Автоматическая система контроля и управления заполнением резервуаров
Обзор и сравнительный анализ методов измерения уровня жидкости. Основные виды уровнемеров. Выбор структурной схемы, разработка и расчет ее узлов. Разработка алгоритма программы для микроконтроллера. Расчет технико-экономических показателей проекта.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.05.2013 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
3.3 Расчет выпрямителя
Рис.3.3 Схема измерительного выпрямителя с активным фильтром низких частот (АФНЧ)
Выпрямитель выполнен по схеме с удвоенной частотой пульсаций на ОУ1, с фильтром на ОУ2.
Зададимся R1=R2=R3=R4=10 кОм, R5=20 кОм: Р1-4-0,25 ±1%
ОУ-КР544УД2А; VD-КД522А.
Таблица 3.3
Электрические параметры диода КД522А
|
Наимен. |
Uобр., В |
Iпр. max, A |
Iобр. max, мкА |
Fdmax, кГц |
|
|
КД522А |
30 |
0.1 |
5 |
100000 |
Коэффициент передачи измерительного выпрямителя:
(3.8)
3.4 Расчет фильтра
Выпрямленный сигнал поступает на активный фильтр НЧ (См. Рис.3.3.).
Чтобы выполнялось равенство UВЫХ = UВХ = 10 В необходимый коэффициент передачи фильтра:
(3.9)
Тогда с учетом того, что получаем:
=31,4 кОм (3.10)
Выбираем Rt=30 кОм: Р1-4-0,25-30 кОм±1%.
Зададимся постоянной времени АФНЧ фФ==10 мкс. Тогда зная, что постоянная фильтра можно рассчитать емкость конденсатора Сt:
=0.33 нФ (3.11)
Выбираем К15-13-20 В-330 пФ.
3.5 Модуль аналого-цифрового преобразователя
АЦП сопрягает аналоговую часть схемы измерительного преобразователя с цифровой частью. Выходной величиной АЦП является пропорциональный амплитуде входного напряжения двоичный код.
Микросхему АЦП выберем по необходимому числу разрядов:
, (3.12)
где д=1% - заданная погрешность, тогда:
(3.13)
Рис.3.4 Схема модуля АЦП
Для обеспечения требуемой точности достаточно 8-разрядного АЦП. По справочнику выбираем микросхему АЦП - К1113ПВ1А. Микросхемы представляют собой функционально законченный 10-разрядный АЦП, сопрягаемый с микропроцессором. Обеспечивает преобразование как однополярного напряжения (вывод 15 соединяется с выводом 16) в диапазоне 0.10 В, так и биполярного напряжения в диапазоне - 5. +5 В в параллельный двоичный код. В состав ИС входят ЦАП, компаратор напряжения, регистр последовательного приближения (РПП), источник опорного напряжения (ИОН), генератор тактовых импульсов (ГТИ), выходной буферный регистр с тремя состояниями, схемы управления. Выходные каскады с тремя состояниями позволяют считывать результат преобразования непосредственно на шину данных микропроцессора. По уровням входных и выходных логических сигналов сопрягаются с ТТЛ-схемами. В ИС выходной ток ЦАП сравнивается с током входного резистора от источника сигнала и формируется логический сигнал РПП. Стабилизация разрядных токов ЦАП осуществляется встроенным ИОН. Тактирование РПП обеспечивается импульсами встроенного ГТИ с частотой следования 300.400 кГц. Установка РПП в исходное состояние и запуск его в режим преобразования производится по внешнему сигналу "гашение и преобразование". По окончанию преобразования АЦП вырабатывает сигнал "готовность данных" и информация из РПП поступает на цифровые входы через каскады с тремя состояниями.
Таблица 3.4
Технические данные АЦП К1113ПВ1А
|
Напряжение питания, В: |
Vп1 |
55% |
||
|
Vп2 |
-155% |
|||
|
Ток потребления в режиме гашения мА, не более: |
при Vп1 |
10 |
||
|
при Vп2 |
18 |
|||
|
Входной ток высокого (низкого) уровня, мкА |
от - 40 до 40 |
|||
|
Ток утечки на выходе, мкА |
от - 40 до 40 |
|||
|
Напряжение смещения нуля на входе, %, от полной шкалы |
от - 0,3 до 0,3 |
|||
|
Выходное напряжение высокого уровня, В, не менее |
2.4 |
|||
|
Выходное напряжение низкого уровня, В, не более |
0.4 |
|||
|
Время преобразования, мкс, не более |
30 |
|||
|
Нелинейность, % от полной шкалы: |
0,1 |
|||
|
Дифференциальная нелинейность, % от полной шкалы: |
0,1 |
|||
|
Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы, % от полной шкалы |
0,.4 |
|||
|
Предельно допустимые значения параметров и режимов эксплуатации: |
||||
|
Напряжение питания, В: |
Vп1 |
максимальное |
5.25 |
|
|
минимальное |
4.75 |
|||
|
Vп2 |
максимальное |
-14.25 |
||
|
минимальное |
-15.75 |
|||
|
Диапазон униполярного и биполярного входных напряжений, В |
Vвх1 |
от - 0.5 до 10.5 |
||
|
Vвх2 |
от - 5,5 до 5,5 |
|||
|
Входное напряжение высокого уровня, В: |
максимальное |
4.5 |
||
|
минимальное |
2 |
|||
|
Входное напряжение низкого уровня, В: |
максимальное |
0.6 |
||
|
минимальное |
0 |
|||
|
Выходной ток высокого уровня, мА: |
максимальное |
0.5 |
||
|
минимальное |
0 |
|||
|
Выходной ток низкого уровня, мА: |
максимальный |
3.2 |
Выходной код АЦП снимается с младших 8-ми разрядов, следовательно, входное напряжение представлено 256-ю дискретами по 39 мВ или 7,8 мм уровня заполнения бака.
По входу В/С производится запуск АЦП на вычисление кода (низкий уровень на выводе Р1.0 в течение 2 мкс). Высокий уровень сигнала на выходе DR АЦП означает, что выходной код вычислен.
Регистр DD11 (КР1533ИРЗЗ) сохраняет данные АЦП на время между поступлением в МК сигнала готовности данных и моментом их прочтения. Считывание данных из регистра аналогично считыванию из внешней памяти данных. Для дешифрации внешних устройств используются выводы порта P1. Так, прочитать данные с АЦП можно только при наличии на выводе Р1.2 МК высокого уровня.
Таблица 3.5
Параметры ТТЛ микросхем серии КР1533
|
Выходной ток лог.1 (макс.), мА |
1 |
|
|
Выходной ток лог.0 (макс.), мА |
12 |
|
|
Входной ток лог.0 (макс.), мА |
0,1 |
|
|
Входной ток лог.1 (макс.), мкА |
20 |
|
|
Выходное напряжение лог.0 (I=Iмакс), В |
0,4 |
|
|
Выходное напряжение лог.1 (I=Iмакс), В |
2,4 |
|
|
Выходной ток короткого замыкания, мА |
30 |
|
|
Напряжение питания, В |
5 |
|
|
Потребляемый ток, мА |
50 |
|
|
Потребляемая мощность (не более), мВт |
1 |
3.7 Модуль микроконтроллера
Микроконтроллер (МК) выполняет необходимые арифметические операции, управляет вводом/выводом информации с передачей внешним вычислительным устройствам и др. По условию задан МК К1816ВЕ31. Этот МК относится к семейству микроконтроллеров МК-51 и выполнен по высококачественной n-МОП технологии. У этого МК нет встроенной памяти команд (предназначена для хранения команд, констант, управляющих слов инициализации, таблиц перекодировки входных и выходных переменных и т.п.), а внутренняя память данных (предназначена для хранения переменных в процессе выполнения прикладной программы) адресуется одним байтом и составляет 128 байт. Кроме того, к адресному пространству памяти данных примыкают адреса регистров специальных функций. МК имеет четыре 8-разрядных программируемых порта ввода/вывода: Р0…Р3. Порт Р0 является двунаправленным, а порты Р1, Р2 и Р3 - квазидвунапрвленными. Все они могут быть использованы для организации ввода/вывода информации по двунаправленным линиям передачи. Основу структурной схемы МК-51 образует внутренняя двунаправленная 8-битная шина, которая связывает между собой все основные узлы и устройства: память, АЛУ, блок регистров специальных функций, устройство управления и порты ввода/вывода.
