962021011196_финал(1). Вводная часть
 Скачать 207.93 Kb.
|
 Вводная часть Метеостанция является одним из наиболее практичных измерительных устройств, значение которого в социальной, культурной и бытовой жизни людей достаточно велико. Благодаря предсказаниям этого прибора мы имеем возможность достаточно хорошо приготовиться к изменениям погодных условий, распланировать мероприятия и быть готовыми к наступающему дню. Данный тип устройств предназначен для снятия показаний температуры, давления, влажности и прочих параметров для уведомления о текущем состоянии погодных условий и их дальнейшего прогнозирования. Целью курсовой работы является разработка технического описания и методики регулировки метеостанции, а также раскрытие теоретических знаний, полученных в процессе обучения в техникуме. Краткие сведения об изделии Прототипы этой карманной метеостанции - радиометра является измеритель атмосферного давления и измерители уровня радиации. Удалось исправить некоторые ошибки в программе, дополнить прибор и программу некоторыми новыми функциями, в том числе радиометром и отображением результатов его работы. Прибор выводит с дискретностью один час суточные графики изменений атмосферного давления и уровня радиации. Он прогнозирует изменения погоды и подаёт звуковой, световой и вибрационный сигналы при угрожающем увеличении уровня радиации. На программном уровне реализована функция, позволяющая нам определять высоту по показаниям датчика давления, относительно установленным значениям. Также реализована функция определения уровня радиации диапазоне бета и гамма распада радионуклидов. Длительность временного интервала, в течение которого математическое ожидание числа импульсов от применённого в приборе счётчика Гейгера СБМ-21 численно равно мощности экспозиционной дозы радиации в микрорентгенах в час. Режимы отображения температуры и уровня радиации автоматически чередуются с периодом 5 мин. Система экстренного оповещения срабатывает при явном превышении измеряемых параметров. 2.1. Технические характеристики 1) измеряемое атмосферное давление……………………….. 300...1100 гПа; 2) высота места измерения давления относительно места, принятого за исходное…………………………………………………… от -500 до +9000 м; 3) измеряемая мощность экспозиционной дозы радиоактивного излучения равна…………………………………………………………..от 0 до 99 мкР/ч; 4) напяжение питания………………………………………. 3,7/760 мА·ч В; 5) время работы в режиме сна…………………………………….. 45 суток. 2.2. Описание принципиальной схемы Схема метеостанции-высотомера-радиометра представлена на рис. 2. Подключение ЖКИ от сотового телефона Nokia 510 (HG1) и модуля датчика давления и температуры BMP180 (B1) к микроконтроллеру DD1 в основном соответствует схеме, приведённой в [1]. Добавлен стабилизатор напряжения 3 В. Такое напряжение питания допустимо как для микроконтроллера (2...5,5 В), таки для датчика(1,8...3,6 В) и ЖКИ (2,7...3,3 В). Добавлены также приобретённые в интернет-магазинах готовые платы зарядки аккумулятора от разъёма USB и контроля заряженности аккумулятора. Имеющиеся на этих платах светодиодные индикаторы хода зарядки и уровня заряженности на схеме не показаны. Индикаторы заряженности работают только при нажатой кнопке SB5. Если питать прибор от трёхвольтного источника (например, от двух гальванических элементов), компенсационный стабилизатор напряжения и упомянутые выше платы не нужны. Узлы на транзисторах VT1, VT3 и VT4, диодах VD1-VD5 и счётчик Гейгера BD1 относятся к измерителю радиоактивного излучения. При отказе от его измерения они вместе с обеспечивающими их работу другими элементами могут быть исключены из схемы. При этом выводы 6, 11 и 16 микроконтроллера DD1 остаются свободными. В программу добавлена процедура обслуживания кнопки SB1. При первом нажатии на неё программа запоминает текущее значение атмосферного давления, а вместо него выводит на ЖКИ строку "h = 0000м. Для вывода символов "h", "=", "м" в программе модифицирована таблица знакогенератора. В дальнейшем в соответствии с изменениями измеренного давления программа вычисляет относительную высоту, которую со знаком плюс или минус отображает на индикаторе вместо последовательности нулей. Следующее нажатие на кнопку SB 1 возвращает на ЖКИ текущее значение давления. Датчиком освещённости служит фототранзистор VT2. При его затемнении на минуту и более программа выключит ЖКИ и будет держать его выключенным, пока при очередном "пробуждении" микроконтроллера, происходящем каждые 2,3 с, она не определит, что фототранзистор освещён. Ток, потребляемый от