Мобильный робот для обезвреживания взрывоопасных объектов

ѕ диапазон напряжения питания драйверов, В - 10…20;

ѕ блокировка при снижении напряжения;

ѕ входная логика с триггерами Шмита;

ѕ логика предотвращения поперечной проводимости;

ѕ согласованная задержка распространения для обоих каналов;

ѕ внутренне установленная пауза при переключении каналов;

ѕ выход драйвера верхнего уровня в фазе со входом;

ѕ вход выключения прекращает работу обоих каналов;

ѕ напряжение смещения VOFFSETне более 600 В;

ѕ имп.вых. ток к.зIо± 130 мА/ 270 мА;

ѕ выходное напряжение драйверов VOUT 10 - 20 В;

ѕ время вкл./выкл., нс - 680/150;

ѕ пауза, нс - 520.

Рисунок 4.2 - Типовая схема включения Н-моста



Рисунок 4.3- Блок-схема Н-моста

Описание выводов:

ѕ IN - логический вход управления выходами драйверов верхнего и нижнего уровней, в фазе с HO;

ѕ SD - вход выключения;

ѕ VB - напряжение питания ключей верхнего уровня;

ѕ HO - выход драйвера верхнего уровня;

ѕ VS - возврат питания верхнего уровня;

ѕ VCC - питание драйверов нижнего уровня и логики;

ѕ LO - выход драйвера нижнего уровня;

ѕ COM - возврат питания нижнего уровня;

IR2104 - драйвер высоковольтных, высокоскоростных МОП-транзисторов или IGBT-транзисторов с зависимыми выходными каналами нижнего и верхнего уровней. Собственная HVIC-технология и стойкая к защелкиванию КМОП-технология позволили создать монолитную конструкцию.Логический вход совместим с стандартными КМОП или LSTTL выходом. Выходы драйверов отличаются высоким импульсным током буферного каскада, что выполнено для минимизации встречной проводимости драйвера. Выходной канал может быть использован для управления N-канальным силовым МОП-транзистором или IGBT-транзистором с напряжением питания верхнего уровня 10…600В. 

4.4 Расчёт широтно-импульсного преобразователя

Исходные данные для расчёта

Рассчитаем транзисторный ШИП для управления двигателем постоянного тока ДПТ (П51М) по цепи якоря в динамическом режиме.

Данные двигателя:

ѕ номинальное напряжение U_н, В - 110;

ѕ номинальная мощность P_н, кВт - 7,4;

ѕ номинальный ток якоря I_н, А - 83,6;

ѕ номинальная частота вращения n, об/мин - 1500;

ѕ момент инерции якоря двигателя J_дв, кГ·м2 - 0,0012;

ѕ сопротивление якорной обмотки R_я, Ом - 0,11;

ѕ индуктивность якорной обмотки L_я, Гн - 4,3·10^-4.

Для получения линейных характеристик по каналу управления примем дляШИП симметричный закон коммутации силовых ключей _о = 0,5

С учетом номинального напряжения U_н, потерь на силовых ключах в режиме насыщения U_к и необходимости 20% -го запаса по напряжению, выбираем источника питания с напряжением:

U=1,2·U_H+2·U_k,

где U_k - потеря напряжения на насыщенном силовом ключе, U_k = 0,44В.

U=1,2·110+2·0,44 = 132,8 В.

Ток якоря двигателя в динамических режимах может превышать I_н в 2,54 раза, поэтому расчетный ток силового транзисторного ключа принимаем:



I_тк = 4·Iн = 4·83,6 = 334,4 А.

Выбор силовых полупроводниковых элементов

Выбираем для транзисторного ключа [5] MOSFETIRF840 со следующими параметрами:

ѕ напряжение исток-сток, U_кт, В………………………...................500

ѕ сопротивление открытого канала, R_dson, мОм……….……..……11

ѕ максимальный ток канала, I_kmax , А………………………………400

ѕ время включения, t_вкл, с………………………..……………7,6·10^-8

ѕ время выключения, t_выкл , с…….………………………….….4,8·10^-8

ѕ мощность рассеяния на истоке, Р_рк , Вт……………...………….180

ѕ тепловое сопротивление «переход-корпус», R_теп, ^оС/Вт……...0,85

Выбираем диод, шунтирующий MOSFET, например, диод Д161-200 со следующими параметрами:

ѕ действующий ток, IVD, А…………………………………….…200

ѕ пороговое напряжение, Uo, В………………………………….1,35

ѕ динамическое сопротивление, R_VD, Ом……..………………..0,002

ѕ сопротивление при типовом охладителе и естественномохлаждении, R_VDT^оС/Вт………………………………………………..……………....0,55

ѕ максимальная температура структуры, _pn, ^oС………….….…140

4.5 Алгоритм работы СУ

Описание работы в статике

Микроконтроллер основной системы управления управляется дистанционно с помощью приёмника работающего на контроллере PIC12F509, который подсоединяется к основному микроконтроллеру через интерфейсы RS232 и MAX232. Микроконтроллер, в свою очередь, скоммутирован с усилителем, который управляет двигателями. К микроконтроллеру через АЦП подсоединены датчики и камеры.

