Дистанционный измеритель и регулятор влажности в производственных помещениях

Следует отметить, что скрытая часть тепла (энтальпии), определяемая теплотой испарения воды, составляет значительную долю общих потерь. С каждым килограммом влаги при этом теряется 580 ккал (2,4 мДж).

Адсорбционный метод. Этот метод основан на сорбционных (влагопоглощающих) свойствах некоторых веществ сорбентов. Имея пористо капиллярную структуру с химическим импергированием, сорбенты извлекают водяной пар из воздуха. По мере насыщения сорбента влагой эффективность осушения снижается. Поэтому сорбент нужно периодически регенерировать, т.е. выпаривать из него влагу путем продувания потоком горячего воздуха.

К недостаткам рассматриваемого метода, как и в предыдущем случае, относится повышенное энергопотребление в связи с наличием безвозвратных потерь явного и скрытого тепла. При этом следует отметить, что в данном случае осуществляется нагрев относительно небольшого количества воздуха в регенерирующем плече (ок. 25-30% от количества воздуха, циркулирующего в основном контуре) до значительно более высоких температур (порядка 150°С). К недостаткам также относится ограниченный срок службы сорбента, особенно в случае использования солей лития, подверженных вымыванию при отклонении от номинальных технологических режимов работы. Более практичным является использование силикагеля на стекловолоконном носителе.

Конденсационный метод. Этот метод основан на принципе конденсации водяных паров, содержащихся в воздухе, при охлаждении его ниже точки росы.

Метод реализуется с использованием принципа теплового удара, создаваемого при работе холодильного контура с расположенными непосредственно друг за другом испарителем и конденсатором.

Осушитель конденсационного типа состоит из компрессорной холодильной установки, используемой для создания охлажденной поверхности, и вентилятора, подающего воздушные массы на эту поверхность для обеспечения контакта с ней влажного воздуха. Воздух, прошедший через систему осушения и, следовательно, утративший определенную часть содержащейся в нем влаги, вновь подается в помещение и смешивается с находящимся в нем воздухом. Таким образом, абсолютная и относительная влажность воздуха в помещении постепенно снижаются. Характерной особенностью метода является тот факт, что соответствующие энергетические переходы осуществляются в пределах замкнутого консервативного цикла, формируемого в пределах обслуживаемого помещения, внутри которого имеет место рециркуляционный воздухообмен. В качестве отдельных компонентов теплового баланса выступают регенерация энергии, за счет перехода скрытого тепла в явное, при конденсации удаляемой влаги, а также преобразование электрической и механической энергии, связанной с работой компрессора и вентиляторов, в явное тепло. В результате количество тепла, отдаваемого на конденсаторе, превышает количество тепла, отбираемого на испарителе. Вследствие этого, наряду с осушением воздуха, осуществляется его подогрев. При этом разница температур на входе и выходе из осушителя находится в пределах 35°С.

4. Обоснование выбора типа микроконтроллера

4.1 Микроконтроллеры PIC фирмы Microchip

Микроконтроллеры PIC [21] разработаны фирмой Microchip и обладают следующими основными характеристиками:

- все микроконтроллеры серии PIC (Peripheral Interface Controller - периферийный контроллер интерфейса) построены по так называемой Гарвардской архитектуре, когда используются раздельные области памяти и шины для данных и для команд. Это позволяет одновременно, за один цикл, получать доступ как к памяти команд, так и к данным. Кроме того, существует двухступенчатый конвейер, который обеспечивает одновременное исполнение команды и выборку следующей. Все команды, кроме команд перехода, выполняются за один машинный цикл. Переходы, включая возврат из подпрограмм, выполняются за два цикла.

Система команд высокосимметрична, то есть позволяет выполнять любую операцию над любым регистром с применением любого способа адресации. Такая система команд значительно упрощает процесс программирования, сокращает объем программы и увеличивает производительность.

- память программ располагается на кристалле и снабжается битом защиты. Микроконтроллеры выпускаются в отладочном, однократно программируемом и масочном вариантах.

Отладочные кристаллы бывают как с электрически стираемой FLASH-памятью, так и с ультрафиолетовым стиранием. Наиболее удобны для отладки микроконтроллеры с FLASH-памятью, позволяющие быстро и многократно перепрограммировать контроллер, внося изменения в программу. Но далеко не все контроллеры PIC имеют FLASH-версию.

Однократно программируемые контроллеры позволяют пользователю самому записать в них окончательную версию программы, что удобно при мелкосерийном производстве. Кроме того, некоторые однократно программируемые контроллеры дополнительно имеют EEPROM (электрически перепрограммируемое ПЗУ) памяти данных, что позволяет, даже после записи программы в кристалл, изменять константы программы, например, код доступа к сигнализации, частоты передатчика/приемника, частоту вращения двигателя и т.д. Таким образом, осуществляется индивидуальная настройка устройства.

Масочно-программируемые кристаллы программируются при изготовлении крупных партий на заводе фирмы Microchip.

- для написания и отладки программ удобно использовать фирменный пакет - интегрированную среду разработчика MPLAB-IDE, включающую в себя редактор, ассемблер и программный симулятор с возможностью пошаговой отладки. Также поддерживается фирменный программатор и внутрисхемный эмулятор. MPLAB-IDE распространяется бесплатно и может быть загружен с сайта производителя www.microchip.com или с сайта российского дистрибьютора www.microchip.ru [25].

