Если флаг переноса не установлен и в аккумуляторе находится нуль, то измеряемая величина равна эталонной — не подаем никакой сигнал. Тогда;JCMETKA11ORLA, BJZMETKA12;SETBTEMPCLRTEMP;LJMPMETKA12:;METKA11:SETBTEMPCLRTEMPSETBTEMPCLRTEMPMETKA12:;Аналогичным образом составляются блоки для управления оставшимися величинами. Для корректного вывода информации на индикаторы необходимо составить подпрограмму преобразования 16-битного двоичного числа в двоично-десятичное число. При составлении данной подпрограммы будем использовать написанную выше подпрограмму DELENIE10. Перед началом выполнения подпрограммы необходимо разместить в регистрах R5R4 16-разрядное двоичное число, а также указать в регистреR0 адрес начала буфера для сохранения результата. DECIAT:Сначала сбрасываем счетчик количества значащих цифр: MOVR1,#00BТеперь необходимо провести деление на десять до тех пор, пока частное от деления больше нуля. Таким образом, мы определим количество значащих цифр. Остаток от деления (регистр B) будем загружать в стек: DECIAT1:LCALL DELENIE10PUSHBINCR1MOVA, R5ORLA, R4JNZDECIAT1Загрузим в B полученное значение количества значащих цифр: MOVB, R1Теперь необходимо последовательно выгрузить из стека цифры и разместить их в отведенном для них буфере памяти: DECIAT2:POPACCMOV@R0,AINCR0DJNZB, DECIAT2RET;Напишем программный блок, который будет показывать текущую потребляемую мощность на индикаторе: LCDT:CLRAMOVA, 71HSWAPAMOVR1,70HADDA, R1MOVP2, AMOVP3,72HSETBP3.4Теперь необходимо организовать задержкуна различные интервалы. Задержка на 50 мс: DEL50M:MOVR1,#98DEL501:MOVR2,#255DEL502:DJNZR2,DEL502DJNZR1,DEL501RETЗадержка на 10 с: DEL10C:MOVR3,#199DEL101:LCALLDEL50MDJNZR3,DEL101RETЗадержка на 10 мин: DEL10M:MOVR4,#60DEL101M:LCALLDEL10CDJNZR4,DEL101MRETТеперь, после написания всех подпрограмм, напишем основную программу:;KOMFORTPROGORG 0000HJMP BEGINBEGIN: CSTEQUP1.0CLKEQUP1.1DOUT EQUP1.2DINEQUP1.3TEMPEQUP1.4OSVEQUP1.5VLAGEQUP1.6POWEQUP1.7;STARTUS:;CLRTEMPCLR OSVCLRVLAGCLRPOW;MOV 68H,#00bMOV 69H,#1 1001bMOV 6AH,#01bMOV 6BH,#1 111 0100bMOV 6CH,#00bMOV 6DH,#11 0010bMOV 6EH,#00bMOV 6FH,#1 111 1010b;;;LCALL PREOBR1;LCALL DELENIE10LCALL DELENIE10;MOV60H, R0MOV61H, R1;MOVR5,60HMOVR4,61HMOVR3,68HMOVR2,69H;;CLRCMOV A, R4SUBB A, R2MOV B, AMOV A, R5SUBB A, R3;JCMETKA11ORLA, BJZMETKA12;SETB TEMPCLR TEMP;LJMP METKA12;METKA11:SETB TEMPCLR TEMPSETB TEMPCLR TEMPMETKA12:;;LCALL PREOBR2;LCALL DELENIE10LCALL UMNOGENIE2;MOV62H, R0MOV63H, R1;MOVR5,62HMOVR4,63HMOVR3,6AHMOVR2,6BH;CLRCMOV A, R4SUBB A, R2MOV B, AMOV A, R5SUBB A, R3;JCMETKA21ORLA, BJZMETKA22;SETB OSVCLR OSV;LJMP METKA22;METKA21:SETB OSVCLR OSVSETB OSVCLR OSVMETKA22:;LCALL PREOBR3;LCALL DELENIE10LCALL DELENIE10LCALL UMNOGENIE2;MOV64H, R0MOV65H, R1;MOVR5,64HMOVR4,65HMOVR3,6CHMOVR2,6DH;CLRCMOV A, R4SUBB A, R2MOV B, AMOV A, R5SUBB A, R3;JCMETKA31ORLA, BJZMETKA32;SETBVLAGCLR VLAG;LJMP METKA32;METKA31:SETB VLAGCLR VLAGSETB VLAGCLR VLAGMETKA32:;;LCALL PREOBR4;LCALL DELENIE10;MOV66H, R0MOV67H, R1;MOVR5,66HMOVR4,67HMOVR3,6EHMOVR2,6FH;CLRCMOV A, R4SUBB A, R2MOV B, AMOV A, R5SUBB A, R3;JCMETKA41ORLA, BJZMETKA42;SETB POWCLRPOW;LJMP METKA42;METKA41:SETB POWCLRPOWSETB POWCLRPOWMETKA42:;MOVR0,60HMOVR1,61HMOV70H,#00bMOV71H,#00bMOV72H,#00bMOV73H,#00bMOVR6,70H;LCALL DECIAT1;MOVR0,62HMOVR1,63HMOV74H,#00bMOV75H,#00bMOV76H,#00bMOV77H,#00bMOVR6,74H;LCALL DECIAT2;MOVR0,64HMOVR1,65HMOV78H,#00bMOV79H,#00bMOV7AH,#00bMOV7BH,#00bMOVR6,78H;LCALL DECIAT3;MOVR0,66HMOVR1,67HMOV7CH,#00bMOV7DH,#00bMOV7EH,#00bMOV7FH,#00bMOVR6,7CH;LCALL DECIAT4;LCALLLCDTLCALLDEL10C;LCALLLCDOLCALLDEL10C;LCALLLCDVLCALLDEL10C;LCALLLCDDLCALLDEL10C;LCALLDEL10M;JMP STARTUS;3 Технологический раздел3.