Описание работы в динамике

При подаче питания микроконтроллер настраивается на обмен данными с пультом дистанционного управления оператора. При получении сигнала о запуске какого-либо из двигателей, микроконтроллер отправляет сигнал по заданному алгоритму через транзисторные ключи и посылает сигнал до тех пор, пока он не прекратит поступать с пульта управления.

Для тактирования микроконтроллера выбран кварцевый резонатор 8 МГц, источник питания +5,0 В собран на интегральном стабилизаторе LM7805, индуктивность 10 мкГн и конденсатор 100 нФ - образуют фильтр, предотвращающий проникновение помех при переключениях в аналоговых цепях. Преобразователь логических уровней MAX232 используется для реализации последовательного интерфейса. LCD-индикатор на чипсете Hitachi (HD44780) с разрешением 20?4 либо 40?2. Узел управления подсветкой индикатора реализован на транзисторе MJE3055T (возможно использование более дешевого аналога). Матрица клавиатуры, стандартная, 4?3.

После подачи питания, микроконтроллер устанавливает последние сохраненные параметры в EEPROM: режимы управления каналами ШИМ (аналоговое управление, управление по последовательному интерфейсу, управление с клавиатуры), формат отображения параметров на индикаторе (управление по последовательному интерфейсу, отображение значений ШИМ, отображение аналоговых значений), а также состояние выходных линий общего назначения, состояние подсветки дисплея.

ШИМ генерация присутствует всегда на всех четырех каналах после подачи питания. Пользователь может настроить все параметры ШИМ-контроллера, используя последовательный интерфейс, посылая управляющие команды, а затем сохранить все сделанные настройки в EEPROM памяти микроконтроллера. Полный список команд и значений приведен ниже в приложении. Последовательный интерфейс также может использоваться для пересылки текущих значений аналоговых каналов управления (по запросу).

4.6 Разработка компонентов информационной подсистемы мобильного робота

Система управления роботом должна обеспечивать требуемые параметры скорости перемещения робота при минимальной цене.

Информационная подсистема робота состоит из микроконтроллера, реализующего получение данных с устройства оператора и преобразование этих данных в управляющие воздействия.

Для обеспечения высоких выходных характеристик в качестве центрального микроконтроллера будет использоваться микропроцессорATMega16L.

Данная версия 4-канального 8-битного ШИМ-контроллера сконструирована с использованием микроконтроллера ATmegа16. Устройство сдержит интерфейс RS232 для управления с компьютера, интерфейс для 12-кнопочной клавиатуры и 4 аналоговых 10-битных канала для подключения потенциометров. Для отображения текущих режимов работы и параметров имеется 4-х строчный LCD-дисплей. Дополнительно ШИМ-контроллер имеет: 4 выхода на светодиоды, для индикации режимов управления (могут быть задействованы в роли выходов общего назначения), 3 выхода общего назначения.

Устройство имеет очень гибкие настройки. Например, параметры работы каналов ШИМ могут управляться посредством команд с компьютера, посредством аналоговых регуляторов (потенциометры) или с помощью клавиатуры (с отображением пользовательского интерфейса на LCD-индикаторе). Самим LCD-индикатором также возможно управлять через RS232, отображение текущих установок и режимов возможен в числовом, либо в графическом формате.

Технические характеристик устройства

ѕ 4-канала ШИМ, разрешение 8 бит, частота ШИМ - 31 кГц;

ѕ интерфейс RS232 для управления и контроля с PC;

ѕ простое схемотехническое решение с минимальным количеством внешних элементов;

ѕ 12-кнопочная клавиатура;

ѕ возможность аналоговой регулировки;

ѕ до 7 выходных линий общего назначения;

ѕ 4-строчный LCD-дисплей;

ѕ управление LCD-дисплеем через последовательный интерфейс;

ѕ пользовательское меню;

ѕ гибкие настройки;

ѕ программная реализация буферов FIFO для ускорения работы.

ѕ

Рисунок 4.4 - Логическая схема подключения устройства



5. Разработка системы управления мобильным роботом

5.1 Разработка информационной подсистемы

Основной метод оптического вида контроля, который реализует мобильный робот - это визуально-оптический метод. Его характеристики даны в таблице 5.1.

