Анализ технического задания и выбор датчиков



 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техническое задание

 

 

Разработать теплосчетчик

Система  должна включать:

    1. Датчики расхода
    2. Датчики температуры
    3. Систему индикации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Эффективное использование  энергетических ресурсов невозможно без  организации учета и контроля тепловой энергии и объема теплоносителя, отпускаемых потребителям теплоснабжающими организациями.

В качестве измерительных  приборов в узлах учета и контроля тепловой энергии и объема теплоносителя  используются теплосчетчики и водосчетчики. Теплосчетчики предназначены для измерения, регистрации тепловой энергии и параметров теплоносителя в различных системах теплоснабжения. Теплосчетчики осуществляют автоматическое измерение и индикацию:

  1. Текущего значения объемного и массового расхода теплоносителя в прямом и обратном (или любом другом: например, подпиточном) трубопроводах сетевой воды;
  2. объема и массы теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах;
  3. температуры теплоносителя в прямом, обратном и подпиточном трубопроводах;
  4. тепловой энергии;
  5. тепловой мощности;
  6. времени наработки теплосчетчика;
  7. почасовой, посуточной и помесячной тепловой энергии (нарастающим итогом);
  8. среднечасовых, среднесуточных и среднемесячных значений температуры теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах;
  9. почасового, посуточного и помесячного объема и массы (нарастающим итогом) теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах;

В состав любого современного теплосчетчика может входить несколько (по два и более) преобразователей расхода, температуры и измерительно-вычислительный (электронный) блок

  1. Анализ технического задания и выбор датчиков

 

Теплосчетик состоит  из двух датчиков расхода и двух датчиков температуры, одна пара датчиков устанавливается на прямом трубопроводе, другая пара – обратном.

Сигналы с датчиков поступают  на тепловычислитель.

Общий расход тепла вычисляется как разность между расходом тепла на прямом и обратном трубопроводах.

 

Рис. 1. Функциональная схема теплосчетчика.

 

 

 

 

 

В качестве преобразователей расхода предлагается использовать расходомеры ВЭПС-ПБ-1-03,

Технические характеристики ВЭПС-ПБ-1-03

Характеристики

Значения

Параметры контролируемой среды:

  

-        диапазон температур

от +5 до +150 °С

-        рабочее избыточное давление

не более 1,6 МПа

-        ионная проводимость

не менее 5×10-4 См/м

-        кинематическая вязкость

не более 1,5×10-6 м2/с

Влияние изменения температуры  измеряемой среды на пределы дополнительных погрешностей модификации ВЭПС-ПБ1-03,

0,05 / 10 °С от пределов  соответствующих основных погрешностей

-        от Qmin до Qt

± 1,5 %

-        от Qt до Qmax

± 1,0 %

Пределы дополнительных погрешностей модификации ВЭПС-ПБ1-01, ВЭПС-ПБ1-02, ВЭПС-ПБ1-03, ВЭПС-ПБ1-04, ВЭПС-ПБ2-01 от влияния изменения температуры измеряемой среды

0,05 / 10°С от пределов  соответствующих основных погрешностей

Степень защиты по ГОСТ 14254-96

IP65

Группа исполнения по устойчивости к механическим воздействиям по ГОСТ 12997-84

N1

Средняя наработка на отказ, ч, не менее

75000

Средний срок службы, год

15

Условия эксплуатации:

  

-        температура окружающей среды t для модификации ВЭПС-ПБ1-01, ВЭПС-ПБ1-02, ВЭПС-ПБ1-03, ВЭПС-ПБ1-04, °С

от - 30 до +50

-        относительная влажность при t = +35 °С и более низких температурах, без конденсации влаги, %

95

-        атмосферное давление, кПа

от 84 до 106,7

Межповерочный интервал

4 года

Выходной сигнал

0-10 В


 

 

 

Для измерения температуры  предлагается использовать термометр сопротивления для учета тепла с присоединительным проводом (тип DS/DL)

