Разработка унифицированных функциональных модулей и исследование
Скачать 131.89 Kb.
|
Общество с ограниченной ответственностью «Пансофия» (ООО «Пансофия»)
ОТЧЕТ О ВЫПОЛЕННИИ НИОКР по теме
Горно-Алтайск 2008 СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ: Этап 3 Разработка и создание макетов модулей базового класса системы "ШкРоб-1".
Реферат Отчет __ страниц, __ таблиц, __ рисунков, __ источников. Разработка и создание макетов модулей базового класса системы "ШкРоб-1" Ключевые слова: интерфейсы, модули, адаптеры, датчики, схемы. Объектом исследования является набор модулей, используемый при разработке и создании проектов на базе конструктора «ШкРоб-1». Цель работы — проведение анализа функциональных модулей базового класса набора-конструктора «ШкРоб-1» для выбора технического решения по их реализации; разработка на основе выбранного технического решения функциональных и принципиальных схем модулей базового класса набора-конструктора с использованием распространенной и недорогой элементной базы; изготовление рабочих образцов макетов по одному на каждый тип модуля базового класса. При выполнении работы был проведен анализ технических решений, позволяющих реализовать функциональные модули, подходящие для применения в наборе «ШкРоб-1». Для этого были рассмотрены ряд принципиальных схем [1-7] и алгоритмы их функционирования. При реализации макетов функциональных модулей основной упор был сделан на проработку интерфейсов модулей, простоту схемных решений, низкую стоимость и широкую распространенность элементной базы. В результате работы были разработаны функциональные и принципиальные схемы макетов следующих модулей: модуля-адаптера, модулей-датчиков, модулей управления механическим объектом. Так же были изготовлены и протестированы рабочие образцы этих макетов. Введение При выполнении предыдущего третьего этапа работы был проведен анализ технических решений, подходящих для применения в наборе «ШкРоб-1» и классификация модулей по их функциональному назначению. В качестве основного класса открытой системы «Модульный набор-конструктор «ШкРоб-1» был выделен класс модулей адаптеров, а LPT-адаптер отмечен как центральный модуль базового класса набора-конструктора. В качестве необходимого условия для любого модуля, входить в состав набора конструктора, было сформулировано требование транзитивной совместимости с модулем LPT-адаптера по второму уровню структурно-интерфейсной модели (SI-кортежу). Исходя из принципа минимальной достаточности, был отобран базовый класс для систем с централизованным управлением, состоящий из четырех типов модулей. При выполнении настоящего этапа работы необходимо выполнить разработку функциональных и принципиальных схем модулей, топологию печатных плат, а также изготовить образцы прототипов модулей базового класса. 1 Разработка модуля LPT-адаптераСуществует достаточно большое количество вариантов реализаций модулей LPT-адаптеров [1,2], и у всех имеется одна общая особенность – в каждом модуле присутствует буферный каскад, отделяющий LPT-порт от внешних устройств. С внешними устройствами можно работать и без буферного каскада, однако, имеется ограничение по нагрузочной способности LPT-порта, также существует опасность вывода из строя каскадов LPT-порта случайным замыканием его выводов, соединением их с землей или питанием. Для избежания такого рода неприятностей и увеличения нагрузочной способности каскадов LPT-порта обычно используют специальные микросхемы буферных усилителей. Отличия между различными техническими решениями адаптеров LPT-порта возникают вследствие использования или не использования индикации уровней сигналов на выводах порта и введения различных разъемов для подключения внешних устройств. В нашем случае отличительной особенностью LPT-адаптера являются следующие схемотехнические решения: помимо буферизации цепей LPT-порта осуществляется буферизация цепей внешних устройств, позволяющая работать с различными уровнями входных сигналов (ТТЛ, КМОП), для управления индикацией используются транзисторные ключи, которые также могут быть задействованы в качестве силовых ключей для управления четырехфазным шаговым двигателем. Помимо выше перечисленного в нашей конструкции применяются типизированные разъемы для подключения к LPT-адаптеру модулей, имеющих различное функциональное назначение. Все эти разъемы служат для обеспечения использования интерфейсов, специфицированных в работе [8]. Функциональная схема разработанного нами модуля LPT-адаптера представлена на Рис.1.  