Для работы микроконтроллера к нему необходимо подключить внешний тактовый генератор (максимальная частота 12 МГц), а также обеспечить сигнал начальной установки по входу RЕSЕT. БИС ВЕ31 потребляет ток 150 мА от источника питания +5В.
Рассмотрим схему модуля МК:
Рис.3.5 Схема модуля микроконтроллера
Конденсаторы С35=С36=20 пФ (К15-13-25В) облегчают запуск генератора, дифференцирующее звено на элементах С37=10 мкФ (К50-12-25В) и R44=8.2 кОм (Р1-4-0,25-8,2 кОм±1%) обеспечивает необходимую длительность сигнала высокого уровня на входе RЕSЕT (>2 мкс). При начальной установке сбрасывается программный счетчик, а также все регистры специальных функций, кроме портов Р0…Р3, регистра последовательного порта SBUF и указателя стека SP, регистры-защелки портов Р0…Р3 устанавливаются в 1, в указатель стека заносится 07НЕХ, запрещаются все прерывания, работа таймеров/счетчиков и последовательного порта, а также выбирает нулевой банк. Так как у ВЕ31 нет внутренней памяти команд, то для хранения программ необходимо воспользоваться внешним ПЗУ. Для этого на вход разрешения работы с внешней памятью команд ЕА подается низкий уровень. При считывании данных из внешней памяти команд вырабатывается строб PSEN.
За один машинный цикл через порт Р0 выдается младший байт адреса, и принимаются данные. Для того чтобы сохранить младший байт адреса на время машинного цикла, к выходу порта Р0 подключен регистр (КР1533ИРЗЗ), защелкивающийся по срезу импульса ALE, вырабатываемого МК в начале каждого машинного цикла.
Каждая линия порта РЗ имеет индивидуальную альтернативную функцию:
РЗ.0 - RxD, вход последовательного порта, предназначен для ввода последовательных данных в приемник последовательного порта;
РЗ.1 - TxD, выход последовательного порта, предназначен для вывода последовательных данных из передатчика последовательного порта;
РЗ.2 - INT0, используется как вход 0 внешнего запроса прерывания;
РЗ.3 - INT1, используется как вход 1 внешнего запроса прерывания;
РЗ.4 - Т0, используется как вход счетчика внешних событий Т/С 0;
РЗ.5 - Т1, используется как вход счетчика внешних событий Т/С 1;
РЗ.6 - WR, строб записи во внешнюю память данных, выходной сигнал, сопровождающий вывод данных через порт Р0;
РЗ.7 - RD, строб чтения из внешней памяти данных, выходной сигнал, сопровождающий ввод данных через порт Р0;
Альтернативная функция любой из линий порта РЗ реализуется только в том случае, если в соответствующем этой линии разряде фиксатора-защелки содержится "1". В противном случае на линии порта РЗ будет присутствовать "0".
3.8 Модуль внешней памяти команд
Так как ВЕ31 не имеет внутренней памяти команд, то для хранения программного обеспечения необходимо подключить внешнюю память команд (ВПК). При обращениях к внешней памяти программ всегда формируется 16-разрядный адрес, младший байт которого выдается через порт Р0, а старший - через порт Р2. При этом байт адреса, выдаваемый через порт Р0, должен быть зафиксирован во внешнем регистре по спаду сигнала ALE, т.к. в дальнейшем линии порта Р0 используются в качестве шины данных, по которой байт из внешней памяти программ вводится в МК. Порт Р0 работает как шина адрес/данные: выдает младший байт счетчика команд, а затем переходит в высокоимпедансное состояние и ожидает прихода байта из ПЗУ программ. Когда младший байт адреса находится на выходах порта Р0, сигнал ALE защелкивает его в адресном регистре RG. Старший байт адреса находится на выходах порта Р2 в течение всего времени обращения к ПЗУ. Сигнал РSЕN разрешает выборку байта из ПЗУ, после чего выбранный байт поступает на порт Р0 МК.
В качестве ВПК используем микросхему КР573РФ5. Эта ПЗУ выполнена по ЛИПЗМОП - технологии (лавинно - инжекционные МОП - элементы памяти с плавающим затвором). При программировании в плавающий затвор инжектируются генерируемые в канале МОП - транзистора электроны, под воздействием высокого приложенного напряжения набирают для прохождения сквозь тонкий затворный окисел. Накопленные в плавающем затворе электроны экранируют действие управляющего затвора и МОП - транзистор ток не проводит. При выборе такой ячейки на выходе ПЗУ будет получен логический "0". В исходном состоянии сигналы на всех выходах равны "1". ПЗУ имеет окно, закрытое кварцевым стеклом, которое проводит УФ - излучение. Под воздействием УФ - лучей электроны приобретают энергию и покидают плавающий затвор. Длительность стирания равна примерно 30 мин при длине волны 400 нм и энергетической освещённости 100 Вт/м2.
Рис.3.6 Модуль внешней памяти команд
Режим чтения /записи выбирается сигналом на входе ОЕ.
Программно внешняя память команд помещается в нулевой банк памяти (МВО).
Таблица 3.6. Параметры ПЗУ КР573РФ5
|
Емкость |
2Кх8 |
|
|
Максимальное время выборки адреса |
450 нс |
|
|
Напряжение питания |
5 В ±5% |
|
|
Ток потребления |
100 мА |
|
|
Срок работоспособности |
15000.25000ч |
Таблица 3.7
Режимы работы ПЗУ КР573РФ5
|
CS |
ОЕ |
U PR. В |
режим |
|
|
1 (t=50мc) |
1 |
25 |
Запись |
|
|
0 |
0 |
25 |
Контроль записи |
|
|
0 |
0 |
5 |
Считывание |
|
|
1 |
X |
5 |
Хранение |
3.9 Модуль последовательного интерфейса RS-232C
По условию система должна по запросу внешней ЭВМ передать данные последнего измерения через последовательный интерфейс RS - 232С.
Передавать данные через последовательный интерфейс можно в синхронном и асинхронном режимах. При синхронном режиме все передачи осуществляются под управлением общего cигнала синхронизации, который должен присутствовать на обоих концах линии. Асинхронная передача подразумевает передачу данных пакетами: каждый пакет содержит необходимую информацию, требующуюся для декодирования содержащихся в нем данных. Второй вариант сложнее, но у него есть серьезное преимущество: не нужен отдельный сигнал синхронизации.
Интерфейс RS-232C/CCITT V24 является наиболее широко распространенной стандартной последовательной связью между компьютерами и периферийными устройствами. Интерфейс, определенный стандартомАссоциации электронной промышленности (EIA), подразумевает наличие оборудования двух видов: терминального DTE и связного DСЕ.
Терминальное оборудование (компьютер) может посылать и (или) принимать данные по последовательному интерфейсу. Оно как бы оканчивает (terminate) последовательную линию. Связное же оборудование понимается как устройства, которые могут упростить последовательную передачу данных совместно с терминальным оборудованием. Примером связного оборудования служит модем. Он оказывается соединительным звеном в последовательной цепочке между компьютером и телефонной линией.