1 Проектирование принципиальной схемы устройства.
Для питания микроконтроллера используется напряжение +5 В.Встроенные в микроконтроллер ПЗУ удобны еще тем, что в случае необходимости можно запретить чтение записанной в них программы. Внутреннее ОЗУ микроконтроллера имеет ёмкость не менее 128 байт. Между выводами «XTAL1» и «XTAL2» подключается кварцевый резонатор. Частота кварца выбрана 11 МГц, поскольку высокая рабочая частота необходима для того, чтобы УП успевал выполнять все необходимые действия по поддержке обмена данными. В этом случае обеспечивается обмен данными с минимумом ошибок. Известно из практики, что при использовании кварцевого резонатора такого номинала, значения конденсаторов С1 и С2 следует выбирать в пределах 15−30пФ. Исходя из этого выбираем С1=С2=27пФ. На вход «ЕМА» УП следует подать напряжение питания, что укажет микроконтроллеру на необходимость работы с внутренней памятью программ. Выбираем индикатор SC56−11GWA компании Kingbright, представляющий, по-сути, 7 независимых светодиодов. С помощью него вы можно вывести один разряд числа.
Используем несколько индикаторов для вывода больших чисел. Подключения осуществляется через общий катод. То есть контакты, обозначенные как «катод», должны быть соединены с землёй, а на остальные необходимо подавать напряжение, если нужно, чтобы соответствующий сегмент загорелся. На рисунке 3.1 Представлена типовая схема подключения микросхемы FT232R к порту USB. Как можно видеть по данному рисунку, при таком подключении питание микросхема получает по шине USB. При питании от USB ток потребления не должен превышать 100 мА на одно устройство. Компоненты с током потребления более 100 мА должны подключаться через отдельный стабилизатор.
Для управления питанием других компонентов схемы в FT232R предусмотрен вывод «PWREN». «PWREN» подключается в затвор
МОП-транзистора ключа и с его помощью подключает и отключает питание компонентов схемы. Рисунок 3.1 — Подключение микросхемы FT232R к порту USBВстроенная схема формирования сигнала сброса генерирует импульс длительностью около 5 мс при превышении напряжением питания уровня 3,5 В. Сигнал сброса используется для внутренних цепей FT232R и имеет дополнительно: вход «RESET» для принудительного сброса микросхемы преобразователя от внешнего устройства и выход «RSTOUT» для сброса других микросхем на плате. Во время действия сигнала сброс выход «RSTOUT» находится в высокоимпедансном (Z) состоянии, а после окончания сброса на выводе «RSTOUT» устанавливается напряжение 3,3 В. Это позволяет использовать «RSTOUT» для подключения подтягивающего (pull-up) резистора на линию DP USB шины при необходимости применения задержанной энумерации (задержки при подключении и идентификации устройства).При подключении к хосту нескольких устройств на базе FT232R каждому из них назначается свой виртуальный COM порт, а серийные номера, VID и PID USB, строки с кратким описанием устройства должны быть предварительно запрограммированы в ЭСППЗУ. Программирование памяти осуществляется непосредственно в схеме по USB интерфейсу с помощью специальной утилиты, которая можно скачать с сайта производителя.
3.2 Расчет схемы принципиальной.
Для удобства расчета целесообразно разбить схему на три части: измерительная, приемопередающая и сетевой блок питания. Расчет измерительной части. АЦП измеряет сигнал в диапазоне от 0 до Vref, де Vref — опорное напряжение АЦП. В качестве источника опорного напряжения может быть использовано напряжение питания АЦП, внешний источник напряжения, либо внутренний источник опорного напряжения 1,1 В. Выберем в качестве источника Vref напряжение питания микроконтроллера. Расчет приемопередающей части. Сопротивление портов микроконтроллера сконфигурированных как вход составляет 100 МОм[6]. Входное сопротивление микросхемы FT232 составляет 5 МОм[8].