аккумулятора G1, в темноте снижается приблизительно до 60 мкА. Их потребляет в основном интегральный стабилизатор DA1. С аккумулятором ёмкостью 760 мА·ч прибор способен проработать около 45 суток, если, конечно, редко доставать его из кармана. Чтобы можно было прочитать показания прибора и при плохом внешнем освещении, в него добавлена кнопка SB2. Когда она нажата, включены подсветка экрана ЖКИ и осветительный светодиод ("фонарик") EL1. Высокое напряжение для работы счётчика СБМ-21 обеспечивается подачей пачки импульсов на затвор транзистора VT1 перед переводом микроконтроллера в режим "сна". Напряжения, сформированного умножителем на диодах VD1-VD5, достаточно для нормальной работы счётчика. Разрядка конденсатора C8 за период переполнения WDT не выводит напряжение на счётчике СБМ-21 за нижний предел рабочего для него интервала. При каждом "пробуждении" (это происходит с приходом каждого импульса от счётчика BD1 либо в момент срабатывания сторожевого таймера через 2,3 с после предыдущего "пробуждения", если за это время ни одного импульса не было) микроконтроллер генерирует очередную пачку импульсов, подзаряжающих конденсатор C8. С учётом длительности опроса датчика давления, программных вычислений и генерирования упомянутых пачек импульсов экспериментально определённое число периодов переполнения сторожевого таймера за пятиминутный интервал измерения равно 100. Усиленные импульсы счётчика с коллектора транзистора VT4 поступают на вход RB0 (INT) микроконтроллера. Прерывания программы по спадающим перепадам этих импульсов выводят микроконтроллер из "спящего" режима, затем он выполняет все необходимые действия и вновь "засыпает". Все основные детали размещены на макетной двухсторонней печатной плате, а соединения между ними выполнены тонким монтажным проводом. Использованы в основном радиодетали для поверхностного монтажа. Модуль датчика BMP180 и плата контроля заряженности аккумулятора расположены в верхней части прибора и соединены с основной платой разъёмами. Плата зарядного устройства для аккумулятора G1 закреплена на проволочных стойках вверху справа. Под ней находятся излучатель звука HA1 со встроенным генератором и вибромотор M1. Транзистор BS107A может быть заменён другим высоковольтным полевым n-канальным. Резисторы R3, R5, R6, R8 предназначены для защиты выводов микроконтроллера, ошибочно назначенных выходами (например, при переработке программы), от перегрузки при нажатии на подключённые к ним кнопки. В готовой конструкции они не нужны, их можно заменить перемычками. В качестве M1 использован вибромотор мобильного телефона. 2.3. Описание структурной схемы Структурная схема состоит из следующих блоков: 1. Блок управления зарядом аккумулятора; 2. Гальванический элемент (аккумулятор); 3. Компенсационный стабилизатор; 4. Четырех сегментный индикатор заряженности аккумулятора; 5. Микроконтроллер; 6. Дисплей; 7. Датчик давления и температуры: 7.1. Датчик давления; 7.2. Датчик температуры; 8. Блок гашения и подсветки дисплея; 9. Счетчик Гейгера: 9.1. Импульсный усилитель; 9.2. Умножитель напряжения; 9.3. Сцинтилляционный датчик; 9.4. Усилитель выходного сигнала; 10. Блок экстренного оповещения; 10.1. Динамик; 10.2. Вибромотор; 10.3. Сигнальный светодиод; 11. Командные переключатели. Заряд аккумулятора происходит через блок управления зарядом со встроенной защитой по току и напряжению. Питание с аккумулятора поступает на компенсационный стабилизатор для понижения напряжения, питающего последующие блоки прибора. Параллельно к аккумулятору подключен индикатор заряда. Микроконтроллер принимает и обрабатывает сигналы с подключенных к нему датчиков Гейгера, температуры, давления и выводит их на дисплей. Для обеспечения работы к счетчику Гейгера подключены импульсный генератор, множитель напряжения и усилитель выходного сигнала для его дальнейшего преобразования. Блок гашения и подсветки дисплея подключен к командным кнопкам, предоставляющие возможность менять режимы работы микроконтроллера. Система экстренного оповещения подключена к микроконтроллеру и срабатывает при резком превышении установленных значений. 3. Перечень параметров по которым производится настройка, выбор контрольных точек. К.т.1- Регулировка входного блока контроля заряда аккумулятора. К.т.2- Регулировка компенсационного стабилизатора. К.т.3- Регулировка блока индикации заряда аккумулятора. К.т.4- Регулировка блока гашения экрана. К.т.5- Регулировка микроконтроллера DD1. К.т.6- Регулировка датчика давления и температуры В1. К.т.7- Регулировка счетчика Гейгера.
