- Таблица 1 Аналоги ЛКА.
- 1 Назначение и обоснование функциональной схемы
- 1.1 Описание узлов функциональной схемы.
- Коммутатор аналоговых сигналов.
- Аналого-цифровой преобразователь.
- Масштабный усилитель.
- Вторичный источник питания.
- Устройство согласования с магистралью.
- 1.2. Обоснование принципиальной схемы
Диплом полный. Московский техникум космического приборостроения
 Скачать 0.77 Mb.
|
        Инв. № подл.Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата МОСКОВСКИЙ ТЕХНИКУМ КОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный торгово-экономический университет» УТВЕРЖДАЮ Заместитель директора по учебной работе _________________ А.А. Давыдова Пояснительная записка Локальный коммутатор аналоговых датчиков МТКП.140015.000ПЗ Т41-07 Старший консультант Гордеева М.К. ___________ Руководитель разработки Осипов М.А. __________ Консультант по технологической части Крестников В.А. ____________ Консультант по экономической части Серикова Л.Л. ___________ Рецензент Тарнакин К.В. __________ Председатель предметной комиссии Белякина Е.Н. ____________ Разработал Самохвалов К.В. ____________ 2011 Инв. № подп Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата Лит Лист Листов Т41-07 Локальный коммутатор аналоговых датчиков МТКП.140015.000ПЗ Лит № докум. Изм. Подп. Дата Самохвалов Разраб. Осипов М.А. Пров. Крестников Т. контр. Парфенов С.В. Н. контр. Гордеева М.К Утв. Содержание 1.Пояснительная записка Введение
2.Расчетная часть проекта 2.1 Расчет внутреннего источника питания 2.2 Расчет надежности 3.Технологическая часть проекта 3.1 Технологическое описание, технологический процесс 3.2 Расчет технологичности 3.3 Расчет элементов проводящего рисунка 3.4 Расчет площади ПП 3.5 МОК сборки модуля 1-го уровня 4.Экономическая часть проекта 4.1Технико-экономическое обоснование модуля 1-го уровня 4.2 Расчет полной себестоимости сборки модуля 1-го уровня 5.Заключение 6.Список литературы 7.Приложения Инв. № подп Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата Лист МТКП.140015.000ПЗ Лит № докум. Изм. Подп. Дата Введение. Телеметрия – это область науки и техники, занимающаяся вопросами разработки и эксплуатации комплексами автоматизированных средств, обеспечивающих получение, преобразование, передачу по каналу связи, прием, обработку и регистрацию измерительной информации и информации о событиях с целью контроля на расстоянии и функционирования технических и биологических систем различных объектов и изучения явлений природы. Телеметрия позволяет удовлетворить весьма важную потребность ученого, инженера, медицинского эксперта или иного пользователя в данных об удаленных объектах. Одно из важных применений телеметрии можно назвать летные испытания новой модели самолета или другого летательного аппарата. Для оценки работоспособности конструкции и летных характеристик самолета нужно измерять расход топлива, характеристики работы двигателей, механические нагрузки, испытываемые фюзеляжем и крыльями, вибрации и температуры критически важных элементов летательного аппарата, параметры электронного оборудования самолета, траекторные данные. Средства телеметрии следят за измерениями во множестве точек, число которых составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч, и предоставляют результаты измерений конструкторам на их наземные компьютеры или дисплейные терминалы. Наиболее сложные современные системы телеметрии используются в аэрокосмических исследованиях. К числу часто применяемых датчиков относятся датчики (преобразователи) давления и расхода, генераторные датчики, термопары, термометры сопротивления, мосты и потенциометры. Для сигнальных параметров характерно скачкообразное изменение во времени, например, связанное с переходом из одного дискретного состояния в другое – к ним относятся сигналы: «включено-выключено», «да-нет» и т.д. Инв. № подп Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата Лист 4 МТКП.140015.000ПЗ Лит № докум. Изм. Подп. Дата В дипломном проекте разрабатывается одна из частей телеметрической системы – локальный коммутатор аналоговых датчиков (ЛКА). Выявим аналоги и проведём сравнительный анализ ЛКА, данные приведены в таблице 1. Таблица 1 Аналоги ЛКА.