- на кристалле микроконтроллера серии PIC16F8x расположены 64 байта EEPROM памяти констант с гарантированным сроком хранения данных более 40 лет при отключенном питании, до 68 байт памяти данных (рабочие регистры для хранения переменных). Кристаллы выпускаются с максимальными тактовыми частотами 4МГц и 10МГц, имеют 13 портов ввода/вывода, встроенный таймер/счетчик TMR0, сторожевой таймер WDT, экономичный режим засыпания SLEEP.

4.2 Микроконтроллеры AVR фирмы Atmel

Микроконтроллеры AVR разработаны фирмой Atmel и обладают следующими основными характеристиками [26]:

- очень быстрая гарвардская RISC-архитектура загрузки и выполнения большинства инструкций в течение одного цикла тактового генератора. При этом достигается скорость работы примерно 1 MIPS на МГц. Частота тактового генератора многих типов микроконтроллеров AVR может достигать 10... 16 МГц (10... 16 MIPS!) (MIPS -- Millions Instructions per Second -- миллионов операций в секунду). Отсутствует внутреннее деление частоты, как, например, в микроконтроллерах РIС. Таким образом, если использован кварцевый резонатор с частотой 16 МГц, микроконтроллер будет работать с быстродействием почти 16 MIPS;

- программы содержатся в электрически перепрограммируемой постоянной памяти программ FLASH ROM. Эта память может быть перепрограммирована до 1000 раз. Это облегчает настройку и отладку систем. Кроме того, возможность внутрисхемного программирования позволяет не вынимать микроконтроллер из целевой схемы в процессе программирования, что значительно ускоряет процесс разработки систем на их основе;

- система команд микроконтроллеров AVR изначально проектировалась с учетом особенностей языка программирования высокого уровня С, что в результате позволяет получать после компиляции программ на С гораздо более эффективный код, чем для других микроконтроллеров. А это уже выигрыш и в размере полученного кода, и в скорости работы микроконтроллера;

- микроконтроллеры AVR имеют 32 регистра, все из которых напрямую работают с АЛУ. Это значительно уменьшает размер программ. В других микроконтроллерах, как правило, для осуществления, например, сложения один из операндов обязательно должен находиться в специальном регистре -- аккумуляторе. Таким образом, необходимо сначала его туда занести, затем после выполнения операции результат из аккумулятора нужно переписать в регистр для хранения результата. Итого получается уже три команды. В микроконтроллерах AVR то же самое займет всего одну команду;

- очень небольшое потребление энергии и наличие нескольких режимов работы с пониженным потреблением энергии делает эти микроконтроллеры идеальными для применения в конструкциях, питающихся от батареек;

- наличие дешевых и простых в использовании программных средств. Многие полноценные программы доступны в свободно распространяемом варианте, как, например, отладчик AVR Studio, ассемблер Wavrasm, множество версий программаторов и даже компилятор языка С -- avr gcc..Узлы PWM (широтно-импульсная модуляция), таймеры/счетчики, аналоговый компаратор и последовательный порт UART встроены в микроконтроллеры и могут управляться с помощью прерываний, что значительно упрощает работу с ними;

- имеются относительные команды переходов и ветвлений, что позволяет получать перемещаемый код;

- отсутствует необходимость переключать страницы памяти (в отличие, например, от микроконтроллеров PIC);

- все микроконтроллеры AVR имеют электрически перепрограммируемую постоянную память данных EEPROM, которая может быть перепрограммирована более 100 000 раз!

Имеется три подсемейства микроконтроллеров AVR:

1. tiny AVR -- недорогие миниатюрные микроконтроллеры в 8-выводном исполнении;

2. classic AVR -- основная линия микроконтроллеров с производительностью отдельных модификаций до 16 MIPS, FLASH-памятью программ 2...8 Кб, памятью данных EEPROM 64...512 байт, оперативной памятью данных SRAM 128...512 байт;

3. mega AVR с производительностью 4... 16 MIPS для сложных приложений, требующих большого объема памяти, FLASH-памятью программ до 128 Кб, памятью данных EEPROM 64...512 байт, оперативной памятью данных SRAM 2...4 Кб, встроенным 10-разрядным 8-канальным АЦП, аппаратным умножителем 8x8.

В настоящем проекте выбран оптимальный по критерию стоимость/функциональная полнота, контроллер типа PIC16F877A.

5.  Описание структурной схемы

Структурная схема (рисунок 5.1) состоит из элементов:

- датчик влажности,

- микроконтроллер,

- устройство ввода,

- индикаторное табло,

- устройство согласования с центральным процессором,

- устройство согласования с внешними устройствами,

- блок питания.

При разработке устройства был выбран платиновый датчик, так как он в сравнении с другими типами датчиков имеет ряд существенных преимуществ:

- высокая точность,

- компактность,

- малое энергопотребление,

- широкий диапазон влажности (0…100%),

- защита от воздействия химических веществ,

- идеальны для измерения абсолютной величины влажности.

Микроконтроллер семейства PIC способен реализовать алгоритм измерения и управления влажностью в условиях эксплуатации. Он имеет 10 разрядный АЦП, что позволяет с высокой точностью измерять уровень сигнала с датчика, обладает достаточной памятью и быстродействием. Реакция на нажатие кнопки происходит на уровне аппаратных прерываний микроконтроллера, что гарантирует обработку каждого нажатия. Подобранные опытным путем временные задержки в процессе обработки прерываний, позволяют исключить влияние дребезга контактов.



