Автоматизация весового контроля автотранспорта

Разработку алгоритма работы системы будем производить по принципу вложенных алгоритмов, от общего к частному. Предварительно опишем общее функционирование системы. Для получения данных используются 2 вывода: DT и SCK. Во время преобразования на выводе DT присутствует логическая единица, на SCK при этом должен быть логический ноль.По окончании преобразования на выводе DT появляется логический ноль, который говорит о том, что данные можно забирать. Далее, по каждому положительному фронту на входе SCK, данные передаются по одному биту, старшим битом вперёд. По окончании считывания на выводе DT устанавливается логическая единица. Вот и весь протокол.Что касается коэффициента усиления и выбора канала, то он зависит от количества импульсов на выводе SCK, как показано в таблице ниже.Таблица 2.5 – Выбор канала усиленияСледует отметить, что коэффициент усиления всегда программируется для следующей выборки. То есть если, считывая текущее значение, подать на вывод SCK 26 импульсов, то следующее значение, которое будет считано будет выборка с канала В с коэффициентом усиления 32.Диапазон измеряемых напряжений зависит от коэффициента усиления, при коэффициенте усиления 128 измеряемое напряжение может изменяться от ±20mV, при коэффициенте усиления 64 — ±40mV и при коэффициенте усиления 32 — ±80mV, при этом подразумевается что на выводе AVDD(аналоговое питание) у нас 5 вольт. При выходе значения входного сигнала за нижнюю границу АЦП выдаст 800000h, за верхнюю 7FFFFFh.Частота выборок зависит от напряжения на выводе RATE и от частоты тактового сигнала. При тактировании микросхемы от внутреннего генератора, частота выборок равна 10 в секунду при RATE=0 и 80 в секунду при RATE = DVDD(цифровое питание), на плате этот вывод соединен с землей.Для упрощения задачи программиста при написании программного обеспечения для контроллера разработчик должен предварительно составить алгоритм управления, который, в свою очередь, должен давать четкое представление о том, какую последовательность действий нужно произвести, чтобы наилучшим образом решить поставленную задачу.В приложении 1 представлена блок схема алгоритма работы микроконтроллера системы измерения веса.При включении микроконтроллер инициализирует порты ввода-вывода, переводя их в состояние высокого сопротивления, настраивая и запуская таймер. Таймер подсчитывает время между образцами. Когда таймер переполняется, формируется запрос на прерывание и начинается подпрограмма управления АЦП, его блок-схема представлена в Приложении 2.В подпрограмме измеряются мгновенные значения показаний датчика. После сохранения измеренных значений возвращается к основной подпрограммы.В приложении 3 представлена блок-схема подпрограммы обработки прерываний от UART(прием) 3 КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ3.1 Выбор и обоснование компоновочного решенияРазрабатываемая конструкция устройства должна соответствовать данным требованиям. Необходимо обеспечить технологичность конструкции, минимизировать экономические затраты, а также предусмотреть возможность замены на аналогичное устройство.Основная задача при разработке конструкции – снизить влияние на качество коммутации сигналов. Для достижения этого предприняты следующие меры:Уменьшена длина дорожек аналогового сигнала.«Вывод "земли" АЦП соединен с общим проводом только в одной точке.Аналоговые и цифровые дорожки разнесены на максимальное расстояние.Источники питания также удалены друг относительно друга.Поскольку схема преобразования работает на высокой частоте, то любой проводник, проводящий высокочастотные колебания является излучателем, который может влиять на работу других компонентов схемы. Следовательно все дорожке на плате, передающие высокочастотный сигнал должны иметь минимальную длину, а компоненты обработки питания, подключенные к данной дорожке, должны быть наиболее плотно сгруппированы. 3.2 Выбор конструкционных материалов и базовых технологий их обработкиОпределение группы жёсткостиПо условиям эксплуатации устройство схемы измерения по ГОСТ 23752-79 соответствует второй группе жёсткости. Данный ГОСТ определяет устойчивость ПП к климатическим и механическим воздействиям.Таблица 3.1 – Требования по устойчивости ПП к климатическим и механическим воздействиям по ГОСТ 23752-79Выбор метода изготовления ПППо ГОСТ 23751-86 для данного вида печатной платы можно применять два метода изготовления:Химически негативный.Химически позитивный.Таблица 3.2 – Последовательность операций в химически негативном и химически позитивном методах изготовления печатных платВыбор материала основания ППДля химически негативного метода изготовления по ГОСТ 10316-78 применяются материалы основания ГФ1-35Г, СФ1-35Г, СТФ, СОНФМ, СТНФ.