Электронные весы

1

МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»

Факультет Информатики и вычислительной техники

Специальность 220100

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: Схемотехника ЭВМ.

Тема курсового проекта: Электронные весы

Студент: Карпов

Петр Николаевич

Кафедра Информационно-вычислительных систем

Заведующий кафедрой: Лебедев Е.К., д-р техн. наук, профессор

Руководитель: Лебедев Е.К., д-р техн. наук, профессор

Чебоксары 2009г.

МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»

Факультет Информатики и вычислительной техники

Специальность 220100

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Студент: Карпов П.Н..Группа: ИВТ-11-06

Тема проекта: Электронные весы

СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЯ

Синтезировать структурную и функциональную схему прибора для измерения массы грузов.

Произвести электрические расчеты.

Показать работу схемы весов в контрольных точках.

Дать описание работы схемы: датчиков, АЦП, индикатор.

Разработать структурную, функциональную, принципиальную схемы электронных весов.

Аннотация

В ходе выполнения данного курсового проекта были разработаны структурная схема электронных весов и на её основе реализована принципиальная электрическая схема на современной элементной базе. В пояснительной записке содержаться описание схемы. К работе прилагается принципиальная, структурная схемы и перечень элементов. Материалы пояснительной записки выполнены с требованиями к конструкторской документации. Полный перечень стандартов используемых в курсовом проекте определены на основе указателя ГОСТов.

ANNOTATION

During performance of the given course project were developed the structural circuit of the electronic weights and on this basis the basic electrical circuit on modern element base have been realized. Explanatory note contain the description of the circuit. To work the basic, structural electrical circuits and list of elements are applied. Materials of an explanatory note are executed with requirements to the design documentation. The full list of standards used in an academic year project is determined on the basis of index GOST.

С одержание

Введение 5

Описание схемы 6

Пояснение к схеме 8

Заключение 10

Литература 11

Приложение 1. Электрические параметры микросхем 12

В

4

ведение

Весы рассмотренные в данной курсовой работе являются удобным, дешевым и надежным средством для измерения грузов. Весы могут быть использованы как в домашних делах, так и торговой сфере. Кроме того, весы обладают большой точностью, если их хорошо отрегулировать. Например, взвесив груз весом 10кг, погрешность будет составлять всего 1 грамм. Весы собраны на микросхеме серии КР572ПВ2. Кроме названой большой интегральной микросхемы, в конструкции использованы цифровая индикация, стабилизация напряжения +5В и -5В, упругое стальное кольцо и блок тензорезисторов.

При подвешивании груза кольцо слегка деформируется, а приклеенные к нему тензорезисторы изгибаются и меняют сопротивление. Оно преобразуется в напряжение, пропорционально действующей на кольцо силе (массе груза). Усиленный сигнал попадает на вход микросхемы КР572ПВ2, там преобразуется и поступает на элемент цифрового индикатора. Вся система построена так, что каждому напряжению на входе микросхемы соответствует цифра, загорающаяся на панелях.

Р

5

абота схемы

Микросхема DD1 выполнена в 40 выводном корпусе и представляет собой большую интегральную схему аналого-цифрового преобразователя КР572ПВ2. усиленный входной сигнал заряжает конденсатор. Время заряда измеряется счетчиком, выходные сигналы которого подаются на цифровые индикаторы. Это напряжение попадает на конденсатор С4, включенный на входы между выводами 30 и 31 микросхемы DD1 а на выводы 35 и 36 подаются образцовое напряжение. При сравнивании этих напряжений микросхема DD1 выдает нам цифровое значение, пропорциональное измеряемому весу.

Цифры высвечиваются при помощи 4 индикаторов HG1, HG2, HG3, HG4 типа АЛС333Б они подключаются непосредственно к выводам микросхемы, где выходной ток равен 5-7 мА для каждого сегмента. Индикация располагается с противоположной стороны печатной платы. Микросхема содержит опорный или тактовый генератор, элементы R6 и С5 определяют частоту следования его импульсов. Для надежной и точной его работы необходимы стабилизированные напряжения +5В и -5 В. Стабилизатор DA2 собран на микросхеме КР142ЕН5 . Коэффициент стабилизации не менее 1000 при токе до 100 мА. Благодаря большому коэффициенту из этого же напряжения с помощью делителя, собранного на резисторах R3, R4, R5, получают опорное напряжение около 100 мВ.

В качестве источника питания здесь использованы батарейки «Крона» или «Кроунд» (включать питание желательно только во время взвешивания – индикация потребляет большой ток и может быстро разрядить батарею). Самое надежное иметь более мощное источник питания рассчитанный на напряжение 7-12В и ток до 120 мА.

Несколько слов о кольце. Оно вырезано из стальной трубы. Для придания упругости его следует закалить: нагреть до красна и опустить в масло.

Затем промыть бензином или керосином и приклеить к нему тензосопротивление. Они соединены для большей чувствительности по мостовой схеме. Кроме того, такая схема позволяет снизить наводки. Тензорезисторы, входящие в одно плечо, наклеивают с разных сторон кольца. Причем R14 и R15 снаружи а R16 и R17 изнутри.