Рисунок 5.1 Структурная схема

Устройство ввода состоит из 3-х кнопок управления:

1- уменьшает уставки на 1 значение влажности,

2- увеличивает уставки на 1 значение влажности,

3- переключает режим работы прибора - измерение-регулирование, установка заданной влажности.

В качестве элементов вывода информации выбран трехфазный семисегментный индикатор фирмы Kingbright типа SA-10-11GWA, обладающий повышенной яркостью свечения. Данное индикаторное табло имеет малое энергопотребление и высокую скорость отклика. Для защиты портов микроконтроллера от перегрузки использованы специальные буферные микросхемы.

Устройство согласования с центральным процессором включает в себя микросхему MAX232CPK, соответствующие элементы обвязки С7-С9. Микросхема преобразует последовательный поток двоичных сигналов в поток данных, соответствующей протоколу обмена данными RS232.

Устройство согласования с внешними устройствами предназначено для преобразования управляющих сигналов микропроцессора RC4 и RC5 в дискретные сигналы управления силовой нагрузкой. Каждый канал управления включает в себя релейный усилитель на транзисторе КТ815В, в коллекторе которого включены обмотки реле, контакты реле управляют силовой нагрузкой (форсунками). В устройство управления включены также светодиодные индикаторы, включенного состояния нагрузки.

Блок питания является биполярным и имеет несколько уровней напряжения (). Стабилизатор напряжения собран на двух микросхемах. Мощность блока питания составляет 8 Вт, что позволяет управлять включением реле. Для подавления высокочастотных и низкочастотных пульсации напряжения к выходам микросхем стабилизации подключены конденсаторы, соответственно малой и большой емкости.

6. Описание функциональной схемы

В качестве датчика влажности используется платиновый датчик фирмы Honeywell типа HIH3602A. Датчик включен в измерительную мостовую схему (чертеж ДП-02068999-18-09-Э2). Выходным сигналом мостовой схемы является напряжение, пропорциональное величине относительной влажности. Данное напряжение поступает на аналоговый вход микропроцессора PIC16F877A [25], с дальнейшим преобразованием внутри процессора схемы АЦП.

На цифровой вход процессора RВ4-RB6 заведены кнопки, устройство для задания параметров регулирования:

- SB3 переключает режим работы прибора - измерение-регулирование, установка заданного значения влажности, как параметр регулирования, установка максимально допустимого значения относительной влажности,

- SB2 увеличивает значение уставки регулируемой влажности на 1%, при каждом нажатии,

- SB1 уменьшает значение уставки регулируемой влажности на 1%, при каждом нажии.

Исполняемые реле К1 и К2, обеспечивающие контактное управление исполнительными внешними механизмами (вентилятором и подогревателем воздуха) подключается к выходам процессора RC4 и RC5 через буферные усилители, обеспечивающие согласование выходных портов процессора с сопротивлением нагрузки. Выходы процессора RD0-RD3, RD4-RD7, RB0-RB3 подключаются к дешифраторам параллельного четырехзначного кода в код управления семисигментными индикаторами.

В качестве элементов индикации выбраны светодиодные индикаторы типа SA-10-11GWA фирмы Kingbright с повышенной светоотдачей.

Для передачи данных о влажности в центральный процессор (при необходимости) используется интерфейс RS232 [25]. Преобразование выходных сигналов процессора PIC16F877A в сигналы RS232 использован контроллер на микросхеме MAX232CPK.

Прошивка микроконтроллера (приложение Б) заимствована из [19], с необходимой коррекцией входных параметров АЦП, для согласования с конкретным датчиком влажности по верхнему и нижнему пределам напряжения, соответствующим 0% и 100% влажности.

7. Описание принципиальной схемы

Данное устройство предназначено для измерения относительной влажности в диапазоне 0…100% с шагом 0.1%,а так же для регулирования влажности в этом же диапазоне, с шагом 1%. Регулирование влажности осуществляется с помощью коммутации двух нагрузок постоянного или переменного тока в моменты, когда влажность объекта становится выше или ниже установленной, на величину заданного допустимого отклонения. Индикация измеряемой влажности осуществляется при помощи светодиодных индикаторов, которые можно переключать в режимах ”измерение”-”уставка” нажатием одной из трех многофункциональных кнопок. С помощью этих же кнопок устанавливается заданная влажность и максимально допустимое отклонение. Также предусмотрена возможность передачи данных на компьютер по последовательному интерфейсу RS-232 в асинхронном режиме, для чего используется встроенный в микроконтроллер модуль универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика USART[25]. Формат передачи данных - стартовый бит, 8 бит данных, один стоповый бит.

Принципиальная схема измерителя-регулятора приведена на чертеже

ДП-02068999-18-09-Э3.

Условно ее можно разделить на несколько функциональных блоков:

- блок стабилизации напряжения,

- блок формирования опорного напряжения встроенного АЦП микроконтроллера,

- микроконтроллер PIC16F877A,

- блоки индикации и управления нагрузкой,

- многофункциональные кнопки,

- преобразователь уровней напряжения (необходим для формирования логических уровней RS-232).