Таблица 5.1- Характеристики визуально-оптического метода контроля.

Название метода	Область применения	Факторы, ограничивающие область применения	Контролируемые параметры	Чувствительность	Погрешность %
Визуально-оптический	Дефектоскопия с помощью микроскопов, стереоскопия. Размерный контроль с помощью проекционных устройств. Эндоскопия внутренних поверхностей, интроскопия	Минимальная яркость изображения ОК не менее 1 кд/м2.	Размеры изделий, дефектов, отклонения от заданной формы.	(0.6*л)/А	0,1 - 1

Для получения хорошей картинки изображения разрешающая способность видеокамеры должна составлять не менее 420 ТВ линий. Исходя из этого, была взята микро корпусная камера RVi-193SsH (6 мм) (рисунок 5.1).



Рисунок 5.1 - Микро корпусная камера RVi-193SsH (6 мм).

Технические характеристики данного устройства представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Технические характеристики микро корпусной камеры RVi-193SsH (6 мм).

Тип матрицы	1/3" ПЗС SONY Super HAD цветная
Фокусное расстояние объектива, мм	3.6 / 6
Горизонтальныйуголобзора, мм	3.6 - 67.4° / 6 - 43.6°
Разрешениепогоризонтали, ТВЛ	480
Отношениесигнал/ шум, дБ	48
Нижнийпорогчувствительности, лк	0,8
Компенсациязаднейзасветки (BLC)	Авто
Балансбелого (AWB)	Авто
Напряжениепитания, В	12
Потреблениетока, мА	Неболее 130
Ограничениеповлажности, %	До 75при 30 °С
Диапазонрабочихтемператур	-10 …+40 °С
Габаритныеразмеры (безкронштейна), мм	23х77
Вес, г	80



5.2 Описание выбранных датчиков

Для контроля скорости выбираем высокоскоростной оптический датчик щелевого типа серииSU-02

Рисунок 5.2- Оптический датчик щелевого типа серии SU-02.

Назначение:

* Высокая рабочая частота: 10 кГц.

* Активация светом в моделях 511-02Х, то есть обнаружение сквозных (прозрачных) меток.

* Активация темнотой в моделях 51-02Х, то есть обнаружение маркерных (непрозрачных) меток.

Технические характеристики датчика:



Датчик данной модели контролирует скорость вращения выходного вала двигателя, формируя информацию для системы управления.

Геометрические размеры датчика представлены на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Геометрические размеры датчика SU-02.

Для контроля уровня жидкости топлива и воды в баке выбираем датчик уровня жидкости RSF84Y200R.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был разработан мобильный робот для обезвреживания взрывоопасных объектов. Были выбраны необходимые двигатели для управления различными узлами мобильного робота. И впоследствии была выбрана подходящая система управления этими двигателями.

Данный мобильный робот позволит не только сохранить безопасность оператора при возникновении угрозы, но и сохранить безопасность самого мобильного устройства, за счёт бронирования лобовой части корпуса. Так же интеллектуальная система позволит оптимизировать работу двигателей и управления в целом.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. МЧС России.

http://www.fire.mchs.gov.ru/ohrana/?ID=519

2. Бюро Научно-Технической Информации. Статья по теме: «Средства обнаружения и нейтрализации взрывных устройств».http://www.bnti.ru/showart.asp?aid=123&lvl=04.01.

3. Электродвигатели. Электрические машины. Генераторы.http://www.elp.ru/digest/Elektrodvigateli-Elektricheskie-mashiny-Generatory/Elektrodvigateli-postoyannogo-toka-Generatory-postoyannogo-toka/Elektrodvigatel-postoyannogo-toka-serii-P/Elektrodvigateli-postoyannogo-toka-serii-P-51-P-52

4. Ювента К. Насосы высокого давления воды. http://www.yuventak.com/index.php/woma/produkty/nasosy

5. Электроника. Транзисторные ключи. http://ru.aliexpress.com/item/IRF840-TO-220/336426567.html

6. Системы безопасности СБМаркет.http://sbmarket.ru/catalog/videonablyudenie/camers/miniatyurnyie_videokameryi/miniatyurnyie_czvetnyie/rvi-193ssh_6_mm

7. Чип и Дип. Мастер электроники.http://www.chipdip.ru/catalog/show/liquid-level-sensors.aspx

8. Физик.

http://fizika.hut.ru/designation.php

9. Современные методы управления двигателями.

http://www.induction.ru/library/book_002/glava8/8-14.html

Размещено на Allbest.ru