КР_3. Курсовая работа по дисциплине Технические средства автоматизации На тему Проектирование исполнительной части аср на основе микропроцессорной техники Образовательная программа в автоматизация и управление
 Скачать 0.96 Mb.
|
|
Некоммерческое акционерное общество «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева» Кафедра Автоматизация и управление КУРСОВАЯ РАБОТА По дисциплине Технические средства автоматизации На тему Проектирование исполнительной части АСР на основе микропроцессорной техники Образовательная программа В – Автоматизация и управление Выполнил Группа АУ (Ф.И.О.) Принял ст. пр. Рудакова Л.Н. ученая степень, звание, Ф.И.О.) __________ ________________ «_____»________________2022 г. (оценка) подпись) Алматы 2022 2 Содержание Введение Состав проекта 1 Задача автоматизации 2 Структурная схема подключения и автоматизации 3 Выбор задающих и исполнительных элементов 4 Электрическая схема 5 Выбор микропроцессорного элемента 6 Алгоритмическая схема управления 7 Программное обеспечение Заключение Список литературы 3 Введение Автоматические системы регулирования предназначены для поддержания заданных значений выходных координат машин и аппаратов. Выходными координатами называются физические величины, которые определяют работу машины или аппарата в соответствии с технологическим регламентом. В свою очередь, выходные координаты, на которые воздействует в процессе функционирования регулятор, называются регулируемыми. Регулируемыми могут быть следующие величины давление, уровень, температура, расход, концентрация, скорость и другие показатели, они могут характеризовать механические и физико-химические процессы Автоматическая система регулирования имеет замкнутую цепь воздействия объект регулирования воздействует на датчик, датчик на управляющий элемент УЭ, который воздействует на исполнительный элемент ИЭ, а исполнительный - снова на объект. Управляющим элементом УЭ является в данной курсовой работе микропроцессор. Микропроцессор — это центральный блок компьютера или автоматизированного механизма, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией. 4 Состав проекта 1 задача автоматизации 2 структурная схема системы автоматизации 3 выбор исполнительных и задающих элементов 4 выбор микропроцессорного элемента управления 5 расчёт нагрузочных характеристик элементов 6 электрическая схема и спецификация элементов 7 алгоритмическая схема управления 8 программное обеспечение. 1 Задача автоматизации 25 Автоматический шлагбаум. Проезд односторонний (въезд машин) Рисунок 1 - Автоматический шлагбаум для проезда машин шлагбаум (мощный серводвигатель) 2 - RFID модуль RC522 3 – контроллер Arduino Uno 4 – монтажная плата Arduino 5 – ключ для RFID модуля Принцип работы автоматического шлагбаума При поднесении ключа к считывателю меток происходит считывание в десятичной системе исчисления. Далее происходит проверка с уже заданным значением метки в системе. Если значения считывания ключа совпадает стем, что в системе, подается сигнал на серводвигатель, тем самым вращая его на 90 градусов, тем самым происходит открытие шлагбаума. Спустя некоторое количество времени шлагбаум закрывается. Это нужно для того, чтобы транспорт успел проехать через шлагбаум. 2 Структурная схема подключения и автоматизации Структурная схема автоматизации Структурная схема автоматизации состоит из 1 Плата Arduino Uno (голубая) 2 RFID модуль синяя) 3 Сервопривод Tower Pro MG90S Шаговый двигатель(черный) 4 Монтажная плата Arduino 4 Рисунок 2 – Схема подключения 3 Выбор задающих и исполнительных элементов Задающими элементами будет 1 датчик RFID модуль-считыватель меток. Исполнительным элементом будет сервопривод. 1. RFID модуль RC522 Радиочастотная идентификация (RFID) — это технология бесконтактной идентификации объектов при помощи радиочастотного канала связи. Идентификация объектов производится по уникальному идентификатору, который имеет каждая электронная метка. Считыватель излучает электромагнитные волны определенной частоты. Метки отправляют 5 в ответ информацию – идентификационный номер, данные памяти и пр. Метки работают на разной частоте LF (125 - 134 кГц, HF (13.56 МГц, UHF (860 - 960 МГц. В моём случае используется HF (13.56 МГц. Модуль выполнен на микросхеме MFRC522 фирмы NXP, которая обеспечивает работу с метками HF (на частоте 13,56 МГц. В комплекте с модулем RFID- RC522 идёт метка в виде брелока. Рисунок 3 - модуль RC522 Технические характеристики модуля RC522: 1 Напряжение питания 3.3V; 2 Потребляемый ток :13-26mA; 3 Рабочая частота 13.56MHz; 4 Дальность считывания 0 - 60 мм 5 Интерфейс SPI; 6 Скорость передачи максимальная 10МБит/с; 7 Размер мм х мм 2. Сервопривод Tower Pro MG90S Сервопривод – механизм, имеющий в своем устройстве специальный датчик, по которому отслеживаются определенные значения, блок управления, двигатель. Задачей устройства является контроль и поддержание параметров вовремя работы, в зависимости от сигнала, передаваемого в отдельный момент времени. Сего помощью приводятся в действие манипуляторы, выполняется открытие (полное или неполное) или закрытие прикрытие) заслонок, в станкостроении для подачи режущего инструмента и других исполнительных механизмов. Представляет собой устройство, состоящее их электродвигателя, редуктора, датчика положения (энкодера) или резистора и контроллера устройства управления. 