Таблица 3.8
Основные линии интерфейса RS - 232C
|
Номер контакта разъема DB9 |
Сигнал |
Выполняемая функция |
|
|
9 |
РG |
Подключение земли к стойке или шасси оборудования |
|
|
3 |
TxD |
Последовательные данные от DTE к DCE |
|
|
2 |
RxD |
Последовательные данные от DCE к DTE |
|
|
7 |
RTS |
"1" - DTE хочет послать данные в DCE |
|
|
8 |
CTS |
"1"-DCE готов принять данные из DTE |
|
|
6 |
DSR |
"1"-DCE сообщает, что связь уставлена |
|
|
4 |
DTR |
"1"-DTE сообщает, что связь уставлена |
|
|
5 |
SG |
Возвратный тракт общего сигнала |
|
|
1 |
DCD |
"1"-DTE работает и DCE может подключиться к каналу связи |
Используемые в интерфейсе RS - 232C уровни сигналов отличаются от уровней сигналов, действующих в микроконтроллере. Логический ноль (SPACE) представляется положительным напряжением в диапазоне от +3 до +25 В, а логическая единица (MARK) - отрицательным напряжением в диапазоне от - 3 до - 25В. Для преобразования уровней используют либо дискретные схемы, либо специальные микросхемы К170АП2 (2 передатчика) и К170УП2 (4 приемника).
Формирователь К170АП2 представляет собой канальный формирователь двуполярных сигналов с амплитудой более 5 В на нагрузке R53, R54 (Рис.3.7.) сопротивлением 3 кОм (Р1-4-0,25-3 кОм±1%) и емкостью С38=С39=2,5 нФ (К15-9-20В-2500пФ).
Таблица 3.9
Основные параметры К170АП2
|
Выходное напряжение |
±5 В |
|
|
Время формирования, не более |
2 мкс |
|
|
Время задержки распространения при включении и выключении |
12 нс |
|
|
Потребляемая мощность на частоте 300 кГц |
200 мВт |
|
|
Потребляемый ток |
22 мА |
|
|
Напряжение питания |
±12 В |
Усилитель К170УП2 состоит из четырех усилителей сигнала для линии связи. Входные сигналы с амплитудой более 3 В могут иметь любую полярность.
Таблица 3.10
Основные параметры К170УП2
|
Входное напряжение высокого уровня |
>2,4 В |
|
|
Входное напряжение низкого уровня |
0,4 В |
|
|
Время задержки распространения при включении и выключении |
50 нс |
|
|
Потребляемая мощность на частоте 100 кГц |
145 мВт |
|
|
Потребляемый ток |
42 мА |
|
|
Напряжение питания |
5 В |
Скорость передачи последовательных данных - 4800 бит/c.
Рис.3.7 Схема последовательного интерфейса RS-232C
Выбираем R61: Р1-4-0,25-3 кОм±1% и VD34…VD37: КД522А.
3.10 Модуль клавиатуры и дисплея
Для индикации уровня жидкости, которой заполняется бак, измеренной емкости и времени используем контроллер клавиатуры и дисплея КР580ВВ79, представляющий собой универсальное программируемое устройство сопряжения с клавиатурой и дисплеем.
Клавиатурная часть обеспечивает работу с клавиатурой размером 8х8+2 клавиши или с матрицей 8х8 датчиков. Обеспечиваются различные дисциплины распознавания нажатых клавиш, антидребезговый контроль. Имеется память кодов нажатых клавиш на 8 байт, организованная в виде очереди FIFO. При занесении в эту память более 8 кодов устанавливается признак переполнения. Нажатие клавиши возбуждает линию прерывания, которая может опознаться в МК.
Дисплейная часть обеспечивает работу с дисплеем на семисегментных индикаторах. Имеется ОЗУ дисплея на 16 байт. Память дисплея может быть загружена из МК и прочитана им. И в том, и в другом случае возможно автоинкрементирование адреса ОЗУ дисплея. Таким образом, контроллер освобождает МК от задач постоянного сканирования клавиатуры и поддержания изображения на дисплее.
Для индикации уровня и объема необходимо 5 индикаторов. Используем семисегментные индикаторы АЛС324Б. Этот индикатор представляет собой диодную матрицу с общим анодом. Для подсвечивания одного из сегментов необходимо обеспечить протекание через сегмент тока 10 - 15 мА при напряжении 2 - 2,5 В.
Таблица 3.11
Параметры индикатора АЛС324Б
|
Основные данные: |
||
|
Цвет свечения |
Красный |
|
|
Сила света при Iпр=20 мА через элемент, не менее: сегмента |
0,15 мкд |
|
|
точки |
0,05 мкд |
|
|
Постоянное прямое напряжение на элементе при Iпр=20 мА, не более |
2,5 В |
|
|
Минимальная наработка |
15000ч |
|
|
Срок хранения, не менее |
6 лет |
|
|
Предельные эксплуатационные данные: |
||
|
Обратное напряжение любой формы и периодичности |
5 В |
|
|
Постоянный прямой ток через элемент: при Т= - 60. +35°С |
25 мА |
|
|
при T=+35. +70°С |
7,5 мА |
|
|
Импульсный прямой ток при tи<10 мс и Iпр =25 мА |
300 мА |
|
|
Рассеиваемая мощность: при T=-60. +35°С |
500 мВт |
|
|
при T=+35. +70°С |
150мВт |
|
|
Таблица 3.12 Параметры ККД КР580ВВ79 |
||
|
Разрядность информационного слова |
8 |
|
|
Количество команд |
8 |
|
|
Разрядность команды |
8 |
|
|
Тактовая частота |
2,5 МГц |
|
|
Напряжение источника питания |
5 В ±10% |
|
|
Максимальный ток потребления |
140 мА |
|
|
Uвыхmin1 |
2.4 B |
|
|
Uвыхmax0 |
450 мВ |
Резисторы R51, R55. R60, R62 = 200 Ом (Р1-4-0,25-200 Ом±1%) ограничивают ток базы ключей на биполярных транзисторах VT8 - VT12 КТ313Б: ikmax = 350 мА; UKMAХ = 50 В; Ркмах = 300 мВт.
Из регистра сегментов (DSP) на катоды светодиодных матриц передаётся код той цифры, которую необходимо индицировать. Логическая "1", поступающая по одному из разрядов регистра сканирования открывает один из транзисторных ключей, и на анод выбранной матрицы подаётся напряжение около +5 В, активизируя один из индикаторов HG1-HG5. Выберем резисторы R46. R48, R50, R52= 75 Ом: Р1-4-0,25-75 Ом±1%.
Рис.3.8 Схема подключения контроллера клавиатуры и дисплея
Для сканирования клавиатуры и дисплея дополнительно используется инвертирующий дешифратор DD15 (К555ИД4) и регистр DD16 (КР580ИР83).
Таблица 3.13
Параметры дешифратора К555ИД4
|
Uвыхmin1 |
2.7 B |
|
|
Uвыхmax0 |
500 мВ |
|
|
Iвхmax1 |
20 мкА |
|
|
Iвхmax0 |
360 мкА |
|
|
Iпотрmax |
10 мА |
|
|
Напряжение питания |
5 В ±5% |
|
|
Максимальное время задержки распространение |
55 нс |
Клавиатура состоит из 3 кнопок (КН-1): уровень, емкость, время, при нажатии которых на дисплей выводятся соответствующие значения.