Технические характеристики термометра сопротивления для учета

тепла с присоединительным проводом (тип DS/DL)

 

 

Подключение

Конец присоединительного провода поставляется с наконечниками

Присоединительный провод

PVC, PUR, TPE, силикон; экранированный  и неэкранированный

Подключение к процессу

Тип DS: резьба М10х1, латунь по DIN EN 1434

Защитная трубка

Тип DS: нержавеющая сталь,  5,5 мм с сужением до  3,3 мм

Измерительная часть

Pt 100, Pt 500, Pt 1000 по DIN EN 60751 класса

Измеряемая температура

0…180°C

Разница температур

3…180

Минимальная глубина  погружения

Тип DS: 15 мм

Монтажная глубина

Тип DS: 25…60 мм

Допустимое давление

PN 25

Допустимая скорость потока 

2 м/с в воде

Термонапряжение

менее 5 микроВ

Время отклика

Тип DS: t0,5= 2 сек

Окружающая среда

0…70°C, защита IP65, электромагнитная  защита Е1, механическая защита  М3


 

 

 

 

 

  1. Структурная схема

Рис. 2 Структурная схема системы теплосчетчика.

 

 

ДР1 – датчик расхода на прямом трубопроводе

ДР2 – датчик расхода  на обратном трубопроводе

ДТ1 – датчик температуры расхода на прямом трубопроводе

ДТ 2 – датчик температуры  на обратном трубопроводе

НП – нормирующие  преобразователи

МК – микроконтроллер

ЖКИ – индикатор

БП – блок питания

Микроконтроллер, нормирующие  преобразователи и  ЖК дисплей  составляют тепловычислитель, датчики  теплосчетчика подключаются через разъемы.

 

  1. Выбор основных элементов тепловычислителя и описание их функционирования

    1. Расчет нормирующих преобразователей

 

Выходное напряжение расходомера изменяется в пределах от 0 до 10 В, пропорционально расходу. Необходимо согласование напряжении для  присоединения к Микроконтроллеру. Так как диапазон входных напряжении встроенного в МК АЦП изменяется в пределах 0 до 5 В предлагается использовать делитель напряжения выполненный на резисторах

 

Рис. 3. Делитель напряжения

 

Так как необходимо входное  напряжение 10 В преобразовать в 5 В, то следует выбрать резисторы R1 и R2 одинокого номинала

R1=R2=1 кОм

 

 

 

 

 

    1. Микроконтроллер AT mega8

 

Микроконтроллер необходим  для приема, обработки и выдачи информации на индикатор. Предлагается микроконтроллер AT mega8 фирмы ATMEL .

Микроконтроллер ATmega8 выполнен по технологии CMOS, 8-разрядный, микропотребляющий, основан на AVR-архитектуре RISC. Выполняя одну полноценную инструкцию за один такт, ATmega8 достигает производительности 1 MIPS на МГц, позволяя достигнуть оптимального соотношения производительности к потребляемой энергии. 
 
Технические параметры:

  • Память для программ составляет 8 Кб с возможностью перезаписать 10 000 раз
  • 512 байт флеш-памяти для хранения переменных (100 000 циклов перезаписи)
  • 1 Кб ОЗУ и 32 регистра общего назначения
  • Два 8-разрядных Таймера/Счетчика с раздельным прескалером, режим сравнения
  • 16-разрядный Таймер/Счетчик с раздельным прескалером, режим сравнения, режим захвата
  • Таймер реального времени с независимым генератором
  • 3 канала ШИМ
  • 6 каналов 10-разрядного АЦП
  • Двухпроводный последовательный интерфейс
  • Программируемый последовательный USART
  • Интерфейс SPI с режимами Master/Slave
  • Программируемый сторожевой таймер с отдельным независимым генератором
  • Встроенный аналоговый компаратор
  • Сброс при включении питания, программируемая защита от провалов питания
  • Встроенный калиброванный RC-генератор
  • Обработка внутренних и внешних прерываний
  • 5 режимов с пониженным энергопотреблением: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, и Standby
  • Напряжение питания 4.5 - 5.5В
  • Тактовая частота 0-16 МГц