Как работает мост? С его диагонали то есть с конденсатора С7 снимается напряжение рассогласования, которая подается на операционный усилитель на DA1. Там она усиливается и попадает на вход микросхемы DD1.

С платы кольцо соединяется с проводами МГТФ диаметром от 0,08 мм до 0,2 мм. Далее их свивают в «косичку». Печатная плата выполнена из 2-х стороннего фольгированного стеклопластика. Межплатные соединения, а также все перемычки выполнены медным проводом типа ПЭВ2 диаметром 0,3-0,5 мм. Отверстие на крепление платы сверлят диаметром 3 мм, а отверстия для элементов – 8 мм. Корпус весов выполнен из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.

Несколько слов о деталях. Резисторы, применяемые в схеме ОМЛТ-0,125 или С»-23-0,125. Сопротивления R3 типа СПЗ-19а или любые малогабаритные подстроечные сопротивления. Тензорезисторы R14, R15, R16, R17 номиналом 100 Ом, но можно применить и другого номинала – 60-479 Ом . Микросхему КР572ПВ2А можно заменить на микросхему КР572ПВ2Б. Операционный усилитель DA1типа К153УД2; годятся 140УД6, 140УД7, 140УД14 или любые другие, но при этом следует подобрать корректирующую сопротивление R5. Вместо индикаторов HG1, HG2, HG3, HG4 типа АЛС33Б можно использовать АЛС324Б или любые другие с общим анодом. Если у применяемых индикаторов выводы на совпадают с выводами на плате, их желательно разместить на отдельной плате, а основной соединить проводами.

Налаживание схемы начинают с проверки питающих напряжений на стабилизаторах +5В и -5В ,при исправных радиоэлементах они не требуют регулировки. Затем подключают осциллограф или тестер на выход DA1(6 ножка) и вращая, подстроечный резистор R-подстроечное добиваются нулевых показаний индикатора. Потом к кольцу подвешивают гири известного веса, примерно 5-10 килограмм и вращая резистор R1 выставляют показания индикаторов равных весу гири. В каких единицах мы хотим взвешивать гирю: ньютонах ,килограммах, фунтах, пудах, а также в рублях или пиастрах зависит от настройщика. Важно при висячей гире с помощью R1 установить на индикатор нужную цифру, далее показание индикатора будет пропорционально весу взвешиваемого груза. Затем нужно проверить показания приборов без груза. Если остались цифры в младшем разряде, проверяют еще раз. Если после доводки остались цифры значит, кольцо плохо пружинит, деформировалось. Пределы его измерения зависят от упругости металла. Так, например, кольцо шириною 3милиметра, вырезанное из обычной дюймовой (25,4мм) водопроводной трубы, позволяет взвешивать массу в 10 килограммов с точностью до 1 грамма.

Поскольку в этой конструкции используется микросхема, работающая на индикаторах с четырьмя разрядам, это значит что любые массы от1 до 999 высвечены полностью. Для взвешивания небольших масс, например, фотореактивов, следует экспериментально подобрать тонкостенное упругое кольцо и заново проградуировать прибор.

Для того чтобы убедиться в том, что весы работают исправно нужно подключить выводы 20 микросхемы DD1к источнику питания +5В, если табло высвечивается -1888, значит прибор исправен и готов к работе.

П

8

ояснение к схеме

Упругое кольцо висит на резисторе R10. В исходном состоянии то есть когда груз не подвешен на кольцо последнее не деформировано и, следовательно, наклеенные на кольцо тензорезисторы имеют по плечам одинаковое сопротивление и на диагонали моста будет одинаковый потенциал. То есть на инверсных и на не инверсных входах операционного усилителя DA1 не будет, в виду разности потенциалов, дифференциального напряжения. Отсюда следует, что на входе усилителя будет ноль.

При подвешивании груза кольцо деформируется, вследствие чего на диагонали моста появляется разность потенциалов подаваемое далее на резисторы R9 и R1 как дифференциальное напряжение на вход операционного усилителя. Это дифференциальное напряжение усиливается в ОУ и идет на вход микросхемы DD1, заряжая конденсатор С4 с частотой определяемой собственным встроенным генератором и внешним пассивным элементом R6 и С6 попаданием с той же частотой на цифровые выходы. Такой двоичный код который соответствует входному напряжению. Этот бинарный код поступает на дешифратор, а оттуда на индикаторы, индикаторы в свою очередь высвечивают результат.

З

9

аключение

В данном курсовом проекте была разработана схема электронных весов. Кроме этого имеются его принципиальная, структурная и логическая схемы, описан полный принцип его действия, способы настройки весов и полный перечень элементов, и их технические характеристики.

В

10

ыполняя курсовой проект, был закреплен теоретический материал, изученный в IV и V семестрах по дисциплине «Схематехника ЭВМ». При выполнении курсового проекта были использованы знания, полученные при изучении «Электроники и электротехники».