Анализируя результаты, можно сделать вывод об актуальности темы дипломного проекта и отметить, что разрабатываемое устройство является наиболее приемлемым из предлагаемых вариантов для использования в качестве локального коммутаторы аналоговых датчиков входящего в состав моноблока аппаратуры сбора сообщений. Субблок ЛКА предназначен для сбора аналоговых данных, оцифровки и последующей выдачи их на телеметрическую систему. Прибор обеспечивает опрос аналоговых датчиков (двух типов генераторного и потенциометрического) по 64 каналам. Рабочий температурный диапазон для ЛКА составляет от –45 до +55°С, допустимая относительная влажность воздуха до 80%. Разрабатываемое устройство, на данный момент, является наиболее приемлемым для использования в космических системах. Инв. № подп Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата Лист 5 МТКП.140015.000ПЗ Лит № докум. Изм. Подп. Дата 1 Назначение и обоснование функциональной схемы Ввиду того, что ЛКА собирает информацию с потенциометрических датчиков и далее оцифровывает и передает ее в магистраль моноблока, мною была разработана функциональная схема ЛКА. Функциональная схема ЛКА представленная на рисунке 2.1 ВИП КОМ МУ АЦП УСМ FT KOД НС ИНФ М А Г И С Т Р А Л Ь АДРЕС Запрет Подзаряд Контр.АИМ1 АИМ2 И Н Ф О Р М А Ц И Я "Г/Д" "Р/П" N прибора 6,25В 0Визм +15В 0В -15В +5В Вх.1 Вх.64 * * * * * * * * * * АИМ1 0В Рисунок 2.1 Схема функциональная ЛКА. Инв. № подп Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата Лист 6 МТКП.140015.000ПЗ Лит № докум. Изм. Подп. Дата 1.1 Описание узлов функциональной схемы. В состав функциональной схемы ЛКА входят:
Коммутатор служит для поочередного опроса источников аналоговой информации с динамическим диапазоном выходного сигнала от 0 до 6,25 В методом временного разделения каналов. Для обеспечения малых входных токов по каналам КОМ содержит операционный усилитель с Кус = 1. Сигнал АИМ1 с выхода КОМ поступает на вход масштабного усилителя, а с выхода МУ сигнал АИМ2 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя.
Аналого-цифровой преобразователь осуществляет преобразование информационного (аналогового) сигнала в сигнал в виде параллельного 8-ми разрядного двоичного кода.
Масштабный усилитель необходим для приведения шкалы кодирования АЦП (Uш ацп = 9,95 В) к шкале динамических измерений прибора (Uш пр = 6,25 В), а также масштабный усилитель обеспечивает сдвиг нуля шкалы измерений на пять двоичных единиц вверх, что позволяет фиксировать отрицательные перегрузки на канальных входах коммутатора.
Вторичный источник питания ВИП (термокомпенсированный линейный стабилизатор) служит для питания потенциометрических датчиков. Инв. № подп Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата Лист 7 МТКП.140015.000ПЗ Лит № докум. Изм. Подп. Дата Устройство согласования с магистралью. Согласующее устройство (УСМ) служит для приема адресной информации с магистрали, обеспечивает управление коммутатором, его фазировку, определяет начало запуска аналого-цифрового преобразователя и обеспечивает выдачу телеметрической информации в магистраль. Магистраль содержит четыре сигнальных линии:
Инв. № подп Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата Лист 8 МТКП.140015.000ПЗ Лит № докум. Изм. Подп. Дата 1.2. Обоснование принципиальной схемы 1.2.1 Коммутатор представляет собой набор канальных элементов (микросхемы D17 - D24, D27 - серия 590). На управляющие входы канальных элементов первой ступени коммутации подаются сигналы управления АС1, АС2, АС3 (D46:35,34,33). На управляющие входы второй ступени коммутации (D27) подаются сигналы управления АС4, АС5, АС6 (D46:32,31,30). Резисторы R1- R64 подключены к канальным входам для фиксации обрыва цепи датчика. Каждый канальный вход коммутатора имеет схему защиты от электрической перегрузки (канальный диодный ограничитель – D1- D8, D9 - D16, D29, R66, R67, V4, V6). Резисторы R66, R67, диодная матрица D29, стабилитроны V3,V5 образуют резервированный источник опорного напряжения канальных диодных ограничителей. Диодные матрицы D25, D26 служат для защиты шин питания микросхем первой ступени коммутации при случайной подаче напряжений датчиков на выключенный