 
23 порта ввода/вывода, объединенных в 3 группы:

  • Порт В (PB0 - РВ7): Два вывода (РВ6 и PB7) используются для подключения кварцевого резонатора. Выводы РВ2 - РВ5 зарезервированы для внутрисхемного программирования. Таким образом, для общего применения остаются порты PB0 и PB1.
  • Порт С (PC0 - РС6 : 7 выводов): Порты PC0 - РС5 можно использовать в качестве аналоговых входов. РС6 обычно используется для сброса.
  • Порт D (PD0 - PD7 : 8 выводов): Эти порты можно использовать для общего применения.

 

Рис. 4. Функциональная схема микроконтроллера

 

 

 

Описание выводов

VCC

Напряжение питания  цифровых элементов

GND

Общий

Порт В (PВ7..PВ0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Порт C (PC7..PC0)

 

 

 

 

 

Порт B – 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта В имеют  симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии по9рта B будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта B находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена

 

Порт C – 7-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта C имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми  втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта C будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта C находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена.

Порт D (PD6..PD0)

Порт D – 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта D имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта D будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы порта D находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена.

RESET

вход сброса. Если на этот вход приложить низкий уровень длительностью  более минимально необходимой будет  генерирован сброс независимо от работы синхронизации..

XTAL1

вход инвертирующего усилителя генератора и вход внешней синхронизации.

XTAL2

выход инвертирующего усилителя  генератора.

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1. Выбор ЖК индикатора

 

Для отображения информации предлагается ЖК-дисплей МТ-10Т9

Модуль позволяет отображать 10 знакомест с точкой, имеет подсветку.

Подробное описание модуля приведено в приложении 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Составление принципиальной схемы тепловычислителя

 

 

Датчики расхода и  температуры подключаются к порту  С МК, так как данный порт функционирует  со встроенным АЦП МК. Необходимо установить опорное напряжение для АЦП равное 5В, также подключить питание к АЦП 5В.

ЖК индикатор подключается к порту D по четырех проводной шине.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Разработка блок – схемы работы МК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Разработка программного обеспечения для МК

 

.include "m8def.inc" ; файл мега  8

ldi r16, low (ramend) ; В r16 загружается младший байт указателя стека

out spl, r16 ; вывод значения  РОН  в регистр spl

ldi r16, high (ramend); в  r16 загружается старший байт указателя стека

 

out sph, r16 ; вывод значения  РОН  в регистр sph

sei ; общее разрешение  прерываний

 

rjmp begin; переход к метке  begin

.org $000E ; вектор прерываний  по завершению преобразования  АЦП

rjmp adc_p

begin:

 

ldi r17, 0b01000010 ; загрузка  параметров АЦП

out admux, r17

ldi r17, 0b11000111

out adcsra, r17

 

loop:

nop  ;Задержка до поступления прерывания

RJMP loop ;Переход программы к метке "loop"

 

;подпрограмма прерывания  от ацп

adc_p:

 

*Первый канал*

ldi r17, 0b01000001; загрузка  параметров для АЦП: первый  канал, выравнивание по левому краю

out admux, r17; вывод параметров  АЦП регистр admux

ldi r17, 0b11001111; загрузка  параметров для АЦП(регистр состояния)

out adcsra, r17 ; вывод настроек  в регистр состояния

i1:            ; начало измерении

sbic  adcsra, adsc; пропустить следующую команду, если преобразование завершено

rjmp i1

in r18, adch ; загрузка значения  регистра adch в R18

in r19, adcl ; загрузка значения  регистра adcl в R19

 

 