4. Указание мер безопасности 1. До регулировочных работ допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие инструктаж по технике безопасности и имеющие квалификационную группу не ниже 3. 2. Должны быть обеспечены равномерность и устойчивость рабочего места. 3. Уровень освещенности рабочих поверхностей должен соответствовать установленным нормам данного вида работ. 4. Необходимо наличие вытяжной вентиляции. 5. Под столом необходимо наличие резинового коврика. 6. Наличие специальной одежды обязательно. 7. Приборы должны быть заземлены. 8. Ручной инструмент должен быть стандартным, иметь удобные изолированные ручки. 9. Электропаяльник должен быть стандартным. иметь специальную подставку, чтобы избежать возможных возгораний. 10. Под флюсы, припои и др. материалов должны иметься специальные емкости. 11. Необходимо наличие материала для снятия излишка канифоли с жала паяльника. 12.По окончанию работы необходимо отключить все электроприборы от сети, привести рабочее место в порядок. 5. Вспомогательные технические данные. Необходимая документация для диагностики и регулировки: 1. Схема электрическая принципиальная, ЧРТ.КП. 11.02.16.001.08; 2. Схема структурная ЧРТ.КП.11.02.16.001.08; 3. Таблица контрольных точек ЧРТ КП.11.02. 16.001.08П3; 4. Инструкция по настройке контрольно-измерительных приборов; 5. Инструкция по регулировке ЧРТ.КП.11.02.16.001.08. Контрольно-измерительные приборы 1. Лабораторный блок питания (источник питания) MAISHENG MS3010D-MS002 (30 В, 10 А). Технические характеристики MAISHENG MS3010D:
2. Автоматический мультиметр OWON XDM2041. Технические характеристики OWON XDM2041:
3. Программатор универсальный VS4000P. Технические характеристики VS4000P: ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ VS4000P
4.Камера тепла, холода, давления и влаги REOCAM TCH-64. Технические характеристики REOCAM TCH-64:
6. Требования к рабочему месту Рациональная планировка рабочего места должна отвечать следующим основным требованиям: удобству выполнения работы, экономии движения рабочего, экономии производственных площадей, удобству обслуживания и строгому соблюдению правил техники безопасности. Рабочее место должно быть так устроено, чтобы рабочий находился в непосредственной близости от всех приборов управления, инструмента и материалов, с которыми ему приходится иметь дело, чтобы механизмы и особенно те их части, с которыми он непосредственно соприкасается, были ему легко доступны по всей системе управления, чтобы он излишне не утомлялся, так как удобство рабочего места имеет большое значение не только для самого рабочего, но и для повышения производительности его труда. Материалы для работы необходимо так расположить, чтобы рабочий мог легко их доставить к своему месту. То же самое относится и к расположению инструмента: тот, который чаще употребляется, должен лежать ближе к месту его применения и к той руке, которая им пользуется: - стол регулировщика; - кассы для деталей; - зеркало; - подставка для флюса, канифоли и припоя; - место расположения тестера (мультиметра); - подставка для паяльника; - гнезда для включения паяльника; - регулятор нагрева паяльника; - ящики для инструментов (паяльника, тестера, пинцета и т.д.); - место расположения осциллографа; - вытяжная вентиляция; - антистатический коврик. 7. Подготовка к работе 7.1 Проверить сопроводительные документы на регулируемый прибор. 7.2 Собрать на рабочем месте установку для регулировки прибора в соответствие с приведенными схемами подключения приборов:  Рисунок – 1 Регулировка блока управления зарядом аккумулятора.  Рисунок – 2 Регулировка компенсационного стабилизатора.  Рисунок – 3 Регулировка индикатора заряженности аккумулятора.   Рисунок – 4 Регулировка блока гашения ЖКИ.  Рисунок – 5 Регулировка микроконтроллера.  Рисунок – 6 Регулировка датчика давления и температуры.  Рисунок – 7 Регулировка счетчика Гейгера. 8 Методы настройки и регулировки 8.1 Порядок регулировки 8.1.1 Регулировка тока заряда в блоке управления зарядом аккумулятора. Рисунок – 1. 8.1.2 Регулировка выходного напряжения компенсационного стабилизатора. Рисунок – 2. 8.1.3 Регулировка индикатора заряженности аккумулятора. Рисунок – 3. 