6 Рисунок 4 - Сервопривод Tower Pro MG90S Технические характеристики 1 Угол поворота 180 градусов 2 Размеры : 22 x 12 x 29 мм 3 Вес 13.4 гр. 4 Усилие навалу Скорость 0.10sec / 60 degrees @ 4.8V; 0.08sec / 60 degrees @ 6.0V 6 Рабочая температура : от -30 до +60 градусов по Цельсию 7 Вольтаж : 4.8 - 6.0V 4 Электрическая схема Рисунок 5 - Электрическая схема автоматического шлагбаума 7 5 Выбор микропроцессорного элемента Микропроцессор - программное управляемое устройство для обработки информации, выполненное на больших интегральных схемах и применяемое в компьютерах ив автоматизированных механизмах. В качестве микропроцессорного элемента был выбран ATmega от Atmel и контроллер Arduino. Arduino Uno контроллер построен на ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов, 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи. Рисунок 6 - микропроцессор ATmega от Atmel Микроконтроллер ATmega328 Рабочее напряжение 5 В Входное напряжение (рекомендуемое) 7-12 В Входное напряжение (предельное) 6-20 В Цифровые Входы/Выходы 14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ ) Аналоговые входы 6 Постоянный ток через вход/выход 40 мА Постоянный ток для вывода 3.3 В 50 мА Флеш-память 32 Кб (ATmega328) из которых 0.5 Кб используются для загрузчика ОЗУ 2 Кб (ATmega328) EEPROM 1 Кб (ATmega328) Тактовая частота 16 МГц 8 6 Блок - схема 9 7 Программное обеспечение #include #include #include #define SS_PIN 10 #define RST_PIN 9 MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN); unsigned long uidDec, uidDecTemp; // для храниения номера метки в десятичном формате Servo servo; void setup() { Serial.begin(9600); Serial.println("Waiting for card..."); SPI.begin(); // инициализация SPI / Init SPI bus. mfrc522.PCD_Init(); // инициализация MFRC522 / Init MFRC522 card. servo.attach(6); servo.write(0); // устанавливаем серву в закрытое сосотояние } void loop() { // Поиск новой метки if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) { return; } // Выбор метки if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) { return; } uidDec = 0; // Выдача серийного номера метки. for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) { uidDecTemp = mfrc522.uid.uidByte[i]; uidDec = uidDec * 256 + uidDecTemp; } Serial.println("Card UID: "); Serial.println(uidDec); // Выводим UID метки в консоль. if (uidDec == 1237858468) // Сравниваем Uid метки, если он равен заданому то серва открывает. { tone(5, 200, 500); // Делаем звуковой сигнал, Открытие servo.write(90); // Поворачиваем сервопривод на угол 90 градусов (Отпираем какой либо механизм задвижку, поворачиваем ключи т.д.) delay(3000); // пауза 3 секи механизм запирается. 10 tone(5, 500, 500); // Делаем звуковой сигнал, Закрытие } servo.write(0); // устанавливаем серводвигатель в закрытое состояние } 11 Заключение В результате выполнения курсовой работы было приведено задание, выбрано оборудование RFID- модуль и исполнительный механизм сервопривод. Применена аппаратно-вычислительная платформа "Arduino" для программирования датчика и серводвигателя. В качестве микроконтроллера был выбран – Arduino UNO. Была составлена программа в среде программирования Arduino IDE, приведены алгоритм, изображение, демонстрирующее работу шлагбаума и блок-схема алгоритма работы. 12 Список литературы 1 Рудакова Л.Н. Технические средства автоматизации. Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 5B070200 - Автоматизация и управление. – Алматы: АУЭС, 2017. – 28 с. 2 Рогов В. А. Технические средства автоматизации и управления учебник для СПО - М Издательство Юрайт, 2017. 3 Рачков МЮ. Технические средства автоматизации : учебник для академического бакалавриата / МЮ. Рачков. — е изд, испр. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2018. — 180 с. 4 Латышенко К. П. Технические измерения и приборы в 2 т. Том 1 в 2 кн. Книга 2: учебник для академического бакалавриата / К. П. Латышенко. - е изд, испр. и доп. - М Издательство Юрайт, 2018. 5 Ауэзова А.М. Элементы и устройства автоматики. Учебное пособие - Алматы: АИЭС, 2013. 6 Ауэзова А.М. Элементы и устройства автоматики. Конспект лекций - Алматы: АИЭС, 2013. 7 http://arduino-diy.com/arduino-tsifrovoy-datchik-temperatury-DS18B20 - Arduino и цифровой датчик температуры DS18B20 8 3D-diy.ru – магазин микропроцессорной техники. Вся информация об элементах для микропроцессорной платы Arduino. 9 В. В. Солодовников, В. Г. Коньков, В. А. Суханов, О. В. Шевяков. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. На сайте http://www.toroid.ru/solodovnikovVV.html |