независимых потенциометра в одном корпусе;
цифровое управление 64 позициями каждого потенциометра;
-проводной адресный интерфейс управления (TWI, I2C);
максимальное значение сопротивления: 10 кОм;
диапазон рабочих температур - 40…+85C.
Также в разработанном узле присутствует LM358 - низкопотребляющий двухканальный операционный усилитель, включенный по схеме дифференциального усилителя [10].
В общем виде выходное напряжение Uout на операционном усилителе рассчитывается по следующей формуле:
где Uout - выходное напряжение,
U2 и U1 - входные напряжения,
Rf,R1,R2 - сопротивления резисторов согласно рисунку 1, g - переменный резистор. Роль которого выполняет цифровой потенциометр (вывод W1). После подстановки известных величин U2=5 B.,
U1 = 0 B., Rf = 100 кОм., R1 = 100 кОм., R2 = 10 кОм. приводим к следующему виду:
Как видно из формулы, при изменении номинала переменного резистора от 0 до 10 кОм, выходное напряжение меняется в пределах от 0 до 5 В.
Напряжение Uout через резистор R4 в 1 кОм подается на базу мощного биполярного низкочастотного транзистора MJE15030.
Ток базы плавно изменяет значение напряжения коллектор-эмиттер в пределах диапазона 0.25 В, управляя регулятором давления. Таким образом происходит регулирование давления криоагента.
Механизм действия измерительной цепи выглядит следующим образом: датчик давления меняет свое сопротивление в зависимости от значения давления, как показано на рисунке 2.10.
Рисунок 2.10 - график характеристики датчика давления
Разработанная схема (рисунок 2.11) реагирует на изменения сопротивления изменением напряжения при помощи LM358, один канал которого подключен как дифференцирующий усилитель (необходимо отсечь постоянное напряжение и фиксировать только изменения в его значениях), второй - включен по схеме неинвертирующего усилителя.
Значение напряжения на выходе узла оцифровываются в АЦП микроконтроллера. Значения давления в конечном счете представляются в виде кодов АЦП и выдаются на ЦКУР или дисплей ПУ.
Рисунок 2.11 - измерительная цепь ПУ
В ходе испытаний модернизированного узла измерения давления было выяснено, что достигаемая точность измерений - около 0,5 атм на отсчет.
2.1.6. Счетчики моточасов и датчики температуры
Датчики температуры являются необходимыми элементами ПУ МКС, предназначенными для температурного контроля важных узлов МКС. В модернизированной МКС контролируется температура более нагревающихся узлов - нагнетателей КУ, в цепи питания охладителя (в ходе работы устройств значительно нагреваются мощные резисторы фазосдвигающей цепи) и температуры непосредственно внутри ПУ.
В ходе разработки системы управления МКС был выбран датчик температуры AD7416 компании Analog Devices, обладающий наилучшей комбинацией диапазона и точности измерений, габаритов и стоимости, которые удовлетворяют самым жестким требованиям современных систем и обеспечивают устойчивые в работе и экономически эффективные решения. Подобные датчики часто используются в аппаратуре, разработанной в ИПА РАН.- цифровой датчик температуры с 10-битным АЦП и точностью измерений 0,25 градуса, погрешностью 1 C. Время преобразования от 15 до 40 мкс, диапазон рабочих температур - 40…+125 C, напряжение питания 2,7…5,5 В. Обмен данными и передача команд осуществляется через последовательный протокол I2C, активно использующегося в модернизированной ПУ МКС, показания предоставляются сразу в виде градусов Цельсия. Выбираемый адрес последовательной шины позволяет подключить до 8 датчиков на одну линию. При этом датчик обладает низкой стоимостью и широко распространен.
Счетчик времени наработки (моточасов) предназначен для учета времени работы оборудования, в которое он встраивает?/p>