Проектирования системы управления автоматического манипулятора

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

 

Вечерне-заочный факультет

 

Кафедра информационных технологий

 

 

Курсовой проект защищён с оценкой

 

Руководитель проекта

Осокин Ю.А. 

подпись и. о. фамилия

«     » 2014 г.

 

 

Проектирование системы управления автоматического манипулятора

 

 

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине «Основы проектирования приборов и систем»

 

КП 200106.04.000 ПЗ

обозначение документа

 

 

 

 

 

Студент группы 9ИИТ-91 Р.Н.Кузеванов 

и. о. фамилия

 

Руководитель проекта к.т.н., доцент                                           Ю. А. Осокин 

должность, ученая степень  и. о. фамилия

 

 

 

 

 

 

Барнаул 2014

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

 

Вечерне-заочный факультет

 

Кафедра информационных технологий

 

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

                       С. П. Пронин

             подпись           и. о. фамилия

«    »                        2014 г.

 

ЗАДАНИЕ № 04

на курсовое проектирование

по специальности			Основы проектирования приборов и систем
студенту группы			9ИИТ-91              Кузеванов Роман Николаевич
			фамилия имя отчество
на тему:	Проектирования системы управления автоматического
	манипулятора
по дисциплине		«Основы проектирования приборов и систем»

Календарный план выполнения задания

Наименование задач, составляющих задание	Дата выполнения задачи	Подпись руководителя
Разработка алгоритма выполнения задачи	5,6 недели
Разработка схемы электрической принципиальной	10,11 недели
Написание программы микроконтроллера	14,15 недели,
Разработать принципиальную схему Э3.	5,6 недели

Руководитель работы доцент, к.т.н. Ю.А. Осокин 

должность, ученая степень подпись и. о. фамилия

Задание принял к исполнению:

студент группы 9ИИТ-91 Р.Н. Кузеванов 

подпись и. о. фамилия

 

Содержание

 

 

 

 

1. Разработка алгоритма управления автоматическим манипулятором

Данная разработка является системой управления и предназначена для управления автоматическим манипулятором, осуществляющим следующую последовательность действий:

• взятие заготовки с конвейера;
• помещение заготовки на пресс;
• взятие готовой детали с пресса;
• помещение готовой детали на конвейер.

Система управления включает в себя следующие функциональные узлы:

• Схема включения электропривода
• Схема отключения электропривода
• Блок индикации количества операций
• Система включения световой сигнализации
• Система включения звукового оповещения
• Система контроля операций

Система управления подает команду на выполнение следующей операции на основании информации о том, что предыдущая операция уже выполнена.

О выполнении той или иной операции свидетельствуют специальные датчики, сигналы от которых являются входными для системы управления.

 

Число сигнальных линий, идущих от датчиков к системе управления равно восьми:

• Руки вытянуты;
• Руки втянуты;
• Манипулятор повернут вправо;
• Манипулятор повернут влево;
• Есть захват;
• Нет захвата;
• Руки опущены;
• Руки подняты.

Исполнительное устройство реализовано с помощью двигателя постоянного тока. Управляет электродвигателем электронный ключ собранный на трех транзисторах. Ключем управляет микроконтроллер подавая в определённое время команду на исполнения операции. При завершении операции (ход руки вперед) срабатывает оптопара, и подает сигнал в микроконтроллер. Микроконтроллер выключает управление электродвигателем (ход руки вперед), и включает последующую операцию. Аналогично проходят все операции, и процесс повторяется.

Входные сигналы на микроконтроллер подаются параллельно со всех фототранзисторов на вход АЦП преобразователя. Сигнал формируется за счет делителя напряжения состоящего из фототранзистора и резистора. Так как сопротивление резисторов R17-R29 разное, в момент открывания фототранзисторов VD25-VD32, формируется разный потенциал в линию управления микроконтроллера. АЦП преобразует дискретную аналоговую составляющую в логические сигнальные уровни внутри микроконтроллера.

В устройстве предусмотрен вывод информации о работе системы на жидкокристаллический LCD дисплей.

 

Микроконтроллер управляет двумя сигнальными цепями: световая сигнализация, звуковое оповещение.

Включение установки производится кратковременной подачей логической единицы кнопки К1, аналогично производится отключение устройства.

 

1. Применение микроконтроллера при решении данной задачи позволяет:

• управлять технологическим процессом;
• контролировать количество операций;
• менять последовательность исполняемых действий (перепрограммировать микроконтроллер);
• осуществлять управление световой индикацией;
• осуществлять звуковое оповещение (различных нештатных ситуаций).