Стабилизатор напряжения построен на интегральных микросхемах DA1 и DA2. Первая, более мощная (), служит для питания всех блоков устройства, вторая применяется только для формирования опорного напряжения АЦП. Такое построение исключает погрешности измерения влажности, которые могут возникнуть при возрастании потребляемого тока. Такая ситуация имеет место при коммутации реле.

Используемый датчик влажности BK1 HIH3602А имеет следующие характеристики [27]:

Диапазон рабочих температур, °С: -40 ч +85

Напряжение питания, В: - 5

Диапазон относительной влажности, %: - 0 ч 100

Время ответа, сек.: - 50

Потребляемый ток, мА: - 2

Точность, %: - 2

Выходной ток, мА: - 0.1

Чувствительность, B/%RH: - 0.044

Диапазон выходных напряжений, В: - 0.887 ч 4.06

Измеряемая среда: - воздух

Выходное напряжение на датчике имеет линейную зависимость от влажности и определяется по формуле:

,мВ, (7.1)

где с - относительная влажность в %.

Таким образом, для измерения влажности в диапазоне 0…..100% с шагом 0,1% необходим десятиразрядный АЦП с верхним и нижним опорным напряжениями 4,06В и 0,887В соответственно. Формирователь опорных напряжений построен на резистивном делителе R4,R5,R7,R12,R13.

Несмотря на то, что выходы микроконтроллера достаточно мощные, чтобы на прямую управлять светодиодными индикаторами, в данном устройстве управление осуществляется с помощью специализированных микросхем DD2-DD4 типа CD4005OE. Это защищает порты микроконтроллера и несколько упрощает написание программы, так как при этом не требуется перевод двоично-десятичных чисел в коды семисегментного индикатора.

Блоки управления электромагнитными реле построены по типовой схеме с защитными диодами VD2 и VD3 [10]. Светодиоды HL2 и HL3 показывают, какое реле в данный момент находится во включенном состоянии.

Управляющие кнопки SB1-SB3 имеют следующее назначение:

- SB3 переключает режим работы прибора - измерение-регулирование, установка заданной влажности, установка максимального допустимого отклонения влажности.

- SB2 увеличивает на 1 значение влажности в режиме установки и включает индикаторы в режиме измерения-регулирования.

- SB1 уменьшает на 1 значение влажности в режиме установки и выключает индикаторы в режиме измерения-регулирования.

Реакция на нажатие кнопки происходит на уровне аппаратных прерываний микроконтроллера, что гарантирует обработку каждого нажатия. Подобранные опытным путем временные задержки в процессе обработки прерываний позволяют исключить влияние дребезга контактов.

Преобразователь уровней напряжения TTL/RS-232 построен на микросхеме DD5 МАХ232СРЕ. Номиналы конденсаторов С1-С11[1] выбраны в соответствии с документами на микросхему.

Устройство собрано на печатной плате, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита [12]. Чертеж печатной платы и расположение элементов приведены на чертеже ДП-02068999-18-09.

Все постоянные резисторы [4] - МF-0,125, подстроечные - R5, R12-H-625MC, R6-СП5-2В (многооборотный). Конденсаторы С1, С3-К73-17. Микросхему LM79L05 необходимо установить на теплоотвод, в данном случае применен импортный FK301А.

Калибровка датчика (заводская) может производиться двумя методами:

- с помощью эталонного гигрометра

- по одной из двух величин влажности - 0…100%.

В процессе эксплуатации в калибровке датчика нет необходимости, так как каждый датчик снабжается индивидуальным паспортом с указанием всех электрических характеристик.

В процессе заводской калибровки подстрочным резистором R6 на резисторе R2 устанавливается напряжение, определяемое по формуле 7.1:

,мВ.

При отсутствии эталонного гигрометра в эксикаторе устанавливается одно из двух крайних значений влажности.

- 0% - при использовании в качестве осушителя концентрированной серной кислоты с плотностью 1,84 г/мм³

- 100% - при заполнении эксикатора дистиллированной водой.

В обоих случаях перед калибровкой прибора необходимо выдержать время датчика в эксикаторе с закрытой крышкой не менее 2 часов.

После этого устанавливают указанные в паспорте опорные напряжения АЦП, измеряемые на выводах 5 и 4 микроконтроллера.

Прошивка микроконтроллера приведена в приложении 2.

Для корректной работе устройства при её записи необходимо установить слово конфигурации микроконтроллера:

Ocsillator - HS

WDT - OFF

PWRT - ON

BODEN - ON

LVP - OFF

CPD - ON

CP - ON

DEBUGGER - OF

Программа верхнего уровня для отображения измеряемой влажности, состояния реле и параметров регулятора написана в среде Borland Delphi 6.

регулятор влажность воздух микроконтроллер

8. Разработка конструкции

8.1 Разработка печатной платы

При разработке электронных устройств необходимо определить размеры печатной платы, на которой будут размещены элементы схемы [14]. С одной стороны, размеры печатной платы определяются размерами прибора, в котором эта плата будет установлена, с другой стороны, размеры должны быть технически обоснованными [11].

Для технического обоснования размеров печатной платы проводится расчет площади печатной платы в соответствии с выражением:

, (8.1)

где - обобщенный коэффициент заполнения объема изделия (для лабораторных условий применения ),

- установочные площади, занимаемые однотипными и единичными элементами.

Проведем расчет площади печатной платы. Результаты расчета установочных площадей элементов сведены в таблицу 8.1.