8.1.4 Регулировка гашения ЖКИ. Рисунок – 4. 8.1.5 Регулировка микроконтроллера. Рисунок – 5. 8.1.6 Регулировка датчика давления и температуры. Рисунок – 6. 8.1.7 Регулировка счетчика Гейгера. Рисунок – 7. 8.2 Методы регулировки 8.2.1 Регулировка блока заряда аккумулятора. 1.1 Собрать схему регулировки (рис.1). 1.2 Установить Кт.1 на R14. 1.3 Подать с лабораторного источника питания 5В/ 1А на вход устройства . 1.4 Мультиметром замеряем выходные характеристики данного блока. 1.5 Подбором сопротивления устанавливаем ток заряда аккумулятора 1А. 1.6 После регулировки проверить выходные параметры; они должны соответствовать 5В/ 1А. 1.7 Проверить работоспособность данного блока. 8.2.2 Регулировка компенсационного стабилизатора. 2.1 Собрать схему регулировки (рис.2). 2.2 Установить Кт.2 на положительный вывод стабилизатора R13. 2.3 Установить R17 в среднее положение; 2.4 Мультиметром замеряем выходные характеристики данного блока. 2.5 Подать с лабораторного источника питания напряжение 5В на вход стабилизатора. 2.6 Регулируя R17 добиться стабилизированного напряжения 3.7 В. 2.7 После регулировки проверить выходные параметры стабилизатора. 2.8 Проверить работоспособность данного блока. 8.2.3 Регулировка индикатора заряда аккумулятора. 3.1 Собрать схему регулировки (рис.3). 3.2 Установить Кт.3 на 3 вывод микросхемы DD1. 3.3 Подать на вход данного блока напряжение 3.2 В. 3.4 Подбором R9 добиться открытия светодиода VD4 при повышении входного напряжения от 3.2 В и выше. 3.5 Подать на вход данного блока напряжение 3.4 В. 3.6 Подбором R8 добиться открытия светодиода VD3 при повышении входного напряжения от 3.4 В и выше. 3.7 Подать на вход данного блока напряжение 3.55 В. 3.8 Подбором R5 добиться открытия светодиода VD2 при повышении входного напряжения от 3.55 В и выше. 3.9 Подать на вход данного блока напряжение 3.7 В. 3.10 Подбором R3 добиться открытия светодиода VD1 при входном напряжении от 3.7 В. 3.11 Подать на вход данного блока напряжение 3.2 В; плавно повышая уровень напряжения до 3.7 В диоды VD1 - VD4 поочередно зажигаются. 3.12 Проверить работоспособность данного блока. 8.2.4 Регулировка блока гашения ЖКИ. 4.1 Собрать схему регулировки (рис.4). 4.2 Установить Кт.4 на резистор R34. 4.3 Подать с лабораторного источника питания напряжение 3В на коллектор фототранзистора VT4. 4.4 Используя источник света создать световой поток, значение которого приблизительно равно 1800 люменов (комнатное освящение) и направить его на базу фототранзистора VT4. 4.5 Подбором R34 добиться включения ЖКИ при данном уровне освящения. 4.6 Проверить работоспособность данного блока. 8.2.5 Регулировка микроконтроллера DD2. 5.1 Собрать схему регулировки (рис.5). 5.2 Установить Кт.5.1 на ножку 12, установить Кт.5.2 на ножку 13 микросхемы. 5.3 Извлечь микроконтроллер DD2 из прибора и подключить к PIC программатору. 5.4На компьютере через программатор открываем окно для исходного кода. 5.5 Внести требуемую программу; задать действия определенным выводам микроконтроллера; устранить ошибки, возникшие в ходе программирования. 5.6 Для имитации работы DD2 запустить программу – тестер, создающую случайные значения сигналов датчиков для дальнейших вычислений. 5.7 С выводов 12 и 13 получить истинные показания прибора. 5.8 Извлечь из программатора микроконтроллер и установить в регулируемый прибор. 5.9 Включить прибор, проверить его работоспособность; проверить показания с ЖКИ. 8.2.6 Регулировка датчика давления и температуры В1. 6.1 Следовать порядку регулировки (рис.6). 6.2 Установить К.т.6 на сигнальный контакт платы В1. 6.3 Включить прибор и установить в климатическую камеру для отслеживания динамики изменения показаний. 6.4 На климатической камере выставляем определенные диапазоны давления в пределах 225…825 мм рт. ст. и температуру воздуха от -30 до +40 С при относительной влажности 70% на протяжении часа; сравнивать результаты. 6.5 Извлечь прибор из климатической камеры. 6.6 Извлечь микроконтроллер из прибора и подключить к программатору. 6.7 Открыть программный код микроконтроллера, проверить историю изменения параметров контакта платы В1. 