Разработка структурной схемы устройства управления

Структурная схема системы С помощью программного обеспечения установленного на телефоне формируются и передаются сигналы на устройство приемник, в данном случае это Bluetooth модуль.

Bluetooth модуль в свою очередь принимает сигналы, и не обрабатывая передает их на главный управляющий элемент — микроконтроллер.

Получая информацию, микроконтроллер обрабатывает ее и формирует управляющие сигналы для драйвера управления. А через драйвер управления подается напряжение на двигатели постоянного тока для их работы.

Разработка микропроцессорного устройства управления двигателями постоянного тока

В данном разделе осуществляется разработка схемы электрической принципиальной — выбор двигателей, микроконтроллера, интерфейса связи. Расчет схемы электрической принципиальной и осуществляется разработка печатной платы и сборочного чертежа.

Разработка схемы электрической принципиальной Выбор двигателя В качестве объекта управления в данной работе были выбраны двигатели, установленные в машине на радиоуправлении, приобретенной специально для выполнения работы.

Выбор микроконтроллера В качестве основного элемента получения и обработки сигналов был выбран микроконтроллер Atmega8 фирмы Atmel (см. приложение Б). У микроконтроллера имеются порты UART, 3 таймера, что необходимо для данной работы.

Цифровые сигнальные процессоры фирмы Atmel получили широкое применение, так как они имеют доступную цену и достаточный набор периферии.

Выбор микросхемы и интерфейса связи Для управления двигателями стоял выбор между драйверами L298N и L293D. Но выбор остановился на драйвере L298N. Он работает в более широком диапазоне напряжений, и в связи с этим отпадает риск перегрева микросхемы. Так же он легкодоступный и имеет полный ряд функций необходимых для выполнения данной работы.

В качестве интерфейса связи с компьютером в данном проекте выбран интерфейс UART. Данный интерфейс был выбран не случайно, потому что для передачи данных используется Bluetooth модуль, который в свою очередь использует интерфейс UART. Так же его плюсом является хорошая скорость передачи данных — 9600 Кбит/с.

Расчет механической мощности.

Вес модели равен 0,7 кг, максимальная скорость 1 м/с при диаметре колес 30 мм.

Рассчитаем ускорение:

м/c.

Вращающий момент рассчитывается следующим образом:

Cm=Jб При моменте инерции и угловом ускорении б =.

мН*м Для расчета максимальной мощности двигателя используется частота вращения двигателя, выражаемая в оборотах в минуту:

об/мин Мощность двигателя пропорциональна вращающему моменту и частоте вращения:

Pm = Cm*V.

Pm=Вт.

Расчет схемы электрической принципиальной Выбор силового драйвера управления.

В данной работе мы используем драйвер L298N со следующими характеристиками:

Максимальное рабочее напряжение: Uпит < Uдрайвера=46 В;

Напряжение питания U_пит=+5 В, +3,3 В;

Максимальный выходной ток (на один канал): Iпит < Iдрайвера=2 А:

Расчет резисторов.

Вывод Reset микроконтроллера, согласно технической документации, рекомендовано подключать к питанию через подтягивающий резистор номиналом 10 кОм.

Резисторы для соединения микроконтроллера и Bluetooth модуля устанавливаются исходя из технической документации модуля: рабочее напряжение 3.3 В, при работе с напряжением 5 В установить резисторы номиналом 4,7 кОм.

Для стабильной работы и избежание сгорания светодиода необходимо, что бы ток текущей в цепи, соответствовал номинальному (10 или 20 миллиампер), для этого установим резистор сопротивлением 1 кОм.

Расчет конденсаторов.

Для стабилизации напряжения поступающего с источника питания были параллельно подключены конденсаторы емкостью 30 мкФ и 100 мкФ.

Уже известно, что Bluetooth модуль работает от напряжения 3,3 В, получается рабочее напряжение в микросхеме 5 В будет излишним, что может привести к сгоранию модуля. Поэтому для уменьшения напряжения необходимо подключить стабилизатор L78L33. Исходя из его технической документации потребуются 2 конденсатора емкостью 0,33 мкФ и 0,1 мкФ. Схема соединения представлена на рисунке.

Схема соединения стабилизатора L78L33.

Разработка печатной платы Разработка конструкции устройства осуществляется на основе разработанной принципиальной электрической схемы с учетом требований к ремонтопригодности, требований технической эстетики, с учетом условий эксплуатации и других требований.

При конструировании печатной платы необходимо учитывать следующее.

Если нет каких-либо ограничений, печатная плата (ПП) должна быть квадратной или прямоугольной. Максимальный размер любой из сторон не должен превышать 520 мм. Толщина ПП должна соответствовать одному из чисел ряда: 0.8; 1.0; 1.5; 2.0 в зависимости от площади ПП.

Центры отверстий должны располагаться в узлах координатной сетки. Каждое монтажное и переходное отверстие должно быть охвачено контактной площадкой.

Диаметр монтажных отверстий, диаметры выводов микросхем колеблются в пределах 0,8…1,2 мм, а диаметры выводов резисторов колеблются около 0,66 мм. Для упрощения процесса изготовления, монтажные отверстия на плате имеют диаметр 0,8 и 1,2 мм. Шаг координатной сетки составляет 1,27 мм.

Паять элементы припоем ПОС-61. Материал платы стеклотекстолит фольгированный СТЭФ 2−1,5−50 по ГОСТ 10 316–86.

Для smd-элементов рекомендуется печатный монтаж, согласно datasheet.

Разработка сборочного чертежа В ходе разработки сборочного чертежа необходимо уделить внимание следующим требованиям:

• 1) разработка сборочного чертежа устройства управления двигателями постоянного тока осуществляется на основе разработанной принципиальной электрической схемы с учетом требований к чертежным документам;
• 2) в соответствии со схемой деления изделия на составные части присвоить обозначение сборочной единице и ее элементам по ГОСТ 2.201−68;
• 3) проставить необходимые размеры согласно требованиям ГОСТ 2.109−73;
• 4) заполнить спецификацию, выдерживая все требования ГОСТ 2.108−68;
• 5) заполнить основную надпись и выполнить другие необходимые надписи (технические требования и пр.).