Таблица 8.1

Справочные данные об элементах платы [13]

Тип элемента	Sуст, см2	Количество, шт.	Sуст., см2
Микросхемы: CD4005OE LM79LO5 PIC16F877A MAX232CPK	2,5 0,2 10,4 2,2	3 2 1 1	7,5 0,4 10,4 2,2
Резисторы: MF-0,125 SH-625MC	0,14 0,18	36 3	5,04 0,54
Конденсаторы: К50-35 К73-17	0,05 0,1	2 9	0,1 0,9
Кварцевый резонатор: 2.000МГц-UM-1	0,3	1	0,3
Реле BT-24S	1	2	2
Индикаторы SA-10-11GWA	2	3	6
Диоды: 1N4007	0,24	3	0,72
Кнопки: P16-LM-S1-2ab0G	0,08	3	0,24
Транзисторы: KT815B	0,48	2	0,96
Разъемы: Х1-Х5	1,3	5	6,5
Всего:	43,8

Выбираем . Тогда, в соответствие с выражением (8.1), получаем площадь печатной платы см².

Основной шаг координатной сетки печатной платы выбираем равным 1,00 мм (допускается в "узких" местах использование дополнительного шага 0,625 мм). Учитывая, что необходимо иметь дополнительную площадь для проводников и монтажа, выбираем печатную плату с размерами 15096 мм, см^2.С учетом диаметров отверстий для монтажа см².

Для расчета коэффициента заполнения площади печатной платы воспользуемся формулой:

, (8.2)

где- общая установочная площадь изделий (расчетная),

- площадь печатной платы.

Получаем .

Исходя из полученного , печатную плату, согласно ГОСТ 23751-86, можно отнести к первому классу плотности (допустимые пределы К_ЗАП для печатных плат 1-го класса плотности находятся в диапазоне от 0,25 до 1).

Выбираем материал основания печатной платы - стеклотекстолит фольгированный [12] двухсторонний с толщиной фольги мкм, класс точности платы третий.

Рассчитываем ширину проводников по формуле:

, (8.3)

гдемм - нижнее предельное отклонение ширины проводника (для класса точности 3).

При этом минимально допустимая ширина проводника:

, (8.4)

гдемА - средний ток по выходу элемента схемы,

А/мм² - плотность тока,

мкм - толщина.

Тогда в соответствии с формулой (8.3) получаем минимально допустимую ширину проводника: мм (для класса точности 3), выбираем стандартную ширину проводника: мм.

Рассчитаем диаметр монтажных отверстий по формуле:

, (8.5)

гдемм - максимальный диаметр вывода устанавливаемого элемента,

- нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия (мм для печатной платы 3-го класса точности),

мм - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром устанавливаемого элемента.

После подстановки получим мм. Выбираем значения диаметров монтажных отверстий: мм (для подстроечных резисторов); мм (для постоянных резисторов и конденсаторов), для микросхем: мм.

Исходя из отношения диаметра отверстия к толщине платы (для класса точности 3) выбираем ее толщину 2 мм.

Материал для изготовления печатной платы выбираем СФ-2-50-2 по ГОСТ 23751-79.

Рассчитываем наименьший диаметр контактной площадки монтажного отверстия по формуле:

(8.6)

Где мм - верхнее и нижнее предельные отклонения от номинального значения диаметра монтажного отверстия (класс точности 3);

мм - ширина гарантийного пояска на наружном слое (для класса точности 3);

мм - допуск на ширину проводника с покрытием (для класса точности 3);

- допуск на подтравливание диэлектрика ( для двухсторонней печатной платы);

мм - допуск на расположение отверстий (класс точности 3);

мм - допуск на расположение отверстий (класс точности 3);

мм - допуск на ширину проводника с покрытием (нижнее отклонение).

Подставив численные значения, получим минимальный диаметр контактной площадки мм.

Номинальное значение расстояния между соседними элементами проводящего рисунка рассчитаем по формуле:

, (8.7)

где мм - минимальное допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка (для класса точности 3);

мм - допуск на расположение проводников (для класса точности 3);

В результате получаем мм. Выберем ближайшее стандартное значение мм, (для расстояния от 0,2 до 0,3 мм), что обеспечит работу платы с рабочим напряжением между соседними элементами проводящего рисунка до 50 В.

8.2 Конструкция устройства

Конструктивно устройство размещено в пластмассовом корпусе (настольный или навесной варианты). В корпусе размещены все элементы электрической схемы [16], выполненные на печатной двухсторонней плате [15] из фольгированного стеклотекстолита марки FR4 фирмы Kingboa Holdings.

Покрытие ламелей-Ni, лужение-ПОС61, толщина медной фольги-50 мм.

Разводка печатной платы выполнена в программе P-CAD 2004 PCB (разводчик Quick Router) [22,23]. Чертеж печатной платы и расположение элементов приведены на чертеже ДП-02068999-18-09.

Основные параметры разводки печатной платы (в соответствии с расчетом п. 8.1):

- габариты платы 15096 мм,

- ширина дорожек 0,3 мм,

- расстояние между дорожками 0,3 мм,

- диаметр отверстий для установки элементов 0,95 мм.

Плата в корпусе закреплена саморежущими винтами. В процессе производства плата после монтажа и настройки покрывается водостойким изоляционным лаком «Plastik-70». На корпусе установлены разъемы, обеспечивающие подключение питающего напряжения, входов датчика влажности, интерфейса RS232, выходов на исполнительные механизмы.