Таблица 3.14
Параметры регистра КР580ИР83
|
Uвыхmin1 |
2.4 B |
|
|
Uвыхmax0 |
450 мВ |
|
|
Время задержки распространения |
40 нс |
|
|
Iпотрmax |
160 мА |
|
|
Напряжение питания |
5 В ±10% |
3.11 Модуль счетчика времени
Для измерения времени работы разрабатываемого устройства (время работы за сутки) необходимо организовать счетную цепочку. Учитывая особенности прибора (МК обращается к АЦП каждую минуту) рационально организовать измерение времени путем подсчета этих обращений. Таким образом, подсчет 60 импульсов (часа) организуем с помощью микросхемы счетчика К555ИЕ19. Далее организуем подсчет часов работы на микросхеме счетчика, организовав на ней сброс при достижении 24 часов. Для передачи этих данных МК на выходе счетчика К555ИЕ19 ставим регистр DD8.
Микросхема ИЕ19 содержит два одинаковых четырехразрядных счетчика с индивидуальной синхронизацией и сбросом. Каждый из счетчиков имеет инверсный динамический вход синхронизации С и инверсный статический вход сброса R. Если на вход сброса подать напряжение высокого уровня, то счетчик по всем выходам устанавливается в нулевое состояние. Когда на вход R подано напряжение низкого уровня, то с приходом на вход С отрицательного перепада тактового импульса начинается режим счета.
Таблица 3.15
Основные параметры К555ИЕ19
|
U0ВЫХ, не более |
0,4 - 0,5 В |
|
|
U1ВЫХ, не менее |
2,7 В |
|
|
I0ВХ, не более |
- (0,04 - 1,6) мА |
|
|
I1ВХ, не более |
0,02 - 0,1 мА |
|
|
Ток потребления, не более |
26 мА |
|
|
Напряжение питания |
5 В |
Рис.3.9 Схема подсчета времени
Для сохранения данных о времени работы во время отсутствия питания целесообразно запитать микросхему счетчика от батареи (GB1 и GB2).
SB1, SB2 - командная кнопка двухполюсного включения КН-2.
Используемые в схеме логические элементы:
6 элементов НЕ - К555ЛН1;
4 элемента 2И - К555ЛИ1;
2 элемента 4И - К555ЛИ6.
Таблица 3.16
Параметры логических элементов серии К555
|
Uвыхmin1 |
2.7 B |
|
|
Uвыхmax0 |
500 мВ |
|
|
Iвхmax1 |
20 мкА |
|
|
Iвхmax0 |
400 мкА |
|
|
Iпотрmax |
8,8 мА |
|
|
Напряжение питания |
5 В ±5% |
|
|
Максимальное время задержки распространение |
36 нс |
Эти элементы выполнены в корпусе DIP14: 7 вывод - общий, 14 вывод - напряжение питания.
Для формирования высокого уровня на соответствующих выводах микросхем подключим потенциал +5 В через резистор в 1 кОм (Р1-4-0,25-1 кОм±1%).
3.12 Расчет генератора тактовых импульсов
На выходе генератора необходимо сформировать прямоугольные импульсы. Для этого применим схему, построенную на D-триггере (К564ТМ2).
Рис.3.10. Схема генератора тактовых импульсов и временные диаграммы его работы
Микросхема К564ТМ2 состоит из двух двухступенчатых D-триггеров, каждый из которых имеет информационный вход D, вход установки в нулевое состояние R, вход установки в единичное состояние S и вход синхронизации С. Запись информации в первую ступень триггера происходит при наличии на входе С напряжения "логический 0", а изменение состояния на выходе происходит по переднему фронту импульса на входе С. Установка триггера по входам R и S принудительная, поэтому сигналы входа синхронизации С и информационного входа D не изменяют состояние триггера во время действия сигналов R и S.
Таблица 3.17
Параметры КМОП микросхем серии К564
|
Uвыхmin1 |
3,6 В |
|
|
Uвыхmax0 |
0,95 В |
|
|
Iвыхmax1 |
0,25 мА |
|
|
Iвыхmax0 |
0,5 мА |
|
|
Iпотрmax |
5 мкА |
|
|
Напряжение питания |
+5 В |
|
|
Максимальное время задержки распространение |
420 нс |
Минимальная величина резисторов R1, R2 должна быть 20 кОм. Тогда период генерируемых импульсов определяется соотношением:
Т=t1+t2=0.66R1C1+0.66R2C2 (3.14)
Поскольку импульсы должны быть типа "меандр", а цикл измерения 1 минута, то R1=R2=R=20 кОм, а С1=С2=С. Тогда
Т=1.32RС (3.15)
Откуда С===2273 мкФ.
Выбираем резисторы Р1-4-0,25-20 кОм±1%; конденсаторы К50-12-25В-2200 мкФ; диоды 2Д520А.
Таблица 3.18
Основные электрические параметры диода 2Д520А
|
Uобр., В |
Iпр. max, A |
Iобр. max, мкА |
|
|
15 |
0.02 |
1 |
3.13 Расчет распределителя импульсов и коммутаторов
В качестве распределителя импульсов на 6 используем микросхему К564ИЕ9. Это четырехразрядный счетчик с коэффициентом деления, равным 8, содержит 4 тактируемых триггера D-типа, 8 дешифраторов выходов от 0 до 7, а также буферный выход переноса СО. Счетчик осуществляет счет от положительного фронта тактового сигнала С, при этом необходимо обеспечить напряжение "лог.0" на выходе управления СЕ. При наличии сигнала высокого уровня на входе СЕ происходит блокировка счета, при этом выходы счетчика остаются в том состоянии, при котором произошла блокировка счета. При работе счетчика сначала происходит последовательное заполнение логической единицей всех разрядов, начиная с первого, а затем первый разряд переходит в состояние логического нуля и происходит обратный процесс - последовательное заполнение всех разрядов счетчика логическим нулем.
Микросхема осуществляет дешифрацию состояния счетчика с помощью восьми двухвходовых схем И-НЕ, так что напряжение "лог.1" имеется всегда лишь на выходе одного из них 0 - 7. Счетчик обнуляется при подаче высокого уровня напряжения на вход R, при этом выход "0" и выход переноса принимают состояние "лог.1", а все остальные выходы - уровень "лог.0".
Рис.3.11. Схема распределителя импульсов
Рис.3.12. Временные диаграммы работы распределителя импульсов
Поскольку необходим распределитель импульсов на 6, то целесообразно будет соединить выход "6" со входом R. Это позволит избежать потерь времени на лишний счет.
Для построения коммутаторов К1 и К2 воспользуемся микросхемами аналоговых ключей КР590КН9.
Рис.3.13. Схема коммутаторов
Таблица 3.19
Параметры микросхемы КР590КН9
|
Напряжение питания |
±15 В ±10% |
|
|
Ток потребления от Uпит1 (+), не более |
50 мкА |
|
|
Ток потребления от Uпит2 (-), не более |
5 мкА |
|
|
Ток утечки аналоговых входов, не более |
50 нА |
|
|
Время включения, не более |
0,5 мкс |
|
|
Сопротивление в открытом состоянии, не более |
10 Ом |
|
|
Входное напряжение высокого уровня |
4…16,5 В |
|
|
Входное напряжение низкого уровня |
0…0,8 В |
|
|
Коммутируемое напряжение |
±15 В |
Микросхемы этой серии предназначены для коммутирования аналоговых и цифровых сигналов, осуществления последовательной и параллельной выборки каналов в многоканальных системах сбора, передачи и обработки информации, в различных преобразователях и т.д.
3.14 Расчет устройства сравнения
В качестве устройства сравнения используем микросхему К554СА3А - компаратор напряжения. Отличительной особенностью этого компаратора являются малые входные токи.