 

 

2. Алгоритм управления автоматическим манипулятором

 

Рисунок 1 Алгоритм управления автоматическим манипулятором

 

3.  В устройстве применяются:

 

Транзисторы:

Рисунок 2 - Транзистор КТ837В

Характеристики транзистора КТ837В структура p-n-p:

• максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-база 80 В;
• максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-эмиттер 60 В;
• максимально допустимый постоянный(импульсный) ток коллектора 7500 мА;
• максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода (с теплоотводом) (30) Вт;
• мтатический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером 50-150 Обратный ток коллектора <=150 мкА.

 

Рисунок 3 - Транзистор КТ209Е

Характеристики транзистора КТ209Е структура p-n-p:

• максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-база 30 В;
• максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-эмиттер 30 В;
• максимально допустимый постоянный(импульсный) ток коллектора 300(500) мА;
• максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода (с теплоотводом) 0.2 Вт;
• мтатический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером 80-240. Обратный ток коллектора <=1 мкА.

 

Рисунок 4 - Транзистор КТ961А

Характеристики транзистора КТ961А структура n-p-n:

• максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-база 100. Максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-эмиттер 80 В;
• максимально допустимый постоянный(импульсный) ток коллектора 1500(2000) мА;
• максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода (с теплоотводом) 1(12.5) Вт;
• мтатический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером 40-100;
• мбратный ток коллектора <=10 мкА.

Рисунок 5 - Фототранзистор BPW85B

Корпус 3мм. Длина волны в точке максимальной чувствительности 830 нм. Напряжение коллектор – эмиттер до 70 В. Угол обзора 500.

 

Рисунок 6- Светодиод АЛ107А

Светодиод АЛ107А:

• мощность излучения P, 5.5мВт;
• прямое напряжение, 1.8В;
• при токе Iпр.,мА100;
• длина волны,нм953;
• ширина спектра излучения,нм30;
• видимый телесный угол,град15;
• максимальное обратное напряжение,В2;
• максимальный прямой ток,мА100;
• максимальный импульсный прямой ток,мА600;
• способ монтажав отверстие;
• рабочая температура,С-60…85.

 

Рисунок 7 - Двухстрочный жидкокристаллической дисплей Lm016L

Двухстрочный дисплей:

• работает по 4 х битной шине;
• напряжение питания 5В;
• потребляемый ток до 3мА.

 

Микроконтроллер Atmega8:

• ядро AVR, Разрядность 8, Тактовая частота, МГц 1-16;
• объем ROM-памяти 8k. Объем RAM-памяти1k;
• внутренний АЦП. Количество каналов 23;
• напряжение питания, 4.5…5.5 В. Температурный диапазон, C -40…85.

Рисунок 8 – Микроконтроллер ATmega8

 

 

Таблица 1 - Описание выводов модели ATmega8

Номер вывода в корпусе DIP-28	Функция вывода	Описание
1	RESET	Вход сброса
2	PD0	0-й бит порта D
3	PD1	1-й бит порта D
4	PD2	2-й бит порта D
6	PD4	4-й бит порта D
7, 20, 21	VCC	Вывод источника питания микроконтроллера
8, 22	GND	Общий вывод
11	PD5	5-й бит порта D
12	PD6	6-й бит порта D
13	PD7	7-й бит порта D
17	MOSI	Выход Master или вход Slave данных на шине SPI
18	MISO	Вход Master или выход Slave данных на шине SPI
19	SCK	Выход Master или вход Slave тактового сигнала модуля SPI
23	ADC0	0-й вход АЦП
23	ADC1	1-й вход АЦП

 

Список использованных источников

 

 

1. Березовский Б. М. Использование информационных технологий при создании электронных средств обучения [Текст] / Б. М. Березовский, С. А. Хузина // Профессиональное образование. – 2006. – № 5. – С. 29.
2. Видеоуроки по микроконтроллерам для начинающих [Электронный ресурс]: Фанат науки – сайт.– Режим доступа:  http://www.fanatnauki.ru/index//. – Загл. с экрана.
3. Жданов Д. Н. Методические указания по выполнению и оформлению курсовых проектов (работ) для студентов специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии» [Текст]. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2009. – 44 с.;
4. Кузьминов А. Ю. Производственное издание. «Интерфейс RS232 Связь между компьютером и микроконтроллером» [Текст]. – Москва: Радио и связь, 2004. – 168 с.;
5. Электроника и микропроцессорная техника [Электронная библиотека]: Алтайский государственный технический университет – Электрон. данные (1 файл).– Режим доступа:  http://it.fitib.altstu.ru/neud/emt//. – Загл. с экрана