Внешний вид устройства представлен на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1-Внешний вид устройства

9. Расчет надежности устройства

9.1 Условия эксплуатации

- место установки - производственное помещение,

- максимальная температура окружающей среды ,

- перегрев внутри прибора +,

- влажность до 98% при температуре до ,

- максимальная высота до 1 км над уровнем моря.

Полагается, что все элементы в смысле надежности соединены последовательно так, что отказ любого элемента приводит к отказу всего прибора [8].

Отказы электрорадиоэлементов (ЭРЭ) независимы, поток отказов простейший.

Расчетные коэффициенты электрических нагрузок при расчете принять в следующих пределах:

- резисторов 0,3-0,8,

- транзисторов 0,4-0,5,

- конденсаторов 0,5-0,9,

- диодов 0,5- 0,9,

- моточных изделий 0,7- 0,9,

- микросхем 0,8,

- разъемов 0,5-1.

Коэффициенты нагрузки других ЭРЭ принимаются в пределах 0.1-0.9. Выбранные значения коэффициентов электрической нагрузки приводятся в пояснительной записке в отдельной таблице.

9.2 Расчет коэффициентов электрической нагрузки

9.2.1 Расчет коэффициентов электрической нагрузки конденсатора

Расчет коэффициента электрической нагрузки конденсатора производят по формуле:

, (9.1)

где - коэффициент электрической нагрузки конденсатора,

- фактическое напряжение на конденсаторе, В,

- номинальное напряжение, на которое рассчитан конденсатор, В.

9.2.2 Расчет коэффициентов электрической нагрузки резистора

Расчет коэффициента электрической нагрузки резистора производят по формуле:

, (9.2)

где - коэффициент электрической нагрузки резистора,

- мощность, фактически рассеиваемая на резисторе, Вт,

- номинальная мощность рассеивания резистора, Вт.

Чтобы вычислить мощность, фактически рассеиваемую на резисторе,

воспользуемся следующей формулой:

(9.3)

9.2.3 Расчет коэффициентов электрической нагрузки диода

Для расчета коэффициента электрической нагрузки диода необходимо рассчитать коэффициент электрической нагрузки по прямому току и коэффициент электрической нагрузки по обратному напряжению, и из них выбрать максимальный:

, (9.4)

, (9.5)

, (9.6)

где - коэффициент по прямому току и обратному напряжению диода соответственно,

- фактический прямой ток через диод, А,

- номинальный прямой ток, на который рассчитан диод, А,

- фактическое обратное напряжение на диоде, В,

- коэффициент электрической нагрузки диода.

В качестве расчетной величины принимается максимальный коэффициент нагрузки. Расчет сведен в таблицу 9.1.

Таблица 9.1

Расчет коэффициентов нагрузки [2]

наименование элемента
C1			15B	25В			0.6
C2			15B	25В			0.6
C3			5B	25В			0.2
C4			5B	60В			0.08
C5			5B	60В			0.08
C6			5B	60В			0.08
C7			5B	60В			0.08
C8			5B	60В			0.08
C9			5B	60В			0.08
C10			5B	60В			0.08
C11			5B	60В			0.08
R1	0.05BT	0,125ВТ					0.4
R2	0.05BT	0,125ВТ					0.4
R3	0.1BT	0,125ВТ					0.8
R4	0.1BT	0,125ВТ					0.8
R5	0.1BT	0,5ВТ					0.2
R6	0.1BT	0,5ВТ					0.2
R7	0.1BT	0,125ВТ					0.8
R8	0.05BT	0,125ВТ					0.4
R9	0.05BT	0,125ВТ					0.4
R10	0.05BT	0,125ВТ					0.4
R11	0.1BT	0,125ВТ					0.8
R12	0.1BT	0,5ВТ					0.2
R13	0.1BT	0,125ВТ					0.8
R14	0.1BT	0,125ВТ					0.8
R15	0.1BT	0,125ВТ					0.8
R16	0.1BT	0,125ВТ					0.8
R17	0.1BT	0,125ВТ					0.8
R18…R39	0.1BT	0,125ВТ					0.8
VD1			20B	1000B	0.3A	1A	0.3
VD2			20B	1000B	0.4A	1A	0.4
VD3			20B	1000B	0.4A	1A	0.4
HL1					0.02A	0.04A	0.5
HL2					0.02A	0.04A	0.5
HL3					0.02A	0.04A	0.5
HG1					0.015A	0.03A	0.5
HG2					0.015A	0.03A	0.5
HG3					0.015A	0.03A	0.5
DA1			15B	35B	0.35A	1.5A	0.4
DA2			15B	35B	0.1A	1.5A	0.4
DD1							1
DD2							1
DD3							1
DD4							1
DD5							1
Х1			30B	200B	0.5A	1A	0.5
Х2			5B	200B	0.01A	1A	0.025
X3			5B	200B	0.005A	0.01A	0.5
Х4			20В	200В	0.5А	1А	0.5
Х5			20В	200В	0.5А	1А	0.5
К1			5B	5B			1
К2			5B	5B			1
SB1-SB3			5B	60B	0.05A	0.5A	0.1
BK1							1
ZQ1							1
VT1			10B	120B	0.2A	0.8A	0.25
VT2			10B	120B	0.2A	0.8A	0.25
Пайки							1

9.3 Оценка надежности нерезервированных систем

Показателями надежности восстанавливаемых систем являются: наработка на отказ, параметр потока отказов или вероятность безотказной работы [8].