*Второй канал*

ldi r17, 0b01000010; загрузка  параметров для АЦП: первый  канал, выравнивание по левому краю

  out admux, r17; вывод параметров  АЦП регистр admux

  ldi r17, 0b11001111; загрузка  параметров для АЦП(регистр состояния)

  out adcsra, r17 ; вывод настроек  в регистр состояния

   i2:            ; начало измерении

    sbic  adcsra, adsc; пропустить следующую команду, если преобразование завершено

rjmp i2

in r20, adch ; загрузка значения  регистра adch в R20

in r21, adcl ; загрузка значения  регистра adcl в R21

*Третий канал*

ldi r17, 0b01000011; загрузка  параметров для АЦП: первый канал, выравнивание по левому краю

  out admux, r17; вывод параметров  АЦП регистр admux

  ldi r17, 0b11001111; загрузка  параметров для АЦП(регистр состояния)

  out adcsra, r17 ; вывод настроек  в регистр состояния

   i3:            ; начало измерении

    sbic adcsra, adsc; пропустить следующую команду, если преобразование завершено

rjmp i3

in r22, adch ; загрузка значения  регистра adch в R22

in r23, adcl ; загрузка значения  регистра adcl в R23

*Четвертый  канал*

ldi r17, 0b01000100; загрузка  параметров для АЦП: первый канал, выравнивание по левому краю

  out admux, r17; вывод параметров  АЦП регистр admux

  ldi r17, 0b11001111; загрузка  параметров для АЦП(регистр состояния)

  out adcsra, r17 ; вывод настроек  в регистр состояния

   i4:            ; начало измерении

    sbic  adcsra, adsc; пропустить следующую команду,  если преобразование завершено

rjmp i4

in r24, adch ; загрузка значения  регистра adch в R24

in r25, adcl ; загрузка значения  регистра adcl в R25

*расчет тепла*

 

Ldi r26, 0b00000101 ;загрузка температуры холодной воды

Ldi r27, 0b11111111 ;загрузка удельной теплопроводности

 

Sub r20, r26  ;вычитание значения измеренной температуры и температуры холл. Воды, для прямого трубопровода

Mul r20,r27 ;умножение на удельную теплоемкость воды

Mul r20,r18 ; умножение на массу воды в прямом трубопроводе

 

Ldi r26, 0b00000101 ;загрузка температуры холодной воды

Ldi r27, 0b11111111 ;загрузка удельной теплопроводности

 

Sub r24, r26  ;вычитание значения измеренной температуры и температуры холл. Воды, для прямого трубопровода

Mul r224,r27 ;умножение на удельную теплоемкость воды

Mul r24,r22 ; умножение на массу воды в прямом трубопроводе

 

Sub r22, r20 ;вычитание значения тепловой энергии на обратном трубопроводе из значения на прямом. Результат в r22

 

;вывод результат измерении на ЖКИ

ldi r0, 0b01100000 ; настройка  порта В на вывод

out DDRB, r28 ; настройка ЖКИ

out portd, r22 ; вывод перовой  части измерении

 

Заключение

 

В ходе данной работы разработан теплосчетчик согласно техническому заданию. В проекте предлагается использовать современные датчики для измерения и микропроцессорную технику.

Использование МП-техники  не только унифицирует электронные  устройства и уменьшает число  компонентов на плате, но сокращает  срок разработки и расширяет функции, выполняемые устройством.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. А.Г. Алексеенко. Проектирование  радио-электронной аппаратуры на микропроцессорах. - 2 изд., перер. и доп -Л.: Энергоатомиэдат 1984, 272 с.

2. В.Л.Шило. Популярные  цифровые микросхемы: Справочник, М- 1989,352с

3. Микропроцессоры и  микропроцессорные комплекты интегральных

микросхем: Справочник/В.-В. Б. Абрайтис, Н.Н. Аверьянов, А. И. Белоус и др.; Под ред. В.А. Шахнова. - М.: Радио и связь 1988. - Т. 1-2

  1. А.В. Нефедов. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги:
  2. Справочник Т.5, Т.З, Т.2,-Москва 1997.- 608с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1

Характеристики ATmega8

Статические характеристики

Обозн.