Рис.1 При разработке принципиальной схемы мы решили воспользоваться простой и достаточно широко распространенной элементной базой. При выборе транзисторных ключей предпочтение было отдано интегральным схемам ULN2803; для буферизации модулей датчиков и сопряжения уровней ТТЛ - КМОП была выбрана микросхема К561ЛН2; для усиления входных и выходных сигналов LPT-порта - микросхема К1533АП5. В целом принципиальная схема адаптера LPT-порта представлена на Рис. 2. Для питания внутренних цепей модуля LPT-адаптера и модулей к нему подключаемых используется интегральный пятивольтовый стабилизатор 7805, установленный на радиатор. При подключении к модулю LPT –адаптера через интерфейс _____ (разъем DB-25) модуля контроллера, модуль LPT-адаптера может выступать в роли модуля индикации или силового модуля управления четырехфазным шаговым двигателем, подключаемым через интерфейс ______ (). Схема реализации интерфейса показана на Рис.3.  Рис.3. Внешние датчики, не требующие для функционирования управляющих воздействий подключаются к адаптеру через интерфейс ____(). Схема интерфейса представлена на Рис.4  Рис.4. Управляемые устройства или датчики, для работы которых необходимо использовать протокол обмена, подключаются к модулю LPT-адаптеру через интерфейс _____ (разъем DB-15). Схема интерфейса изображена на Рис.5.  Рис.5. В целом монтажно-испытательная схема модуля представлена на Рис.6  Рис. 6. Печатная плата модуля LPT-адаптера выполнена из одностороннего стеклотекстолита. Решение использовать одностороннюю разводку принято из-за определенных сложностей изготовления двусторонних печатных плат в кустарных условиях. Топология печатной платы модуля представлена на Рис.7.  Рис.7. В процессе выполнения проекта было реализовано два экземпляра рабочих макетов модулей LPT-адаптера. Внешний вид получившихся модулей представлен на Рис.8. После изготовления экземпляров рабочих макетов модулей была проведена экспресс проверка их работоспособности с использованием эмулятора внешних устройств, который обеспечен всеми необходимыми разъемами для подключения к модулю LPT-адаптера. Проверка работоспособности изготовленных модулей была признана успешной на основе признаков корректной работы, которые заключаются в выполнении определенного программой испытаний порядка зажигания индикаторных светодиодов как на модуле LPT-адаптера, так и на модуле эмуляторе. 2 Модули датчиков При рассмотрении вопроса о подборе модулей базового класса было принято решение в качестве модулей датчиков рассматривать модули дискретного индикатора освещенности и датчика препятствия барьерного типа. Дискретный индикатор освещенности разработан на базе классической схемы компаратора уровней. В модуле использовано 4 компаратора, выполненных на базе операционных усилителей К140УД2. Принципиальная схема индикатора освещенности представлена на Рис.9. Модуль индикатора освещенности для своего функционирования не требует внешних воздействий, поэтому для оптимального использования разъемов при сопряжении с модулем LPT-адаптера было принято решение выбрать интерфейс ____ (разъем), который предусматривает наличие трех входных информационных бит. В то же самое время индикатор освещенности конструктивно имеет четыре выходных сигнала – по одному от каждого компаратора. Для сопряжения четырехвыводного интерфейса модуля индикатора и трехвыводного интерфейса модуля LPT-адаптера был разработан и изготовлен переходник интерфейсов, основная идея которого заключается в том, что не все 16 возможных выходных состояний модуля индикатора являются достижимыми. Полученный преобразователь интерфейсов по сути реализует отображение множества выходных состояний индикатора освещенности (16 состояний) в множество из 9 состояний. Принципиальная схема преобразователя представлена на Рис.10. Печатная плата модуля изготовлена из одностороннего стеклотекстолита и изображена на Рис.11. Внешний вид модуля индикатора освещенности изображен на Рис.12. В качестве модуля датчика барьерного типа можно было использовать простые контактные пары переключателей, срабатывающие при столкновении с объектом. В нашем случае было решено остановиться на бесконтактном варианте. В качестве бесконтактных можно рассматривать несколько типов обнаружения объектов: с ультразвуковым локатором