Интенсивность отказов элемента определенного типа с учетом условий его применения вычисляется по формуле:

, (9.7)

где - интенсивность отказов элемента j-ой группы для нормальных условий работы;

- коэффициент, который показывает, во сколько раз изменяется интенсивность отказов элементов при изменении каждого из воздействующих факторов по сравнению с теми значениями, которые эти элементы имеют в нормальных условиях.

, (9.8)

- коэффициент, учитывающий суммарное воздействие вибраций и ударных нагрузок на аппаратуре;

- коэффициент, учитывающий воздействие температуры и влажности;

- коэффициент, учитывающий влияние давления на определенной высоте.

Таблица 9.2

Поправочные коэффициенты с учетом влияния внешних факторов

Условия эксплуатации	Вибрация, К1	Ударные нагрузки, К2	Суммарные воздействия
Стационарные (полевые)	1,04	1,03	1,07
Лабораторные	1	1	1
Автофургонные	1,35	1,08	1,46
Железнодорожные	1,4	1,1	1,54
Корабельные	1,03	1,05	1,37
Самолетные	1,46	1,13	1,65

Таблица 9.3

Поправочные коэффициенты с учетом влияния температуры и влажности

Влажность	Температура	К3
60-70	20-40	1
90-98	20-25	2
90-98	30-40	2,5

Таблица 9.4

Поправочные коэффициенты с учетом влияния высоты

Высота, км	К4	Высота, км	К4
0-1	1,00	8-10	1,25
1-2	1,05	10-15	1,30
2-3	1,10	15-20	1,35
3-5	1,14	20-25	1,38
5-6	1,16	25-30	1,40
6-8	1,20	30-40	1,45

Выбираем из таблиц 9.2-9.4 поправочные коэффициенты.

Условия эксплуатации - стационарные:

Влажность 98% при температуре ,перегрев внутри прибора : .

Высота 1 км:

Отсюда

Выражение для вычисления суммарного значения интенсивности отказов системы в рабочем режиме имеет вид:

, (9.9)

где - число элементов j-ой группы,

- число групп элементов,

- коэффициент нагрузки.

Расчет сведен в таблицу 9.5.