прибор. Коммутатор двухступенчатый. Длительность опроса одного канального интервала не менее 78 мкс. На выходе коммутатора формируется сигнал амплитудно-импульсной модуляции (АИМ). Элементы С1 и R71 образуют фильтр защиты от импульсных помех. В состав коммутатора входит операционный усилитель ОУ ( микросхема - D30) с коэффициентом усиления по напряжению Кус = 1, необходимый для снижения величины паразитной емкости в общей точке на выходе коммутатора при автономной проверке прибора ТА261 (выводится сигнал АИМ через резистор R75) на автоматизированном рабочем месте. Наличие усилителя позволяет при этом не изменять быстродействие коммутатора и не вносить дополнительные помехи и емкость от кабельной сети рабочего места, подключаемой к выходу усилителя. 1.2.2 С выхода второй ступени коммутатора сигнал АИМ через ОУ и ограничитель R76, V9, V8 поступает на масштабный усилитель (МУ) ( D36, R78 - R81). Коэффициент усиления МУ выбран таким, что при напряжении на входе канального элемента Uвх.= 6,25 В на выходе АЦП формируется цифровое кодовое слово равное 250 дв.ед.. Инв. № подп Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата Лист 9 МТКП.140015.000ПЗ Лит № докум. Изм. Подп. Дата При Uвх. более 6,375В на выходе АЦП формируется кодовое слово равное 255дв.ед. , это необходимо для фиксации перегрузки канального входа или обрыва цепи датчика этого канала. Сдвиг нуля шкалы измерений на 5 дв.ед. АЦП «вверх», т,е. 0 В входного сигнала кодируется 5-ю дв.ед., осуществляется подачей отрицательного напряжения на инвертирующий вход ОУ (D31:2), что позволяет фиксировать отрицательные перегрузки канальных входов. С выхода МУ сигнал приведенный к шкале Uацп = 9,95 В поступает на вход АЦП. Динамический диапазон изменения выходных сигналов датчиков от 0 до 6,25 В передается выходным кодом от 5 до 250 дв.ед. 1.2.3 В качестве АЦП применяется десятиразрядная большая интегральная схема 1113ПВ1А, содержащая:
- цифроаналоговый преобразователь; - нульиндикатор; - выходной регистр (выходной сигнал - параллельный 10-ти разрядный код). АЦП работает в ждущем режиме. В качестве сигнала разрешения работы АЦП используется сигнал «GP» (сигнал разрешения преобразования) с выхода микросхемы D46:26. По сигналу «GP» сбрасывается информация предыдущего кодирования, меняется полярность выходного сигнала «ГД» (сброс сигнала «ГД») и начинается процесс кодирования опрашиваемого канала, по окончанию кодирования сигнал «ГД» готовности разрешает считывание информации. АЦП работает по принципу взвешивания и тактируется от внутреннего задающего генератора микросхемы. Восемь старших разрядов выходного регистра и сигнал об окончании кодирования («ГД» – готовность данных) поступают на вход каскада УСМ (D46:41,1,2,3,4,5,6,7 и D46:25). Время преобразования от переднего фронта сигнала «GP» до изменения полярности (Лог 0) сигнала «ГД» зависит от стабильности частоты задающего генератора микросхемы и может меняться от 30 мкс до 40 мкс. В интервале времени между импульсами «GP» и «ГД» выходы буферного регистра (D42:9,8,7,6,5,4,3,2) находятся в «третьем» (отключенном) состоянии. На выходе АЦП формируется параллельный 10-ти разрядный код, в приборе используется восемь старших разрядов. 1.2.4 Устройство согласования с магистралью (УСМ) осуществляет выдачу сигнала запуска АЦП (GP) , прием закодированных 8-ми разрядных сигналов АЦП (Х1- Х8), прием сигнала завершения преобразования (ГД), выдачу информационного сигнала в магистраль моноблока. Одновременно УСМ формирует сигналы «Запрет» и «Подзаряд» для коммутатора, а также обеспечивает дешифрацию адреса прибора . Инв. № подп Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата Лист 10 МТКП.140015.000ПЗ Лит № докум. Изм. Подп. Дата В состав УСМ входят следующие узлы: - микросхема (D46) приема адресной и выдачи телеметрической информации (АТИ); - схема формирования сигналов «Запрет» и «Подзаряд» (D28, D32, D34, D39, R83,R84,R85,R89,R90,V14); - схема кроссировки номера прибора (D45) ; - схема выходного каскада (D47.1; D47.2; R95 - R99; V18 - V20). 1.2.4.1 Подробное описание работы микросхемы АТИ приведено в документе «Инструкция по проверке и применению» ИВЯФ.431291.007И. |