6.8 Посредством изменений программного кода, регулируем работу В1 6.9 Установить микроконтроллер в прибор, включить прибор, проверить его работоспособность; проверить показания с ЖКИ. 6.10 При неточной настройке повторить операцию. 8.2.7 Регулировка счетчика Гейгера. 7.1 Следовать порядку регулировки (рис.6). 7.2 Установить К.т.7 на сигнальный контакт платы счетчика Гейгера. 7.3 Перед проведением регулировки надеть костюм общей радиационной защиты, войти в изолированную защищенную комнату от внешних и внутренних воздействий. 7.4 Включить настраиваемый прибор и «эталонный» счетчик Гейгера. 7.5 Открыть защищенный контейнер с радиоактивными образцами элементов. 7.6 Используя обедненный уран и плутоний сверить показания и динамику их изменений на регулируемом и «эталонном» приборе. 7.7 С выводов 12 и 13 получить истинные показания прибора. 7.8 Извлечь из программатора микроконтроллер и установить в регулируемый прибор. 7.9 Выйти из изолированной комнаты, снять костюм общей радиационной защиты. 7.6 Извлечь микроконтроллер из прибора и подключить к программатору. 7.7 Открыть программный код микроконтроллера, проверить историю изменения параметров контакта платы счетчика Гейгера. 7.8 Посредством изменений программного кода, регулируем работу счетчика Гейгера 7.9 Установить микроконтроллер в прибор, включить прибор, проверить его работоспособность; проверить показания с ЖКИ. 7.10 При неточной настройке повторить операцию. 8.3 Возможные неисправности
9. Алгоритм поиска неисправностей. Внешний осмотр Есть ли неисправность при внешнем осмотре Устранить неисправность Проверить на к/з Есть ли к/з Устранить к/з Проверить на работоспособность Прибор работает? Отправить на регулировку Проверить гальванический элемент по току заряда, разряда. Аккумулятор исправен? Заменить его Проверить разъемы и переключатели Они исправны? Заменить их Проверить на работоспособность элементы, отвечающие за работу DA1. Они исправны? Заменить их Проверить на работоспособность DA1 путем замера выходных характеристик. Она исправна? Заменить ее Проверить на работоспособность элементы, отвечающие за работу VT1,VT2,VT3 Они исправны? Заменить их Проверить режим работы транзисторов VT1,VT2,VT3 Они и справны и их режимы соответствуют расчетным? Заменить неисправные транзисторы. Проверить через PIC-программатор микросхему DD2 по выходным данным. Она исправна? Заменить её Проверить программный код микроконтроллера. Программный код исправен? Устранить ошибки, загрузить новый код Проверить дисплей Дисплей исправен? Заменить его Проверить модуль B1 по выходным характеристикам Он исправен? Заменить его Проверить режим работы транзисторов VT5, VT6, VT7 Они исправны? Заменить их Проверить индуктивность сердечников L1, L2 Они исправны? Заменить их Проверить элементы цепочки умножителя напряжения VD7-VD11, C7 – C12. Они исправны? Заменить их Проверить синтилляционный датчик путем подачи на него высокого напряжения и снятия выходных сигналов. Он исправен? Заменить его Проверить работоспособность элементы, отвечающие за работу DA2. Они исправны? Заменить их Проверить микросхему DA2 по входным и выходным параметрам. Она исправна? Заменить ее Проверить динамик и вибромотор подачей на них напряжения Они исправны? Заменить их Проверить оставшиеся элементы прибора. Они исправны? Заменить их. Проверить плату на наличие микротрещин.   10. Список используемых источников 1.BMP180 - подключение датчика атмосферного давления. - URL: http:// radiolaba.ru/microcotrollers/ bmp180-podklyuchenie-datchika-atmos-fernogo-davleniya.html (15.11.17). 2. Два варианта статистического измерителя уровня радиации с ЖКИ от Nokia 5110. - Радио, 2017, № 3, с. 42-46. 3. Макарец С. Измеритель-индикатор уровня радиации. - Радио, 2015, № 5, с. 42-45. 4. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. Случайные величины и их законы распределения. Закон Пуассона. - URL: http:// semam.ru/book_tp.php?id=24 (15.11.17). 5. Сцинтилляционные детекторы http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/detectors/scint.htm. 6. Механические и климатические воздействия. Требования и методы испытаний РЭА - ГОСТ 16962-71*. 7. Глобальная онлайн библиотека Википедия - https://ru.wikipedia.org. 11. Приложение | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||