Для изготовления ОПП предпочтение отдается СТФ, так как использование этого материала значительно уменьшает толщину ПП. Подготовку поверхностей к проведению технологических операций осуществляют на многих этапах процесса производства ПП.Таблица 3.3 – Материалы основания ПП3.3 Разработка конструкции устройстваРазобьём процесс работы с САПР P-CAD на последовательность из следующих действий:1. Создание библиотеки используемых элементов РЭА;5. Ввод принципиальной электрической схемы;3. Подготовка схемы к проектированию ПП;5. Размещение элементов РЭА по полю конструктива;5. Автоматизированная трассировка соединений ПП.В данном случае используемая библиотека содержит необходимые элементы, используемые при проектировании РЭА. На рис. 3.1 представлен процесс ввода принципиальной электрической схемы в программе Schematic.Рис. 3.1 – Ввод схемы электрической-принципиальной в программе SchematicНа рис. 3.2 представлено окно параметров элемента (PartProperties) резистора R5.Рис. 3.2 – Окно параметров элемента (PartProperties)Для элемента могут быть указаны следующие параметры:Порядковый номер и тип(RefDes) – R5;Номинал (Value) – 1.2 кОм;Тип элемента (Type) – резистор С2-33H-0,125;Используемая библиотека элементов (Library);Далее необходимо перенести данные из программы Shematic в программу PCB, которая позволит провести размещение элементов и трассировку ПП. Выполнить это можно с помощью команды Utils – GenerateNetList (Рис. 3.4)Рис. 3.3 – Создание списка соединенийПосле размещения ERE приступают к следу, то есть до прокладкинеобходимые линии соединения (проводники) между колодками.Рассмотрим этот процесс подробнее.Трассировки PCB можно осуществить вручную и с помощьюавторутер. Для ручного отслеживания предлагается система PCADинструменты, которые условно можно разделить на три группы:- инструменты для ручного отслеживания- интерактивные средства отслеживания- специальные инструментыНа рис. 3.4 представлены результаты работы по трассировке ПП схемы измерения.Рис. 3.4 – Трассировка ПП схемы измеренияКогда работа с автотрассировщиком полностью завершена, необходимо вернуться в программу PCB, для этого выполнить: FileSaveandReturn. Все результаты трассировки средствами программы PCADShapeRoute будут перенесены в программу PCB, в которой можно продолжить работу над проектом, в частности воспользоваться любыми приёмами корректировки. [2]В данном проекте при разработке топологии печатной платы технологический контроль помог обнаружить: узкие места и нарушения установленных зазоров. Коррекция топологии была произведена, ошибки исправлены.3.5. Анализ надежности и расчет показателейИнженерный расчет надежности на этапе проектирования позволяет определить уровень соответствия надежности разрабатываемого изделия заданным в ТЗ требованиям.Требования по надежности обычно задаются значением одного или нескольких показателей:средней наработки на отказ Тср;вероятности безотказной работы в течение заданного временикоэффициента готовности Кг.Количественными оценками надежности обычно служит вероятность безотказной работы средств измерения, средняя наработка на отказ, интенсивность отказов.Под средней наработкой на отказ понимают среднее время, которое прибор проработает до отказа.Вероятностью безотказной работы называется вероятность того, что в определенных условиях в пределах заданной продолжительности работы отказов не возникает.Так, как внезапные и постепенные отказы независимы, тогде: -вероятность безотказной работы по отношению к внезапным отказам за время t, при условии, что внезапных отказов не было;-вероятность безотказной работы;Произведем расчеты интенсивности отказов (БЛ, час-1), средней наработки на отказ (час) и вероятности безотказной работы Р(t) для платы баровысотомера.Данные о надежностных характеристиках элементов сведем в табл. 3.6. 3. Интенсивность отказов платы вычисляется по формуле:,где Ni – количество элементов, i – интенсивность отказов элемента. Учет влияния неблагоприятных факторов на надежность осуществляется с помощью поправочных коэффициентов при расчете рабочей интенсивности отказов каждого элементагде 0i – интенсивность отказов при нормальных условиях и номинальном режиме работы; Кмех , Квл , Кдавл- поправочные коэффициенты, учитывающие влияние механических нагрузок, влажности и пониженного давления на интенсивность отказов элементов; t- поправочный тепловой коэффициент, учитывающий влияние электрической нагрузки и температуры окружающей среды. Результаты расчета рабочих интенсивностей отказов элементов системы сведены в таблицу.Таблица 3.4 – Расчет надежности устройства№Наименование типа элементовЧисло элементовniНоминальная интенсивность λ0i(10-6 1/час)К=Кмех Квл КдавРежим эл. нагрузкиИнтенсивностьс учетом поправочных коэффициентов λр (10-6 1/час)tКнаг1Конденсатор керамический131,41,80,60,70,243,3022082Конденсатор электролитический22,41,80,650,60,642,1565443Резисторы непроволочные120,51,80,50,50,423,49654Транзисторы631,80,50,30,41,9444Микросхемы цифр30,21,80,50,50,81,656Микросхемы аналог20,81,80,30,70,81,451525Соединение штепсельное60,0021,80,60,30,30,00116646Индикаторы31,31,80,40,50,20,28087Тумблеры40,061,80,50,50,30,0324Подставляя в формулу данные из таблицы 3.4. получаем:БЛ = 14,3210-6 час-13. Средняя наработка на отказ:,Т = 69826,75 часов.3. вероятность безотказной работы за время t, равное 5000 часам равно:,P(t) = 0,97 > =0,95Таким образом, расчет показал, что требования по надежности, предъявляемые к разрабатываемому прибору, выполняются.ЗАКЛЮЧЕНИЕРезультатом выполнения данной выпускной квалификационной работы является разработка конструкции системы измерения массы автомобиля. Спроектированное устройство предназначено для контроля за массой транспортных средств. При разработке устройства были использованы как современная элементная база, так и последние достижения цифровой схемотехники. Это позволило реализовать небольшое и многофункциональное устройство.Для измерения массы транспортного средства используется мостовая схема соединения тензодатчиков, которая обеспечивает необходимый диапазон измеряемых весов, а также заданную точность измерения.От аналогичных устройств разработанные проект отличается простотой конструкции, надежностью предлагаемых решений, а также алгоритмами работы, позволяющими эффективно отсеивать различные помехи.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫБелоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационный устройства. М.: Советское радио, 1975.Цветков В.В., Демин В.П., Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба: Радиоразведка и радиопротиводействие. Москва: Издательство МАИ, 1998.Ерохин Г.А., Чернышев О.В. и др. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. Москва, Горячая линия - Телеком.Справочник по радиоконтролю международного союза электросвязи. МСЭ-R Женева, 2002 г.Терентьев А.В и др. «Способ и устройство определения координат источника радиоизлучения», заявка на изобретение от 01.31.2005 №2005102257.Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR–микроконтроллеров.: Пер. с нем.– Киев.: «МК-Пресс», 2006. – 208с.; ил.Кравченко А.В. 10 устройств на AVR микроконтроллерах Книга 1 – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», Киев «МК-Пресс», 2008.–224с.; Ил.Кестер У. Аналогово-цифровое преобразование: Под ред. У. Кестера М.: Техносфера, 2007. 1016 с.; ил.Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналогово-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Выпуск 1 – М. ДОДЭКА, 1996 г., 384 с.Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств.– М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.–528 с.Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / П. П. Мальцев и др. – М.: Радио и связь, 1994. –240 с. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров/А.-Й. К Марцинкявичюс, Э.-А. К. Багданскис, Р.Л.Пошюнас и др.; Под. ред. А.-Й. К Марцинкявичюса, Э.-А. К. Багданскиса.– М.: Радио и связь, 1988.-224 с.; ил. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2007.– 592 с.: ил.Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. Издание второе, исправленное и дополненное – М. ДОДЭКА, 1998 г., 400 с.Хемминг Р. В. Цифровые фильтры. –М.: Недра, 1987. – 221 с. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. –М.: Мир, 1978. –847 с.Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высшая школа, 1988. – 448 с.Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2007.– 432 с.: ил.Хартов В.Я. Микроконтроллеры AVR. Практикум для начинающих. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 240 с.: ил.Белов А. В. Разработка устройств на микроконтроллерах AVR: шагаем от «чайника» до профи. Книга. — СПб.: Наука и Техника, 2013. — 528 с.: ил. Приложение 1. Блок-схема работы системыПриложение 2 – Блок-схема подпрограммы таймераПриложение 3. Блок-схема подпрограммы приема данныхПриложение 4 Выбор технологического оборудования и технологических режимов изготовления печатной платыПоиск аналогов и прототипаПри комбинированном позитивном методе изготовления проводящий рис. схемы получают субтрактивным методом, а металлизацию отверстий производят электрохимическим способом. Вначале поверхность платы и отверстия подвергают химическому и предварительному гальваническому омеднению для получения слоя меди толщиной 5...7 мкм. После подготовки металлизированных поверхностей на них создается изображение схемы проводников. Это изображение может быть получено с помощью сеткографической краски или сухого пленочного фоторезиста.Входной контроль фольгированного диэлектрикаПри входном контроле диэлектрика визуально устанавливают наличие царапин, проколов и других повреждений..Нарезка заготовокВ качестве инструмента для получения заготовок целесообразно применить роликовые или гильотинные ножницы. Нарезку заготовок осуществляют с припуском по контуру на одну или несколько плат.Получение фиксирующих и монтажных отверстийДля установки заготовок при выполнении отдельных операций технологического процесса предусматривают фиксирующие и технологические отверстия. Существует два метода выполнения отверстий в печатных платах: пробивка на специальных штампах и сверление. Для получения всех отверстий целесообразно использовать сверление, которое имеет более низкую стоимость по сравнению с пробивкой. Сверление отверстий производят на специализированных одношпиндельных и многошпиндельных сверлильных станках, на станках с программным управлением или на станках с автоматической сменой сверл. Контроль качества отверстий производят визуально с помощью специальных широкоугольных микроскопов с развертыванием поверхности. Наличие отверстий проверяется на специальных компараторах методом сканирования изображения контролируемой и эталонной платы.Химическая и предварительная электролитическая металлизацияХимическая металлизация печатных плат заключается в последовательности химических реакций осаждения меди, используемой в качестве подслоя при нанесении основного слоя токопроводящего рисунка гальваническим способом. Слой химической меди толщиной 0,25…1,0 мкм должен полностью покрывать поверхность диэлектрика и стенки отверстий. Получаемый слой меди должен обладать пластичностью и хорошим сцеплением с диэлектриком. Получение рисунка схемыНанесение рисунка схемы на печатную плату необходимо для получения защитной маски требуемой конфигурации для осуществления процессов металлизации. ЭкспонированиеЦелью экспонирования является полимеризация фотополимера, расположенного под прозрачными участками фотошаблона, под воздействием источника света, что делает эти участки нерастворимыми в проявляющих растворах. При обработке в проявляющих растворах позитивных фоторезистов их засвеченные участки растворяются и вымываются. Гальваническая металлизация и нанесение защитного покрытия из сплава олово-свинецГальваническая металлизация при комбинированном методе изготовления печатных плат применяется для увеличения тонкого слоя химической меди до толщины 5…8 мкм с целью последующего нанесения на поверхность проводящего рисунка схемы. При этом используется гальваническая ванна, анодом в которой является металл необходимого покрытия, катодом – печатная плата, а также имеет значение тщательная подготовка плат, обеспечивающая полное смачивание электролитом поверхности, подлежащей металлизации, и создание надежного электрического контакта с платами и анодами.Должны выполняться следующие требования:- металлизация должна быть сплошной, без трещин и отслоений, с шириной проводников не менее допустимой;- слой меди должен быть мелкозернистым, светло-розового цвета, пластичным и прочным, без шероховатостей;- толщина слоя меди в переходных и монтажных отверстиях должна быть не менее 25 мкм;- поверхность покрытия не должна иметь посторонних включений, раковин, неровностей в виде утолщений, металлизированных заусенцев и т.п.Электроосаждение двух элементов, входящих в состав покрытия олово-свинец, по сравнению с осаждением одного элемента более сложно, что вызвано необходимостью подержания определенного состава покрытия. При нанесении покрытия олово-свинец для обеспечения последующего оплавления при минимальной температуре и хорошей паяемости печатной платы необходимо поддерживать соотношение составляющих покрытия, близкое к эвтектическому состоянию, при минимальной толщине покрытия 12 мкм. Содержание олова в осажденном покрытии увеличивается при повышении плотности тока, увеличении количества добавок, снижении температуры электролита, избытке олова в электролите и сильном его перемешивании.Травление меди с пробельных местВ данном типовом технологическом процессе изготовления ДПП позитивным комбинированным методом травлению подвергаются медная фольга исходного материала с нанесенным на нее слоем предварительной металлизации, при этом проводящий рис. защищен слоем стойкого к травителю металлорезиста, например сплавом олово-свинец.Обработка печатной платы по контуруПри обработке ПП по контуру применяют два способа: вырубку штампами и фрезерование.Применение вырубки плат на эксцентриковых прессах с помощью штампов для заданного типа производства нецелесообразна. Поэтому для обработки печатной платы по контуру применяем способ фрезерования. Этот способ отличается высокой производительностью, дает хорошее качество кромок плат и точность размеров в пределах ±0,025 мм, имеет более низкую стоимость, уменьшает отходы материала. При этом в качестве инструмента используют алмазные дисковые фрезы или твердосплавные концевые фрезы диаметром 3…8 мм.