Рис.3.14. Схема устройства сравнения
Таблица 3.20
Параметры микросхемы К554СА3А
|
Напряжение питания |
±15 В ±10% |
|
|
Напряжение смещения нуля, не более |
6 мВ |
|
|
Остаточное напряжение, не более |
1,5 В |
|
|
Ток потребления от источника питания (+), не более |
6 мА |
|
|
Ток потребления от источника питания (-), не более |
5 мА |
|
|
Средний входной ток, не более |
100 нА |
|
|
Разность входных токов, не более |
10 нА |
|
|
Время задержки выключения, не более |
300 нс |
|
|
Коэффициент усиления напряжения, не менее |
1,5105 |
3.15 Расчет световой и звуковой индикации
Световая индикация подключена к выходам распределителя импульсов и показывает какой из 6 емкостных датчиков включен в данный момент.
Рис.3.15. Схема световой индикации
Выберем светодиод АЛ307БМ.
Таблица 3.21
Основные электрические параметры светодиода АЛ307БМ
|
Uобр., В |
Iпр. max, A |
Uпр. max, В |
Цвет |
|
|
2 |
0.01 |
2 |
красный |
Резистор R используется для ограничения тока через светодиод. Рассчитаем его минимальный номинал:
R= (3.16)
U1 - это напряжение на выходах распределителя импульсов, равное 5 В. Тогда RMIN=?150 Ом. Выбираем Р1-4-0,25-200 Ом±1%.
Звуковая индикация подключена к выходам устройств сравнения (компараторов) и срабатывает при наличии на одном из них высокого уровня - это символизирует о наполнении одного из резервуаров на 90 % и выключении соответствующего насоса.
Применим в качестве звукоизлучающего элемента пьезокерамический резонатор ЗГ1 - для его работы рассчитаем генератор тактовых импульсов (См. Рис.3.10.) с частотой 1 кГц. Тогда схема будет выглядеть следующим образом:
Рис.3.16. Схема звуковой индикации
Согласно формуле (3.15) С1=С2===0.037 мкФ.
Выбираем DD1 К564ТМ2, DD2 К564ЛА7, резисторы R1=R2 Р1-4-0,25-20 кОм±1%; конденсаторы К70-6-35В-0.036 мкФ; диоды 2Д520А.
Рассчитаем сопротивление R3 и выберем транзистор VT.
Iк=, (3.17)
где Iк - ток через коллектор транзистора, Епит =12 В - напряжение питания, Rобм - сопротивление обмотки пьезорезонатора.
Примерный ток, протекающий через выбранный пьезорезонатор, Iк=1 мА.
Iк=вIБ, (3.18)
где в - коэффициент передачи тока транзистора, IБ - ток базы транзистора.
Отсюда IБ= мкА. С другой стороны,
IБ=, (3.19)
где Uвх - напряжение на входе транзисторной схемы (выход DD2), UБЭ = 0,7 В - напряжение перехода база-эмиттер транзистора.
Тогда R3==116000 Ом.
Для лучшего насыщения транзистора выбираем R3 Р1-4-0,25-10 кОм±1%
Выбираем транзистор КТ815А (n-p-n).
Таблица 3.22
Основные электрические параметры транзистора КТ815А
|
вМИН |
IкМАКС |
UкэМАКС |
РкМАКС |
|
|
40 |
1,5 А |
40 В |
10 Вт |
3.16 Расчет схемы запуска и управления насосом
Схема запуска представляет собой переключатель "Сеть", при замыкании которого подается сетевое напряжение. Выберем перекидной переключатель ТВ1-2, предназначенный для коммутации цепей постоянного и переменного тока с коммутируемой мощностью 25…600 ВА. Рычаг предназначен не только для переключения, но и для зрительного контроля за рабочим состоянием переключателя (включено - выключено).
Таблица 3.23
Основные электрические параметры переключателя ТВ1-2
|
Сопротивление контактов, Ом |
0,01 |
|
|
Допускаемое коммутируемое напряжение, В |
1,6…220 |
|
|
Допускаемый коммутируемый ток, А |
0,01…1,0 |
|
|
Максимальное число коммутаций |
104 |
Схема управления же состоит из реле, размыкающего контакты и выключающего таким образом насос. Выберем двухпозиционное двухстабильное реле РПС32 (РС4.520.205) - это герметичное поляризованное реле-переключатель для коммутации цепей постоянного и переменного тока частотой до 10 кГц.
Таблица 3.24
Основные электрические параметры реле РПС32
|
Рабочее напряжение, В |
12 |
|
|
Сопротивление обмотки, Ом |
110±16,5 |
|
|
Напряжение срабатывания, В |
3,2…6,4 |
|
|
Время срабатывания, мс |
5 |
|
|
Допускаемое коммутируемое переменное напряжение, В |
12…220 |
|
|
Допускаемый коммутируемый переменный ток, А |
0,1…1,0 |
|
|
Максимальное число коммутаций |
105 |
Рис.3.17. Схема запуска и управления насосом
Рассчитаем сопротивление R и выберем транзистор VT.
Согласно формуле (3.17) Iк==0,11 А.
Тогда по формуле (3.18) IБ==2,75 мА.
И из (3.19) R==1564 Ом.
Выбираем резистор Р1-4-0,25-1,5 кОм±1%, транзистор КТ815А.
В качестве DA1 используем микросхему аналоговых ключей КР590КН4, состоящую из нормально-замкнутого и нормально-разомкнутого контактов, управляемых одним сигналом.
Таблица 3.25
Параметры микросхемы КР590КН4
|
Напряжение питания |
±15 В ±10% |
|
|
Ток потребления от Uпит1, не более |
50 мкА |
|
|
Ток утечки аналоговых входов, не более |
70 нА |
|
|
Время включения, не более |
300 нс |
|
|
Сопротивление в открытом состоянии, не более |
75 Ом |
|
|
Входное напряжение высокого уровня |
4…16,5 В |
|
|
Входное напряжение низкого уровня |
0…0,8 В |
|
|
Коммутируемое напряжение |
±15 В |
3.17 Расчет блока питания
Для питания схемы необходимы источники постоянного напряжения на ±15В, ±12 В, +9 В, +5 В и +3 В. Определим ток потребления для каждого напряжения питания:
Таблица 3.26
Ток потребления схемы
|
Микросхема |
Кол-во |
Потребляемый ток одной микросхемой, мА |
|||
|
±15 В |
±12В |
+5В |
|||
|
КР544УД2А |
6 |
7 |
|||
|
К1113ПВ1А |
1 |
18 |
10 |
||
|
КР1533ИР33 |
3 |
50 |
|||
|
КР580ИР83 |
1 |
160 |
|||
|
КР1816ВЕ31 |
1 |
150 |
|||
|
КР573РФ5 |
1 |
100 |
|||
|
К170АП2 |
1 |
22 |
|||
|
К170УП2 |
1 |
42 |
|||
|
КР580ВВ79 |
1 |
140 |
|||
|
АЛС324Б |
5 |
100 |
|||
|
К555ИЕ19 |
2 |
26 |
|||
|
К555ИД4 |
1 |
10 |
|||
|
логич. эл-ты К555 |
3 |
8,8 |
|||
|
К564ТМ2 |
1 |
0,001 |
|||
|
К564ИЕ9 |
1 |
0,005 |
|||
|
КР590КН9 |
6 |
0,05 |
|||
|
К554СА3А |
6 |
6 |
|||
|
КР590КН4 |
6 |
0,05 |
|||
|
логич. эл-ты К564 |
1 |
0,00005 |
|||
|
Всего: |
96,6 |
22 |
1340,41 |
Рис.3.18. Схема блока питания
Для формирования напряжения ±15 В будем использовать трехвыводные интегральные стабилизаторы напряжения: положительной полярности - микросхема DA21 типа LM7815 и отрицательного напряжения - микросхема DA22 типа LM7915. Микросхемы рассчитаны на максимальный ток нагрузки 1,5 А и максимальную рассеиваемую мощность 8 Вт. Расчет приведен для одного канала +15В, т.к. источник - 15В абсолютно ему идентичен. Напряжение на входе стабилизатора (напряжение на фильтре):
Uф= (Uвых+1В) (1+Кп), (3.20)
где Uвых - выходное напряжение стабилизатора; 1В - падение напряжения на стабилизаторе; Кп - коэффициент пульсаций.