Таблица 9.5

Расчет интенсивности отказов системы

Наименов. элементов	К-во	Интенсивность отказов в номинальном режиме,	Поправ. коэф-т,	Коэф-т нагрузки,	Интенсивность отказов группы эл-в,
конденсатор C3 С1,C2 C4-C11	1 2 8	1,4 2,4 1,4	2,68	0,2 0,6 0,8	0,75 7,718 24,013
резистор R5, R6, R12 R1, R2, R8-R10 R3, R4, R7, R11, R13-39	3 5 31	0,5 0,3 0,3	2,68	0,2 0,4 0,8	0,804 1,608 19,939
диод VD1 VD2,VD3	1 2	0,6 0,6	2,68	0,3 0,4	0,48 1,286
элемент индикации HL1-HL3 HG1-HG3	24	0,6	2,68	0,5	19,296
микросхема DA1,DA2 DD1-DD5	2 5	0,02 0,02	2,68	0,4 1	0,043 0,268
коммутация X2 K1,K2 X1,X3-X5	1 Страница:  1   2   3  дипломная работа "Дистанционный измеритель и регулятор влажности в производственных помещениях" скачать Подобные документы Разработка микропроцессорного устройства Взаимосвязь измеряемой высоты с электрическим эквивалентом . Измерение длительности импульса на основе микроконтроллера семейства PIC16F87x компании Microchip. Функциональная схема измерителя высоты. Принципиальная электрическая схема источника питания. курсовая работа [529,6 K], добавлен 07.01.2013 Разработка устройства автоматического регулирования света на микроконтроллере Разработка микропроцессорной системы на основе микроконтроллера. Методы и средства совместной отладки аппаратных и программных средств. Структурная схема и функциональная спецификация устройства - регулятора яркости ламп накаливания. Алгоритм управления. дипломная работа [1,4 M], добавлен 15.07.2010 Проектирование подсистемы контроля влажности Теоретический обзор существующих методов измерения влажности. Сравнительный обзор существующих подсистем контроля влажности, выбор датчика влажности. Описание датчика влажности QFM3160 и контроллера SYNCO 700. Разработка схемы и элементной базы датчика. дипломная работа [2,2 M], добавлен 13.10.2017 Система управления установкой для измерения влажности и давления Общие сведения о микроконтроллере ADuC812, его функциональная блок-схема. Использование памяти данных. Пример процесса побайтного программирования. Векторы прерываний и уровни приоритетов. Выбор датчиков давления и влажности. Параметры контроллера экрана. курсовая работа [1,9 M], добавлен 14.11.2010 Цифровой измеритель L и С Сравнительный анализ существующих решений и разработка функциональной схемы устройства. Выбор и обоснование технологических элементов, а также их статический расчет. Анализ принципиальной схемы проектируемого цифрового измерителя, функции компонентов. курсовая работа [966,6 K], добавлен 16.09.2017 Синтез и исследование локальной системы автоматического регулирования на базе технических средств агрегатного комплекса "СТАРТ" Структурная и принципиальная схема системы регулирования, их анализ. Передаточные функции П регулятора, расчет его балластных составляющих. Построение переходного процесса. Выбор и обоснование, расчет исполнительного устройства, пропускная способность. курсовая работа [1,2 M], добавлен 19.11.2011 Измеритель коэффициента шума Шумовые параметры четырехполюсников, методы и средства их измерения. Элементная база блока, синтезатор частот и гетеродин. Выбор и обоснование структурной схемы измерителя, детектирование сигнала, реализация блока цифровой обработки, расчет надежности. дипломная работа [3,5 M], добавлен 21.09.2010 Использование микроконтроллера в системах управления Структурная схема оптимальных по быстродействию регуляторов и расчет схемы первого и второго каналов измерения, структурная схема гибридного регулятора и условные обозначения преобразователя давления, устройства в тяжелых условиях эксплуатации. курсовая работа [4,2 M], добавлен 27.05.2012 Измеритель расхода топлива Описание структурной схемы измерителя расхода топлива. Разработка принципиальной электрической схемы. Проектирование на базе 8-разрядного микроконтроллера измерителя расхода топлива, использующего оцифрованные аналого-цифровыми преобразователями сигналы. курсовая работа [641,9 K], добавлен 17.04.2010 Построение структурной схемы следящей системы Определение параметров схемы контура тока, влияние статической ошибки по скорости на качественные показатели. Структурная схема контура скорости, определение структуры и параметров регулятора. Принципиальная схема регулятора. Выбор величины емкости. контрольная работа [398,8 K], добавлен 07.08.2013 Проект комплектного тиристорного электропривода постоянного тока Функциональная и структурная схемы электропривода. Переход к относительным единицам. Определение параметров силового электрооборудования. Построение статических характеристик замкнутой системы электропривода. Выбор типа регуляторов и расчет их параметров. курсовая работа [90,9 K], добавлен 17.04.2010 Модуль дистанционного запуска двигателя автомобиля Проект и программная реализация на языке программирования Ассемблер модуля дистанционного запуcка двигателя автомобиля. Структурная и электрическая принципиальная схемы устройства, алгоритм его работы. Реализация модуля на микроконтроллере серии MCS-51. реферат [1,8 M], добавлен 02.12.2013 Микроконтроллерный ПИ-регулятор давления пара в ПК Описание котла как объекта регулирования давления пара. Принципиальная, функциональная и структурная схема регулятора, его передаточная функция, уравнение динамики и статики. Расчет исполнительного механизма. Схема установки с комбинированным отоплением. курсовая работа [10,4 M], добавлен 05.04.2016 Разработка устройства управления на базе микроконтроллера AVR семейства Classic фирмы Atmel Структурная схема устройства управления. Алгоритм работы микроконтроллера в его составе. Строение центрального процессорного элемента – микроконтроллера AVR семейства Classic. Принципиальная схема устройства, расчет временных параметров ее работы. курсовая работа [636,5 K], добавлен 03.12.2013 Проектирование светодиодного табло на микроконтроллере PIC16C84 Общие сведения о микроконтроллерах, их сфера применения. Построение электрической принципиальной схемы светодиодного табло на микроконтроллере PIC16C84. Расчет цепи схемы, программирование микроконтроллера. Особенности расчета надежности системы. реферат [255,1 K], добавлен 25.03.2014 Проектирование системы автоматического регулирования угла поворота вала электродвигателя Функциональная и структурная схемы системы. Выбор и расчет исполнительного устройства. Выбор двигателя и расчет параметров передаточной функции двигателя. Расчет регулятора и корректирующего звена. Реализация корректирующего вала электродвигателя. курсовая работа [273,7 K], добавлен 09.03.2009 Автомобильный термометр Разработка малогабаритного автомобильного термометра на базе микроконтроллера и требования к нему. Проектирование функциональной схемы, работа измерителя. Выбор элементной базы. Схема включения усилителя. Архитектура и элементы микроконтроллера. контрольная работа [841,4 K], добавлен 22.05.2015 Синтез регуляторов якорного канала системы автоматического управления с подчинённым регулированием тока якоря Функциональная и структурная схема канала регулирования. Синтез регулятора тока и скорости. Статический и динамический расчет системы и переходных процессов. Качество настройки регулятора. Принципиальная электрическая схема якорного канала регулирования. курсовая работа [1,5 M], добавлен 28.09.2012 Разработка регулятора температуры Назначение и область применения устройства - выявление отклонений от нужной температуры и предотвращение ее критического изменения. Структурная схема регулятора температуры. Расчет узлов и блоков. Выбор элементной базы. Разработка принципиальной схемы. курсовая работа [1,3 M], добавлен 31.03.2013 Разработка системы управления акустической системы 5.1 на микроконтроллере AVR Работа системы инфракрасного дистанционного управления. Параметры и характеристики 6-ти канального регулятора громкости. Выбор технологии разработки печатной платы. Расчет расходов на стадии производства устройства управления акустической системой 5.1. дипломная работа [3,6 M], добавлен 01.02.2013 Другие документы, подобные "Дистанционный измеритель и регулятор влажности в производственных помещениях" главная рубрики по алфавиту вернуться в начало страницы вернуться к началу текста вернуться к подобным работам Рубрики По алфавиту Закачать файл Заказать работу весь список подобных работ скачать работу можно здесь сколько стоит заказать работу? Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу. © 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены