Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Закажите гигрометры в Москве - качество гарантируем!


РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ МПР TINY15, ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ПО ВРЕМЕНИ

Для управления технологическими и производственными процессами требуются более эффективные приборы с масштабными компьютеризованными системами. Безусловно, разработка и внедрение таких систем требуют огромных материальных затрат. Вместе с тем существует большое число задач автоматизации гораздо меньшего масштаба, которые, тем не менее, от этого не теряют своей актуальности. Исключение из управления технологическим процессом человеческого фактора, получение оперативной

и достоверной информации о его параметрах, управление небольшими производственными установками - которые могут быть решены зачастую с помощью простых и недорогих приборов и устройств. Нами был разработан прибор для дистанционного контроля температуры на базе микропроцессора Tiny15. С помощью микропроцессора можно управлять многоступенчатыми температурно - влажностными процессами при производстве пищевых изделий, в инкубаторах, термокамерах и т.п. Создание прибора на основе МПР может обеспечивать измерение многих параметров: температуры (Т1,Т2,ТЗ); разности температур (ДТ); влажности().

В зависимости от выбранной пользователем конфигурации прибор обеспечивает поддержание любых двух из этих измеряемых параметров:

• измеритель-регулятор температуры и влажности (Т1, ?);

• измеритель-регулятор температуры и разности температур (Т1, ДТ);

• двухканальный измеритель-регулятор температуры с дополнительным каналом сигнализации (Tl, T2, ТЗ).

Для обеспечения надежной работы в тяжелых промышленных условиях (запыленность, жировые отложения и т.п.) измерение влажности осуществляется психрометрическим методом (по "сухому" и "влажному" термометрам). А также в прибор можно подсоединить реле для управления любым исполнительным механизмом. ТЭНы, задвижки, парогенераторы, охладительные системы различного типа для поддержания заданных параметров температуры и влажности подключаются непосредственно к выходным реле МПР. В приборе можно предусматривать систему сигнализации. Например, при выходе любого из регулируемых параметров за заданные пределы выдается сигнал в виде замыкания контактов реле. МПР - программируемый контроллер со встроенным реле времени. Изменение параметров регулирования осуществляется по заданной пользователем программе. На программе могут быть заданы предел температуры и влажности. Программы запоминаются в энергонезависимой памяти прибора, а затем используются по выбору пользователя.

Настройка и работа с прибором очень проста. Для каждой группы специалистов (наладчиков, технологов и т.д.) в приборе имеется своя группа параметров, доступ к которым возможен только через пароль. В приборе можно предусматривать возможность регистрации хода технологического процесса на ЭВМ. Подключение прибора осуществляется по стандартному интерфейсу через адаптер сети. Регистрация осуществляется специализированным программным пакетом на платформе Windows 95,98. Затем накопленные данные могут быть переведены в Excel-таблицу для дальнейшей обработки.

Для обеспечения контроля и управления ТП применяют многоуровневые системы управления, состоящие из станций операторов и управляющих контроллеров. Наличие станций оператора на базе ПК в промышленном или обычном исполнении позволяет представлять оператору информацию в удобной форме о ходе ТП. Одним из распространенных контроллеров является многофункциональный малоканальный микропроцессорный контроллер Tiny15. Существует множество технологических систем, работающих с использованием этого контроллера. Возможность подключения уже имеющихся локальных систем управления на базе Tiny15 к системам визуализации на базе ПК без использования специализированного Шлюза представляется интересной с практической точки зрения. По сделанному ПК запросу контроллер передает компьютеру значения запрашиваемых параметров, а компьютер, при необходимости, передает новые значения. Очевидно, что компьютер и контроллер должны обмениваться данными в строго определенном формате, причем протокол и электромеханический стандарт обмена жестко определяются контроллером.

Для решения данной проблемы необходимо осуществить:

• физическое согласование интерфейсов контроллера (ИРПС) и стандартного последовательного порта компьютера;

• программную реализацию информационного обмена между контроллером и компьютером.

Для обеспечения совместимости интерфейсов используется специальное согласующее устройство - адаптер интерфейсов.

Таким образом, экспериментальная установка состоит из микропроцессорного контроллера Tiny15 и IBM совместимого ПК, оснащенного ОС MS DOS и средствами программирования для нее. Для согласования интерфейсов было разработано согласующее устройство, преобразующее уровни сигналов интерфейса ИРПС в стандарт. Согласующее устройство соединено с ПК кабелем, а с контроллером - при помощи двух витых пар. Структурная схема приведена на рис.!

Для согласования сигналов можно воспользоваться схемами разной сложности. Рассматриваемый вариант обеспечивает полную гальваническую развязку и выполнен на доступной элементной базе. Принципиальная схема используемого устройства согласования приведена на рис.2.


Схема термометра имеет питание +4,5 В от трех батарей 1,5 В типа АА (относительно общей "земли") и ток потребления не более 60 мА. Канал измерения имеет стабилизированное питание +2,6 В от цепочки R5-D1 и состоит из измерительного моста TR1/R2/R3/R4/R7/R8 и операционного усилителя IC3, выполняющего роль сумматора. Для устранения смещения нуля операционного усилителя IC3 настраивается баланс R6 и выполняется коррекция по току нуля R9.


Операционный усилитель КР140УД1208 может работать при напряжении питания от +2,4 В до +18,0 В, поэтому питание ОУ не стабилизировано. В состав микроконтроллера Tiny15 входит 10-разрядный АЦП, который коммутируется встроенным четырехканальным мультиплексором при настройке АЦП. На входе АЦП внутри микроконтроллера присутствует конденсатор, который компенсирует потери при считывании данных в АЦП, поэтому после операционного усилителя нет конденсатора, выполняющего роль компенсатора. Микроконтроллер сохраняет работоспособность при питании +2,7 В.

В драйвере реализованы команды для ступенчатой регулировки выходного тока мультиплексора, а также в него встроен собственный генератор, поэтому синхронизация необязательна. Для знака "±" выпускаются специальные индикаторные матрицы, однако если их нет, можно использовать четыре прямоугольных светодиода.

Для отключения питания предназначен кнопочный выключатель S1. В перспективе микроконтроллер может выполнять дополнительную функцию проверки собственного питающего напряжения, а также коррекции данных (в рассматриваемой конструкции эта идея не реализована).

Большое значение для достоверности показаний имеет канал измерения, прежде всего, зависимость сопротивления терморезистора от температуры в идеале - линейная, хотя на практике наблюдаются отклонения в каждом экземпляре.

Данные с терморезистора может снимать АЦП микроконтроллера, однако для измерения сопротивления терморезистора выбран мост, а также усиление разностного сигнала, что накладывает нелинейность на напряжение с выхода операционного усилителя (т.е. на получаемые данные).

Еще одной проблемой является выбор коэффициента усиления операционного усилителя (ОУ). Питание схемы ОУ имеет ограничение сверху, поскольку ипит=4,5 В, и снизу, поскольку питание ОУ - однополярное. Данная проблема решена следующим путем. Питание измерительного моста стабилизировано на уровне +2,6 В, а коэффициент усиления ОУ равен 13. Дальнейшее уменьшение коэффициента усиления приведет к искажению данных и увеличению погрешности.

Если канал измерения идеально настроен, то необходимо обратить внимание на линеаризацию полученных данных после АЦП. При этом положительная ветвь температуры имеет одну формулу линеаризации, а отрицательная - другую. В качестве базисной выбрана точка 0°С.

Данные после АЦП линеаризуются (заодно масштабируются) и преобразуются в десятичное значение. Погрешность показаний достигает 3° в верхнем и нижнем пределе измерения температуры, что вполне допустимо для бытового применения. Для улучшения полученных данных можно ввести корректировочные коэффициенты на разных участках температурного диапазона. При разряде батарей менее 4,0 В данные индикации температуры будут иметь погрешность, которая увеличивается с падением напряжения питания.

Сборник трудов Международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития энергетики», в 2 томах. - Ташкент, ТашГТУ им. Беруни, 2011. Т1 - 246 с., Т2 - 241 с.

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????