Задаемся коэффициентом пульсаций Кп=5%. Uф= (15+1) (1+0.05) =16,8 В.
Емкость конденсаторов фильтра С9 (С10):
С9=, (3.21)
где Iн - максимальный ток нагрузки; fс - частота питающей сети.
C9==404 мкФ, выбираем К50-12-25В-390мкФ-20…+80%.
Конденсаторы С16…С34 блокировочные, керамические К10У-5-25В - 0,1мкФ.
Амплитудное значение напряжения на обмотках трансформатора:
Um=Uф+Uд. пр =16,8+0,7=17,5 В.
Необходимое действующее напряжение на вторичных обмотках трансформатора: Uд==12,37 В.
Эффективное значение тока вторичной обмотки:
Iэфф=1,81Iн=1,810,097=0,1756 А.
В качестве VD14…VD17 выбираем диодный мост КЦ402Е:
Iпр. max=1 А;
Uобр. max=100 В.
Аналогичным образом для формирования напряжения ±12 В будем использовать трехвыводные интегральные стабилизаторы напряжения: положительной полярности - микросхема DA23 типа LM7812 и отрицательного напряжения - микросхема DA24 типа LM7912. Микросхемы рассчитаны на максимальный ток нагрузки 1,5 А и максимальную рассеиваемую мощность 8 Вт. Расчет приведен для одного канала +12В, т.к. источник - 12В абсолютно ему идентичен.
Напряжение на входе стабилизатора (напряжение на фильтре) согласно формуле (3.20): Uф= (12+1) (1+0.05) =13.65 В.
Емкость конденсаторов фильтра С11 (С12) по формуле (3.21): C11==1128 мкФ, выбираем К50-12-25В-1100мкФ-20…+80%.
Амплитудное значение напряжения на обмотках трансформатора:
Um=Uф+Uд. пр =13,65+0,7=14,35 В.
Необходимое действующее напряжение на вторичных обмотках трансформатора: Uд==10,15 В.
Эффективное значение тока вторичной обмотки:
Iэфф=1,81Iн=1,810,022=0,04 А.
В качестве VD18…VD21 выбираем диодный мост КЦ402Е.
Напряжение +9 В необходимо для сравнения на компараторах с сигналом, снимаемым с фильтра, поэтому в качестве интегрального стабилизатора можно использовать КР142ЕН8А - микросхема рассчитана на максимальный ток нагрузки 1,5 А при выходном напряжении 9±0,27 В.
Напряжение на входе стабилизатора (напряжение на фильтре) согласно формуле (3.20): Uф= (9+3) (1+0.2) =14,4 В,
где 3В - минимально-допустимое падение на микросхеме, Кп=20%.
Конденсатор фильтра С13 выбираем К50-12-25В-100 мкФ - 20…+80%.
Амплитудное значение напряжения на обмотках трансформатора:
Um=Uф+2Uд. пр =14,4+20,7=15,8 В.
Необходимое действующее напряжение на вторичных обмотках трансформатора: Uд==11,17 В.
В качестве VD22…VD25 выбираем диодный мост КЦ402Е.
В источнике питания +5В используется микросхема интегрального стабилизатора КР142ЕН5А. Микросхема обеспечивает максимальный ток нагрузки Iн. max=2 А при выходном напряжении 5±0,1 В.
Согласно (3.20): Uф= (5В+3В) (1+0,2) =9,6 В.
Емкость фильтрующего конденсатора рассчитывается по формуле (3.21):
С14==2443,43 мкФ.
Выбираем К50-12-25В-2400мкФ - 20…+80%.
Амплитудное значение напряжения на обмотке трансформатора:
Um=Uф+2Uд. пр. =9.6+20.7=11 В.
Действующее значение напряжения и тока:
Uд=7.8 В,
Iэфф=2,426 А.
В качестве VD26…VD29 выбираем диодный мост КЦ418Б:
Iпр. ср. =2,5 А;
Uобр. max. =100 В.
Для напряжения +3 В рассчитаем интегральный стабилизатор с использованием микросхемы 78L03. Ее максимальный выходной ток 0,1 А, а рассеиваемая мощность 0,5 Вт.
Напряжение на входе стабилизатора (напряжение на фильтре) согласно формуле (3.20): Uф= (3+1) (1+0.05) =4,2 В.
Емкость конденсаторов фильтра С15 выбираем К50-12-25В-100 мкФ-20…+80%.
Амплитудное значение напряжения на обмотках трансформатора:
Um=Uф+2Uд. пр =4,2+20,7=5,6 В.
Необходимое действующее напряжение на вторичных обмотках трансформатора: Uд==4 В.
В качестве VD30…VD33 выбираем диодный мост КЦ402Е. В качестве трансформатора Т1 выбираем стандартный трансформатор типа ТПП323-127/220-50. Также выбираем предохранитель ВП-1А, переключатель ТВ1 - 2.
4. Разработка программного обеспечения
Условно программное обеспечение для разрабатываемой системы можно разделить на 2 группы: программа для микроконтроллера и программа для внешней ПЭВМ.
4.1 Разработка алгоритма программы для микроконтроллера
Программно система выполняет следующие функции:
· По входному коду с АЦП вычисление уровня заполнения бака жидкостью;
· Вывод измеренных параметров (уровень, емкость и время) на индикаторы в режиме динамической индикации;
· Организация сигналов стандартного последовательного интерфейса RS - 232С при обмене данными с внешним компьютером.
Алгоритм работы основной программы представлен на рис.4.1.
Программа работает следующим образом: сначала производится инициализация контроллера клавиатуры и дисплея (поскольку никаких измерений еще не выполнено, то производится очистка дисплея), затем происходит запуск АЦП, после чего программа ожидает готовности данных на выходе АЦП. В случае, если данные готовы, на выходе DR АЦП появляется низкий уровень, который МК опрашивает через линию порта Р1.1 Готовые данные МК считывает и сохраняет в ОЗУ, после чего на АЦП поступает сигнал гашения. Программа, используя код на выходах АЦП, пропорциональный измеренному уровню, вычисляет уровень заполнения бака жидкостью, емкость и время заполнения.
После вычисления данных выставляется высокий уровень сигнала DTR на время 30 мкс. По этому сигналу внешний компьютер может послать запрос на передачу данных. При этом запрос должен быть подан на вывод DSR в виде высокого уровня в течение не менее 12 мс с момента получения сигнала DTR.
Затем программно разрешается прерывание по входу INT1 и в случае нажатия одной из клавиш (уровень, емкость или время) на местный дисплей выводится вычисленное значение.
Далее опрашивается линия интерфейса DSR и, если на ней высокий уровень, то вызывается подпрограмма передачи данных.
После этого делается программная задержка на 1 минуту, снова запускается АЦП и цикл повторяется.
Адреса обращения к ПК: 000Н…800Н (2 кБ).
Адреса обращения к ПД: 00Н…80Н (128 байт).
Рис.4.1 Алгоритм работы основной программы
Определим некоторые константы, необходимые для разработки программы:
для ККД:
· очистка дисплея 11000000В=С0Н;
· режим (режим ввода с клавиатуры, 8-позиционный, ввод слева, две клавиши блокируются) 00000000В=00Н;
· управление частотой сканирования 00100010В=22Н;
· запись в ОЗУ дисплея 10000000В=80Н
для Т/С0:
· режим 1 - 00000001В=01Н;
· число для задержки 50 мс=3СВ0Н;
· количество циклов для задержки в 1 минуту - 20;
для Т/С1:
· режим 2 - 00100000В=20Н;
· число, определяющее скорость передачи FAH;
для последовательного порта:
· режим 1, флаг прерывания при передаче - 01000010В=42Н.
Рассчитаем коэффициенты для вывода уровня и емкости в нужном формате:
для уровня ==0,784>78;
для емкости ==0,0588>59.
4.2 Разработка алгоритма программы для внешней ПЭВМ
Программа предназначена для контроля уровня жидкости в резервуарах. Так как реальная работа программы невозможна, то она написана в режиме эмуляции.
После запуска программа предлагает пользователю ввести значение скорости каждого насоса и емкость резервуаров. После этого программа переходит в основной цикл работы: автоматически активизируется первый резервуар и на протяжении минуты происходит его заполнение и одновременное вычисление уровня заполнения в процентах; по истечении минуты активизируется второй резервуар и сразу появляется процент его заполнения за время первой минуты, а далее на протяжении второй минуты резервуар заполняется постепенно; в течение третьей минуты аналогичным образом активизируется третий резервуар и т.д. по кругу с циклом в 1 минуту. Когда какой-либо из резервуаров заполняется на 90 % и более, происходит его выключение и отображается время его заполнения. Когда оказываются заполнены все резервуары выдается сообщение и останавливается время.
Рис.4.2 Алгоритм работы основной программы
5.Технико-экономическое обоснование проекта
Научно-технический прогресс предполагает смену поколений всех приборов и систем. В условиях конкуренции товарная политика предприятия должна быть направлена в будущее и учитывать, что все товары независимо от успеха со временем уходят с рынка и необходимо вести подготовку к выпуску новых. Новый товар подразумевает модификацию существующего или нововведение, которое потребитель считает значимым.
Процесс разработки и освоения производства новой продукции на предприятии сформировался как самостоятельная, подготовительная стадия процесса производства и получил название технической подготовки производства (ТПП) новой продукции. Под ТПП понимают совокупность процессов научного, технического и организационно-экономического характера, направленных на разработку и освоение новых видов продукции, осуществляемых от начала научных исследований до введения изделия в эксплуатацию и определяющих технический уровень, качество и эффективность новой продукции как в производстве (на предприятии), так и в эксплуатации (у потребителя).
Основным назначением разрабатываемой автоматической системы является контроль и управление процессом заполнения жидкостью 6 резервуаров.
Очень важным при технико-экономическом обосновании проектируемого прибора является выбор аналога, т.е. базового объекта для сравнения. После изучения рынка, сложившегося на территории Республики Беларусь, следует отметить, что единственным отечественным аналогом является уровнемер УЭ-5, служащий для измерения уровня морской, пресной (питьевой) и дистиллированной воды. Его основные технические характеристики:
· пределы измерения: 0…10000 мм;
· погрешность измерения: ±2.5%;
· температура контролируемой среды: 0…+2650С;
· давление: до 16 МПа;
· параметры питания: напряжение 220 В и частота 50 или 400 Гц;
· потребляемая мощность: не более 15 Вт;
· выходной сигнал постоянного тока: 0…5 В или 0…10 В.
Поскольку данный прибор не обладает некоторыми требуемыми в настоящее время характеристиками (такими как связь с ЭВМ) из-за того, что отечественная промышленность не выпускает аппаратуры современного
уровня, предполагается, что при внедрении разрабатываемой системы может быть достигнут экономический эффект. Кроме того, при обосновании целесообразности разработки и применения автоматической системы необходимо учитывать не только основной, но и сопутствующие результаты от использования проектируемого прибора. Основным считается результат, отражающий выполнение функциональной работы, для которой предназначено проектируемое устройство. Сопутствующие результаты возникают наряду с основным при использовании проектируемого устройства. В данном случае к сопутствующим результатам можно отнести социальный (улучшение условий труда, замена оборудования на более современное) и внешнеэкономический (улучшение технико-экономических показателей продукции отечественного производства, увеличение возможности экспорта техники).
5.1 Определение трудоемкости работ по НИР и ОКР
Одной из основных целей планирования НИР и ОКР является определение общей продолжительности их проведения и количества исполнителей, необходимых для выполнения данных работ.
При разработке автоматической системы контроля и управления заполнением резервуара были проведены следующие этапы работы:
· Подготовительный этап - выяснение необходимых для разработки устройства инструментов (измерительная техника, ЭВМ, программное обеспечение), подбор и изучение научно-технической литературы и других справочных материалов. Также в данный этап входит подготовка технического задания на разработку, то есть определение задач проекта и утверждение календарного плана проведения работ по теме.
· Теоретическая проработка - этап, включающий в себя поиск возможных решений задачи, создание математической модели устройства, его структуры и основных информационных связей.
· Техническое проектирование - один из наиболее объемных этапов разработки, в ходе выполнения которого последовательно создаются функциональная, структурная, принципиальная схемы устройства. Для функционирования разрабатывается предварительное программное обеспечение, а также прорабатывается процесс регистрации информации позволяющей судить о качестве работы, и методика тестирования образца.
· Изготовление опытного образца - изготавливается макет, содержащий практическую реализацию электрической схемы, испытания проводятся на созданном макете с целью выявления недоработок, возможностей улучшения устройства и предварительной проверки характеристик.
· Доработка и корректировка схемы по результатам испытаний, при которой возможно изменение принципиальной схемы, программы и соответственно макета. В результате проведения этого этапа получается точная работоспособная версия устройства, которая еще раз тестируется и оценивается.
· Подготовка конструкторской документации это важный этап проектирования, который включает создание необходимых для производства опытного образца документов и основы для полного пакета документации прилагаемого с разработанным устройством.
· Сдача опытного образца и технической документации заказчику - финальный этап разработки, в ходе которого происходит приемка заказчиком проекта, ознакомление и проверка документации и результатов испытаний.
Принимаем, что выполнением работ занимается инженер-электроник с высшим техническим образованием 12 разряда со следующими коэффициентами согласно ЕТС: тарифный 2.84, корректирующий 0.93, стажа 1.1, премирования 0.4, персональной надбавки 0.1. Ставка 1 разряда 38000 руб. Количество дней, отведенное на выполнение работ с 06.02.04 по 20.06.04.
Таблица 5.1
Ленточный график подготовки производства
5.2 Расчет затрат на НИР и ОКР
Целью планирования себестоимости проведения НИР и ОКР является экономически обоснованное определение величины затрат на их выполнение. В плановую себестоимость НИР и ОКР включаются все затраты, связанные с их выполнением, независимо от источника их финансирования. Определение затрат на НИР и ОКР производится путем составления калькуляции плановой себестоимости. Она является основным документом, на основании которого осуществляется планирование и учет затрат на выполнение НИР и ОКР.
Расчет затрат на НИР
Калькуляция плановой себестоимости проведения НИР составляется по следующим статьям затрат: материалы; спецоборудование для научных (экспериментальных) работ; основная заработная плата; дополнительная заработная плата; отчисления на социальное страхование; расходы на служебные командировки; затраты по работам, выполняемым сторонними организациями и предприятиями; прочие прямые расходы; накладные расходы.
На статью "Материалы" относятся затраты на необходимые на стадии НИР ресурсы. Затраты по этой статье определяются по действующим ценам с учетом транспортно-заготовительных расходов, величина которых составляет 5…6% от стоимости материалов.