Поэтому ими можно пренебречь в расчетах, считая их бесконечно большими. Из [11] выберем номинальный ток диода мАДля ограничения тока на управляющие выходы контроллера устанавливаем резисторы номиналом 560 Ом. Определим номинал резистора: Ом (510 Ом, ряд Е24), Номинал резистора равен. Рассчитаем требуемую мощность для 1 блока питания (питание схемы со стороны микроконтроллера):Потребление микроконтроллера при частоте работы 12 МГц составляет 9 мА. Следовательно, потребляемая мощность равна: мВт. Потребление датчиков составляет не более 0,6 Вт, соответственно общее потребление не превысит 2,4 Вт. Суммарная потребляемая мощность определяется в этом случае потреблением датчиков и не превысит 2,5 ВтМаксимальный выходной ток стабилизатора А. Расчет источника питания. Рассчитаем источник питания с параллельной стабилизацией напряжения. Напряжение вторичной обмотки трансформатора равно 8 В (действующие значение). Напряжение стабилизации стабилитрона — В. Напряжение на конденсаторе составит, где — падение напряжения на диодном мосту. Установим максимальную величину пульсаций выходного напряжения мВ. Определим максимальный ток делителя: А. Рассчитаем емкость конденсатора С1: Ф (2200 мк.
Ф).Номиналы резисторовR15 и R16 найдем из соотношений,;Ом (160Ом, ряд E24), Ом (470Ом, ряд E24).
3.3Разработка конструкции.
Основная задача при разработке конструкции — снизить влияние на результат измерений. Для достижения этого предприняты следующие меры:
Уменьшена длина дорожек аналогового сигнала."Вывод «земли» АЦП соединен с общим проводом только в одной точке. Аналоговые и цифровые дорожки разнесены на максимальное расстояние. Источники питания также удалены друг относительно друга. Монтаж МК выполнен на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Трансформатор закреплен механическим способом с помощью шайбы и винтового соединения. Дополнительно следует отметить необходимость качественной изоляции вторичных обмоток трансформатора, для снижения возможности пробоя между измерительной и передающей частями платы. Для защиты от перенапряжения в линии связи, на плате установлены защитные двухполярные диоды. На плате предусмотрены индикаторы приема и передачи данных по сети, а также индикатор наличия питания. По причине малой потребляемой мощности стабилизатор напряжения DA6 может быть установлен без дополнительного теплоотвода.
3.4 Расчет надежности устройства.
Оценочный расчёт надёжности конструкции заключается в определении показателей надёжности изделия по известным надёжности изделия по известным характеристикам надёжности составляющих компонентов и условиям их эксплуатации. В проекте оценочный расчёт надёжности изделия выполняется по внезапным отказам, в соответствии с которым определяется интенсивность отказов устройства с учётом условий его эксплуатации. Необходимо обеспечить наработку до отказа МК 60 000 часов. Расчёт интенсивности отказов ПП с металлизированными отверстиямиλ0 — значение базовой интенсивности отказа плат в зависимости от технологии изготовления, для печатного монтажа: КЭ — коэффициент эксплуатации (ГОСТ Р.В. 20.
36.304−98)КЭ = 1КС — коэффициент сложности в зависимости от числа слоёв, для ДПП: КС = 1N1 — количество соединений, пропаянных групповыми методами (все выводы МС).N2 — количество соединений, пропаянных вручную (выводы разъёмов),.Расчёт интенсивности отказов соединенийn — количество видов соединений (пайка волной и ручная пайка) КЭ — коэффициент эксплуатации (ГОСТ Р.В. 20.
36.304−98)КЭ = 1Ni — кол-во соединений i-го видаN1 = 28N2 = 5 — базовая интенсивность отказов iго вида соединения (пайка волной)(ручная пайка без накрутки) Расчёт интенсивности отказов электрического соединителя (разъём USB)λ0 — базовая интенсивность отказов соединителя в зависимости от технологии изготовления.
КТ — коэффициент температурыTc — температура среды (30 оС)∆t — среднее превышение температуры разъема относительно окружающей средыI — ток, протекающий через контакты (максимальный ток через разъём) А — коэффициент, зависящий от количества задействованных выводов (А (5) = 0,07)ККМ — коэффициент, зависящий от количества сочленений/расчленений за 1000 часов (для количества сочленений/расчленений в интервале 5−50 ККМ = 3) КУК — коэффициент уровня качества.
КУК = 2КЭ — коэффициент эксплуатации.