Параметр

Условия измерения

Мин.

Ном.

Макс.

Ед.изм.

VIL

Входное напряжение низкого уровня

Кроме выводов XTAL1 и RESET

-0.5

  

0.2 VCC(1)

В

VIL1

Входное напряжение низкого уровня

вывод XTAL1, выбрана внешняя синхронизация

-0.5

  

0.1 VCC(1)

В

VIL2

Входное напряжение низкого уровня

вывод сброса RESET

-0.5

  

0.2 VCC(1)

В

VIH

Входное напряжение высокого уровня

Кроме выводов XTAL1 , RESET

0.6 VCC (2)

  

VCC + 0.5

В

VIH1

Входное напряжение высокого уровня

Вывод XTAL1, выбрана внешняя синхронизация

0.7 VCC (2)

  

VCC + 0.5

В

VIH2

Входное напряжение высокого уровня

Вывод сброса RESET

0.85 VCC (2)

  

VCC + 0.5

В

VOL

Выходное напряжение низкого уровня (3)(порты A,B,C,D, E, F, G)

IOL = 20 мА, VCC = 5В 
IOL = 10 мА, VCC = 3В

    

0.7 
0.5

В

VOH

Выходное напряжение высокого уровня (4)(порты A,B,C,D)

IOH = -20 мА, VCC = 5В 
IOH = -10 мА, VCC = 3В

4.0 
2.2

    

В

IIL

Входной ток утечки через линию ввода-вывода

Vcc = 5.5В, лог. 0 (абс. значение)

    

8.0

мкА

IIH

Входной ток утечки через линию  ввода-вывода

Vcc = 5.5В, лог. 1 (абс. значение)

    

8.0

мкА

RRST

Сопротивление подтягивающего резистора  на входе сброса

  

30

  

60

кОм

RPEN

Сопротивление подтягивающего резистора  на входе PEN

  

20

  

50

кОм

RPU

Сопротивление подтягивающего резистора  на линиях ввода-вывода

  

20

  

100

кОм

ICC

Потребляемый ток

1 МГц, VCC = 2В, активный режим

   

5

мА

4 МГц, VCC = 3В, активный режим

   

20

мА

1 МГц, VCC = 2В, режим холостого хода

   

2

мА

4 МГц, VCC = 3В, режим холостого хода

   

12

мА

Режим выключения (Power-down)(5)

Стор. таймер включен, VCC = 3В

  

< 25

40

мкА

Стор. таймер отключен, VCC = 3В

  

< 10

25

мкА

VACIO

Входное напряжение смещения аналогового компаратора

VCC = 5В 
Vвх = VCC/2

    

40

мВ

IACLK

Входной ток утечки аналогового  компаратора

VCC = 5В 
Vвх = VCC/2

-50

  

50

нА

tACID

Задержка на инициализацию аналогового  компаратора

VCC = 2.7В 
VCC = 5.0В

750 
500

    

нс

tACID

Задержка распространению сигнала  в аналоговом компараторе

VCC = 2.7В 
VCC = 5.0В

750500

    

нс


 

 

 

 

Приложение 2

 

Жидкокристаллические  модули MT-10T9 состоят из БИС контроллера и ЖК-панели. Внешний вид MT-10T9 приведен на рис.1. Любой сегмент любого знакоместа можно включать и выключать независимо от других сегментов. Модуль имеет подсветку, которая бывает двух типов: желто-зеленая (длина волны излучения λ=570nm) и янтарная (λ=595nm). Контрастность индикатора зависит от напряжения питания модуля.

 

             рис. 5. ЖК-индикатор MT-10T9

 


Анализ технического задания и выбор датчиков 📙 Курсовая → 🆔 20530

Анализ технического задания и выбор датчиков 📙 Курсовая → 🆔 20530

Анализ технического задания и выбор датчиков