Таблица 5.2
Расчет затрат на вспомогательные материалы
|
Материалы и другие материальные ресурсы |
Единица измерения |
Потребное количество |
Цена за единицу, руб. (без НДС) |
Сумма, руб. |
|
|
Бумага писчая (А4) |
Пачка |
1 |
3000 |
3000 |
|
|
Бумага чертежная (А1) |
Шт. |
3 |
600 |
1800 |
|
|
Канц. товары |
2400 |
||||
|
Дискета |
Шт. |
3 |
600 |
1800 |
|
|
Итого: |
9000 |
||||
|
С учетом транспортно-заготовительных расходов: |
450 |
||||
|
Всего: |
9450 |
На статью "Спецоборудование для научных (экспериментальных) работ" относятся затраты на приобретение или аренду специальных приборов, стендов, аппаратов и другого специального оборудования, необходимого для выполнения только данной НИР.
Поскольку для выполнения НИР на 2 и 3 этапах ТПП требуется персональный компьютер, потребляемая мощность которого 0,1 кВт, то необходимо рассчитать затраты на потребляемую им электроэнергию.
ЗЭЛ = WКСFэЦЭЛ, (5.1)
где W - суммарная потребляемая мощность оборудования, кВт; КС - коэффициент спроса потребителей электроэнергии (0,75); Fэ - эффективный фонд времени работы оборудования, ч; ЦЭЛ=114 руб. /кВт - стоимость 1 кВт/ч для производственных целей. Fэ=538=424 ч, где 53 - количество дней работы оборудования; 8 - продолжительность рабочего дня, ч/день. Тогда ЗЭЛ =0,10,75424114= 3625,2 руб.
На статью "Основная заработная плата" относится основная заработная плата научных сотрудников, инженерно-технических работников, лаборантов, чертежников, копировщиков и рабочих, непосредственно занятых выполнением конкретной НИР, а также заработная плата работников нештатного (несписочного) состава, привлекаемых к ее выполнению.
Рассчитаем должностной оклад инженера-электроника:
Д = СIКТАРККОРКСТАЖ, (5.2)
где СI - ставка 1 разряда; КТАР - тарифный коэффициент; ККОР - корректирующий коэффициент; КСТАЖ - коэффициент стажа.
Д = 380002,840,931,1= 110402,16 руб.
Тогда основная заработная плата рассчитывается по следующей формуле:
ЗПО = Д (1+КПР+КП. Н) КПРЕВ, (5.3)
где n - фактически отработанное время - с 1 по 3 этапы ТПП, дн.; N - плановый рабочий период, дн.; КПР - коэффициент премирования; КП. Н - коэффициент персональной надбавки; КПРЕВ - коэффициент превышения.
ЗПО = 110402,16 (1+0,4+0,1) = 444117,78 руб.
На статью "Дополнительная заработная плата" относятся выплаты, предусмотренные законодательством за непроработанное (неявочное) время: оплата очередных и дополнительных отпусков, оплата времени, связанного с выполнением государственных и общественных обязанностей, выплаты вознаграждений за выслугу лет и др. Размер дополнительной заработной платы работников, непосредственно выполняющих НИР, определяется в процентах от их основной заработной платы. В научных учреждениях дополнительная заработная плата составляет 10…12% от основной.
ЗПД = 0,12ЗПО = 53294,133 руб.
На статью "Отчисления на социальное страхование" относятся отчисления в фонд социального страхования, в фонд занятости, а также Чернобыльский налог. Размер отчислений на социальное страхование определяется в процентах от суммы основной и дополнительной заработной платы работников, непосредственно выполняющих НИР. В соответствии с законом РБ установлены следующие проценты отчислений на социальное страхование:
Таблица 5.3
Отчисления на социальное страхование
|
В фонд социального страхования |
35% |
|
|
В фонд занятости |
1% |
|
|
Чернобыльский налог |
4% |
ОС. С = (0,35+0,01+0,04) (ЗПО+ ЗПД) = 198964,765 руб.
Тогда фонд оплаты труда составит:
ФОТНИР= ЗПО+ ЗПД = 497411,913 руб.
На статью "Расходы на служебные командировки" относятся расходы на все виды служебных командировок работников, выполняющих задание по конкретной НИР. Расходы на служебные командировки сотрудников аппарата управления, не связанные с непосредственным выполнением НИР, относятся на статью "Накладные расходы". В научных учреждениях расходы на служебные командировки, учитываемые в плановой себестоимости проведения НИР, составляют 2…3% от основной заработной платы сотрудников, занятых ее выполнением.
РС. К=0,03ЗПО=13323,533 руб.
На статью "Затраты по работам, выполняемым сторонними организациями и предприятиями" относятся затраты по оплате всех видов работ, в том числе по изготовлению опытных образцов и макетов, выполняемых непосредственно для конкретной НИР сторонними организациями и предприятиями, а также подчиненными научному учреждению опытными (экспериментальными) производствами, состоящими на самостоятельном балансе.
В нашем случае все работы, связанные с данной НИР выполняет инженер-электроник, поэтому затраты на эту статью не рассчитываем.
На статью "Прочие прямые расходы" относятся расходы на приобретение и подготовку материалов специальной научно-технической информации, за использование средств телефонной и радиосвязи и другие расходы, необходимые при проведении конкретной НИР.
Подобные документы
Описание алгоритма работы и разработка структурной схемы микропроцессорной системы управления. Разработка принципиальной схемы. Подключение микроконтроллера, ввод цифровых и аналоговых сигналов. Разработка блок-схемы алгоритма главной программы.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 26.06.2016Анализ существующих методов измерения вязкости нефтепродуктов. Принцип построения структурной схемы вибрационного вискозиметра. Температурный датчик с цифровым выходом. Разработка структурной схемы датчика для измерения вязкости, алгоритм работы.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 27.12.2011Анализ влияния напряжения питания на работу микроэлектронных устройств. Принцип действия и характеристика устройств контроля напряжения. Выбор типа микроконтроллера. Функции, выполняемые супервизором. Разработка алгоритма и структурной схемы устройства.
диссертация [3,1 M], добавлен 29.07.2015Разработка структурной схемы микроконтроллера. Проектирование подсистемы памяти. Разработка адресного дешифратора, "раскраска" адресной шины. Расчет нагрузочной способности шин. Разработка принципиальной схемы. Программа начальной инициализации системы.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 02.05.2016Разработка радиоприемного устройства профессиональной связи УКВ диапазона, создание схемотехнической модели системы: выбор и обоснование структурной схемы; расчет и моделирование отдельных узлов; расчет экономических параметров; экологичность проекта.
дипломная работа [5,9 M], добавлен 16.02.2012Разработка информационно-измерительной системы распределенного действия, предназначенной для измерения и контроля веса. Обоснование и предварительный расчет структурной схемы. Расчет погрешности измерительного канала и определение его класса точности.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.03.2014Основные типы микроконтроллеров. Разработка структурной схемы прибора. Работа матричного индикатора HCMS-2000. Разработка принципиальной схемы. Расчет режимов элементов. Разработка алгоритма программы. Последовательный интерфейс обмена данными.
курсовая работа [650,6 K], добавлен 12.01.2016Анализ датчиков и разработка структуры измерительных каналов, схемы источника электропитания. Выбор микроконтроллера. Проектирование функциональной схемы входных и выходных узлов. Блок-схема алгоритма и программа управления микроконтроллерной системой.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 17.07.2012Разработка структурной схемы автоматической системы управления на комплекте КР580. Характеристика общих принципов построения устройства. Расчет и выбор элементной базы. Микропроцессор и вспомогательные устройства. Организация ввода-вывода информации.
курсовая работа [573,5 K], добавлен 02.04.2013Обзор методов измерения и аппаратов. Принципы работы измерителя концентрации нитратов. Потребительские испытания нитрат-тестеров. Разработка аккумуляторной батареи, электрической принципиальной схемы, алгоритма работы программы микроконтроллера.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 18.01.2014