КЭ = 1. Расчёт интенсивности отказов λ0 — эксплуатационная интенсивность отказов кристаллов.
КТ — коэффициент температурного влиянияEa — энергия активацииEa = 0,35 эВNТ — эмпирический коэффициентNТ = 298ТJ — перегрев тела.
ТJ = 40оСКСЛ — коэффициент сложности кристаллаSК — площадь кристаллаSК = 0,64 см2XS — топологическое разрешение XS = 0,25 мкмλК — интенсивность отказов корпусаNв — количество выводовNв = 28КЭ — коэффициент, учитывающий режим эксплуатации (ГОСТ Р.В. 20.
36.304−98)КЭ = 0,5КУК — коэффициент, учитывающий уровень качества (класс В1) КУК = 2КК — коэффициент влияния корпуса (DIP не герметичный) КК = 1,3Расчёт интенсивности отказов ФЯРасчёт наработки до отказа модуля. Рассчитанной значение наработки до отказа удовлетворяет предъявленным требованиям.
Заключение
.
В рамках аналитического и проектного разделов было проведено знакомство с объектом разработки, систематизация сведений по рассматриваемой тематике. В данном курсовом проекте было разработано дистанционного контроля потребляемого тока и энергии по показаниям стандартного счетчика электроэнергии, предназначенное для учета количества потребляемой электроэнергии. В проекте проведен анализ существующих АСКУЭ, проанализированы их недостатки, разработаны принципиальные схемы, конструкция, ПО и приведены необходимые технико-экономические расчёты. Отличительными чертами, разработанного устройства являются: возможность удаленного контроля и настройки, низкая, в сравнение с другими системами стоимость, применение датчиков тока на основе эффекта Холла, что позволило учитывать постоянную составляющую. Разработанное устройство полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания. В проекте рассмотрены все стадии разработки электронного устройства от разработки структурной схемы до проектирования печатной платы, сборочного чертежа и программного обеспечения.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
И. В. Петров «Программируемые контроллеры.
Стандартные языки и приемы прикладного проектирования". Москва. СОЛОН-Пресс. 2004 г. Э. Парр «Программируемые контроллеры. Руководство инженера» перевод с английского.
Москва. БИНОМ. 2007 г. Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR-микроконтроллеров.: Пер. с нем.- Киев.: «МК-Пресс», 2006. -.
208с.; ил. Кестер У. Аналогово-цифровое преобразование: Под ред. У. Кестера М.: Техносфера, 2007. 1016 с.; ил. Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналогово-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Выпуск 1 — М. ДОДЭКА, 1996 г., 384 с. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств.- М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.-528 с. Никитинский В. З. Маломощные силовые трансформаторы.-М.: «Энергия», 1968.-47 с. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / П.
П. Мальцев и др. — М.: Радио и связь, 1994. — 240 с. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров/А.-Й. К Марцинкявичюс, Э.-А. К.
Багданскис, Р. Л. Пошюнас и др.; Под.ред. А.-Й. К Марцинкявичюса, Э.-А. К. Багданскиса.- М.: Радио и связь, 1988.-224 с.; ил. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. Издание второе, исправленное и дополненное — М. ДОДЭКА, 1998 г., 400 с. Кирьянов Д. В. Самоучитель Mathcad 11.
— СПб.: БХВ-Петербург, 2003. — 560 с.; ил. Типовые нормы времени на разработку конструкторской документации.
— 2-е издание., доп. — М.: Экономика, 1991.- 44 с. Мазель Б.
Трансформаторы электропитания.- М.: Энергоиздат, 1982.- 78 с. Евстифеев А. В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. — М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2007.- 592 с.: ил. Хемминг Р.
В. Цифровые фильтры. — М.: Недра, 1987. — 221 с. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов.
— М.: Мир, 1978. — 847 с. Баскаков С.
И. Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: Высшая школа, 1988. -.
448 с. Эннс В. Измерительные микросхемы и модули для электронных счетчиков электроэнергии// Chipnews.- 2002. № 10.- С. 34−36.Эннс В. Измерительные микросхемы для электронных счетчиков электроэнергии// Схемотехника.-2002.
№ 3.-С. 6−9Аганичев А., Панфилов Д., Плавич М. Цифровые счетчики электрической энергии // ChipNews. 2000.
№ 2. C. 18−22.Бирюков, С. А. Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП / С. А. Бирюков.
— М.: ДМК, 1996. — 240 с.: ил. Гребнев, В. В. Однокристальные микро.
ЭВМ семейства AT89 фирмы Atmel / В. В. Гребнев. — СПб.: FineStreet, 1998.
Гук, М. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия / М. Гук. — СПб.: Питер, 2002. — 528 с.: ил. Измерения в электронике: справочник / В. А. Кузнецов [и др.]; под ред. В. А. Кузнецова. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 512 с.: ил.