Литература

ЕСКД: Справочное пособие / С.С. Борушек, А.А.Волков и др.-2-е изд.-М.: Издательство стандартов.1980. 134с.

Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник/ Усатенко С.Т. Каченюк Т.К.и др. - М.: Издательство стандартов. 120с.

Моуцик. Е. Зарубежные интегральные микросхемыи их отечественные аналоги.- М. Энергия, 1980. 138с.

Дипломное проектирование: Метод. Пособие / Авт.-сост. Е.К. Лебедев. Чебоксары: Издательство Чуваш ун-та 2002.76с.

Схематехника аналоговых электронных устройств: Метод. Указания к курсовому проекту/ Сост. В.С.Пряников Чебоксары: Издательство Чуваш ун-та 2001. 55с.

Забродин В.А. Промышленная электроника.-М-1989.105с.

Крибель Х. Схемы любительских электронных устройств.- М-1992.100с.

Хровиц П. Искусство схемотехники: в 3 т.- М.,1993.120с.

Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник Т6-М.:ИП радио, 2000-544с.

П

11

риложение 1

Электрические параметры микросхем

Микросхема КР142ЕН5А

Микросхема представляет собой мощный стабилизатор напряжения с фиксированным выходным напряжением положительной полярности.

Электрические параметры

Входное напряжение при Uвх =10В, Iвх=10мА - 4.9 …5,1В

Ток потребления при Uвх =15В 10мА

Нестабильность по напряжению при Uвх =10В, Iвх=10мА 0,05%

Нестабильность по току при Uвх =8,3В 1%

Температурный коэффициент напряжений при Uвх =10В, Iвх=10мА 0,02%/С0

Дрейф выходного напряжения (за 500ч) при Uвх =15В, Iвх=500мА Тк=100С0 1,5%

Предельно допустимые режимы работы

Максимальное входное напряжение в диапазоне температур Тк=-45С0 …+100 С0 РрасРрас,max и разности напряжений между входом и выходом 2,5…10В 15В

Предельное выходное напряжение в диапазоне температур Тк=-45С0 …+100 С0 РрасРрас, max 2…20В

Максимальное входное напряжение в диапазоне температур Тк=-45С0 …+100 С0 РрасРрас, max Iвх=2,2А 7,5В

Максимальный входной ток при Тк=-45С0 …+100 С0 РрасРрас,max 2А приТк=-20С0 …+40 С0 Ррас, max 3А

Статический потенциал 2000В

Максимальная рассеиваемая мощность

Тк=-45С0 …+70 С0 10Вт

Тк=100 С0 5Вт

Температура окружающей среды -45С0 …+100 С0

М

12

икросхема КР572ПВ2

Микросхема представляет собой 8-разрядный АЦП последовательного приближения сопрягаемый с микропроцессором.

Электрические параметры.

Номинальное напряжение питания

Uп1 5В5%

Uп2 - 5В5%

Выходное напряжение при Uп1 =4,75В, Uп1,2=4,75В, Uоп=0,1В…..0,1...3,2В

Ток потребления (при Uп1 =5,25В, Uп2=-5,25, Uоп=1В):

От источника питания Uп1 1,8мА

От источника питания Uп2 1,8мА

Погрешность преобразования 1ед.счета

Выходной ток при Uп1 =4,75В, Uп2 =-4,75В 5А

Выходной ток старшего разряда 10А

Коэффициент ослабления синфазного напряжения при Uп1,2 =4,75В, Uвх=0, Uоп=1В 100мВ/В

Предельно допустимые режимы работы

Напряжения питания:

Uп1 4,75…5,25В

Uп2 -5,25…-4,75

Выходное напряжение -2…2В

Опорное напряжение 0,1…1В

Температура окружающей среды -10…+700С

М

13

икросхема К153УД2

Микросхема представляет собой операционный усилитель средней точности с выходным напряжением 10В и расширенным диапазоном напряжения.

Электрические параметры.

Номинальное напряжения питания 15В 10%

Максимальное выходное напряжение при Uп =15В, Uвх =0,1В, Rн=(20,04) МОм 10В

Напряжения смещения нуля при Uп =15В, Rн.10Ком 7,5мВ

Средний выходной ток при Uп =15В, Rн.10Ком 500нА

Ток потребления 3мА

Коэффициент усиления напряжения при Uп =15В, Rн =(20,04)ком 20*103

Скорость нарастания выходного напряжения 0,5В/мкс

Время установления выходного напряжения 2мкс

Частота единиц усиления 1мГц

Выходное сопротивление 300Ом

Входное сопротивление 300кОм

Выходная емкость 100ПФ

Предельно допустимый режим эксплуатации

Напряжение питания (13.5…15,5)В

В предельных режимах (5…17)В

Входное напряжение 4.5В

В предельных режимах 4,5В

Синфазное входное напряжение при Uп =16,5В 12В

Сопротивление нагрузки 2Ом

Рассеваемая мощность 450мВт

В предельных режимах 500мВт

Статический потенциал 100В

Температура окружающей среды -45…+830С

14