и с инфракрасным локатором. Ультразвуковой вариант был исключен по причине достаточно высокой стоимости излучающего и принимающего датчиков. Оставшийся для рассмотрения инфракрасный вариант обладает неплохими характеристиками цена-качество, однако основной проблемой в данном случае становится помехоустойчивость конструкции, поскольку свет от ламп накаливания или простой солнечный свет могут восприниматься как отраженый от объекта сигнал. Для того, чтобы такое не происходило используют различного вида модуляцию излучаемого сигнала, и фильтрацию его на приемной стороне. Широко распространено [9] использование интегральных фотодатчиков для инфракрасных систем дистанционного управления телевизорами, которые содержат усилители сигнала и полосовые фильтры. В своей конструкции мы решили не идти в этом направлении и остановились на использовании совмещенного в одной микросхеме LM567 тонального кодера\декодера [10]. Принципиальная схема устройства изображена на Рис. 13. Схема состоит из двух частей: самого кодера\декодера с излучающей и прнимающей частями, реализованными на элементах взятых из оптопар манипулятора «мышь», и одновибратора запускающегося при наличии сигнала на выходе декодера. Датчик барьероного типа стыкуется с модулем LPT-адаптера по интерфейсу _____ (разъем ). Печатная плата датчика изготовлена из одностороннего стеклотекстолита и изображена на Рис.14. Внешний вид готового модуля показан на Рис.14. 3 Модули управления механическим объектом В качестве модулей управления механическим объектом были выбераны силовой модуль управления четырехфазным шаговым двигателем и модуль транзисторных ключей для управления пультом китайской радиоуправляемой машинки. Силовой модуль управления четырехфазным шаговым двигателем представляет собой устройство, состоящее из микросхемы силовых ключей и блока индикации, блока входных\выходных интерфейсов и разъема для подачи питания. Как и при реализации модуля LPT-адаптера при выборе микросхемы силовых ключей выбор был сделан на микросхеме ULN2803. Выходные цепи силового модуля содержат два разъема интерфейса ______ () для одновременного подключения двух шаговых двигателей. Входные цепи реализованы в соответствии с интерфейсом _______ (). Принципиальная схема модуля представлена на Рис.15. Внешний вид модуля показан ра Рис.16. Одна из задач модульного конструктора «ШкРоб-1» заключается в обеспечении возможности управления каким либо механическим объектом. Наиболее простым и эффектным было бы наличие возможности программировать движение какой либо игрушки (машинки и т.д.). Самим изготовить механическую часть управляемого объекта, да еще не в одном экземпляре задача весьма не тривиальная, поэтому было решено взять готовый объект (радиоуправляемую машинку – например, китайскую) а уже для него разрабатывать и изготавливать систему управления. Система управления предполагает наличие LPT либо какого то другого адаптера для соединения с компьютером и модуля транзисторынх ключей, соединенных с пультом машинки посредством ______ интерфейса(). Для этого требуется небольшая доработка пульта, которая заключается в распайке кабеля, соединяющего модуль ключей и пульт таким образом, чтобы выводы каждого из исполнительных частей переключающих вентелей были распаяны параллельно коммутирующим выводам пульта. С LPT-адаптером модуль транзисторных ключей соединяется посредством _____ () интерфейса. Для пояснения работы модуля транзисторных ключей функциональная схема не требуется, а принципиальная схема показана на Рис.17. Внешний вид модуля изображен на Рис. 18. 4 Модули питания Модули питания можно разделить на две категории: автономные источники питания и сетевые источники питания. Автономные источники питания могут содержать просто набор батарей или аккумуляторов. Более сложные вариант - применение интегрального стабилизатора, для того чтобы получить необходимое значение напряжение питания и в то же время разделить силовую (управляемую при помощи ШИМ) и логическую части семы. Данная конструкция для автономных источников получается самой оптимальной по цене\качеству. В последнее время все большее распространение начинют приобретать DC\DC преобразователи. Они позволяют использовать значительно меньшее количество батарей и аккумуляторов, что позволяет существенно уменьшить габариты разрабатываемых устройств. Однако, такие решения достаточно дороги из за высокой стоимости элементной базы. В проектах начального уровня, для разработки которых в основном и предназначен «ШкРоб-1», вполне допустимо применение сетевых источников притания. Они существенно дешевле автономных источников и могут быть приобретены в любом магазине, торгующем электроникой. По разъемам они совместимы с платой адаптера по интерфесу ______(). Единственное, на что стоит обратить внимание - это выдаваемые купленным устройством выходные напряжения. При необходимости можно откорректировать параметры устройства, применив интегральный стабилизатор питания. Принципиальная схема сетевого источника питания рпсположена на Рис.19. Внешний вид источников питания может выглядеть так как это показано на Рис.20. Заключение При выполнении работы был проведен анализ технических решений, позволяющих реализовать функциональные модули, подходящие для применения в наборе «ШкРоб-1». Для этого были рассмотрены ряд принципиальных схем и алгоритмы их функционирования. При реализации макетов функциональных модулей основной упор был сделан на проработку интерфейсов модулей, простоту схемных решений, низкую стоимость и широкую распространенность элементной базы. В результате работы были разработаны функциональные и принципиальные схемы макетов следующих модулей: модуля-адаптера, модулей-датчиков, модулей управления механическим объектом. Так же были изготовлены и протестированы рабочие образцы этих макетов. Список использованных источников
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Разработка унифицированных функциональных модулей и исследование Этап 3 Описание и исследование классов модулей системы "ШкРоб-1" в рамках разработанной структурно-интерфейсной модели. Нахождение... | | Методические рекомендации по организации внеаудиторной самостоятельной... Пм 01 Разработка программных модулей программного обеспечения для компьютерных систем |
 | Исследование модели Фрелиха методом функциональных производных Иванов Анатолий Иванович, профессор, зав каф. Теоретической физики и волновых процессов | | Методическая разработка функциональные стили Разговорная речь в системе функциональных разновидностей русского литературного языка 32 |
| Рефератов по дисциплине «Инновации в экспертизе товаров и услуг» Разработка модели товародвижения функциональных продуктов питания в условиях инновационной деятельности | | Разработка полимерного низкочастотного виброизолятора с квазинулевой жесткостью Проведено аналитическое исследование разрабатываемого виброизолятора, его изготовление и экспериментальное исследование. Частота... |
| Опорный план открытого урока Преподаватель Дисциплина: мдк. 01. 01 Системное программирование пм. 01 Разработка программных модулей программного обеспечения для компьютерных... | | Опорный план открытого урока Преподаватель Дисциплина: мдк. 01. 01 Системное программирование пм. 01 Разработка программных модулей программного обеспечения для компьютерных... |
| Исследование цветовой гаммы исследование естественного освещения... Исследование процентного соотношения кабинетов с люминесцентными и электрическими лампами | | Разработка и исследование методов определения видимости полигонов... Целью диссертации является разработка метода, который бы позволил отрисовывать сцены, геометрическая сложность которых, в настоящее... |
| Разработка и исследование технологических основ процесса фотонностимулированного... Разработка и исследование технологических основ процесса фотонностимулированного локального анодного окисления наноструктур на основе... | | Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и исследование... «Разработка и исследование новых кристаллических, аморфных и наноструктурированных материалов для сцинтилляционных и люминесцентных... |
| Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и исследование... «Разработка и исследование новых кристаллических, аморфных и наноструктурированных материалов для сцинтилляционных и люминесцентных... | | Реферат: Шайдуров А. Г. Исследование и разработка некоторых графических... Шайдуров А. Г. Исследование и разработка некоторых графических алгоритмов. Квалификационная работа на степень магистра наук по направлению... |
| Рефераты №3 (2012 г.) Разработка, исследование и реализация методов совершенствования теплообменных аппаратов турбоустановок | | Исследование и разработка бионических методов и алгоритмов для решения задач транспортного типа |
