Микропроцессорная система управления предназначенная для использования на лесопильном заводе (стр. 1 из 6)
Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра Автоматика и управление в технических системах
Зав. каф. В.Г. Лисиенко
_____________________
Оценка проекта
Микропроцессорная система управления, предназначенная для использования на лесопильном заводе
Курсовой проект
Пояснительная записка
1909 420 000 030 ПЗ
Руководитель Мокрецов В.П.
Студент Данилов Д.
Р-311а Молоков Т.
Екатеринбург 2006
Содержание
Постановка задачи
Описание принципа действия системы
Аппаратная часть микропроцессорной системы
Программная часть микропроцессорной системы
Заключение
Постановка задачи
Требуется разработать микропроцессорную систему управления, предназначенную для использования на лесопильном заводе. Лесопильная установка имеет конвейер, который доставляет бревна к распилочным механизмам. Бревна лежат на ленте конвейера вдоль нее по одному на ширину ленты.
Искомая микропроцессорная система (в дальнейшем просто МП система) должна нести следующие функции и иметь свойства:
- Измерить диаметр каждого бревна, проходящего по конвейеру, и, если он не укладывается в рамки [20…50]см, то считать бревно бракованным и не подавать его на распилку;
- Измерить длину lбр каждого бревна и вычислить его объем Vi; суммируя объемы неотбракованных бревен, подсчитывать общий объем распиленной древесины VS;
- По включении питания МП система должна проводить самотестирование (POST – poweronselftest) и самоинициализацию;
- Система должна включать ОЗУ, ПЗУ, часы реального времени;
- Информация должна отображаться на восьми буквенно-цифровых индикаторах.
Цель курсовой работы – спроектировать аппаратную и программную части МП системы. Аппаратную основу системы составляет микропроцессор Z80 фирмы Zilog. В задачу курсовой работы не входит подробное проектирование приводов и других механизмов, однако их рассмотрение потребуется для написания управляющей программы.
Описание принципа действия системы
Общая структура
На рис. 1 изображена схема “вход-выход” МП системы.
Рис. 1 Структура “вход-выход” МП системы
Цифровые сигналы с датчиков диаметра и длины бревна поступают в систему, формируется сигнал отбраковки. Затем система, имитируя калькулятор, рассчитывает Vi и обновляет сумму VS, храня эти величины в памяти. В зависимости от двух кнопок управления индикацией (одна из них, будучи нажатой, переводит в отжатое положение другую) на индикаторах отображается VS или текущее время. Для начальной установки часов есть 2 кнопки управления таймером, увеличивающие на единицу часы и минуты. Имеется кнопка включения/выключения питания “Вкл”.
Обзор датчиков и способа отбраковки
Чтобы вычислить объем бревна Vi, МП система должна “знать” формулу для вычисления. Формула для расчета Vi (в предположении, что бревно – круглый цилиндр):
. (1) 
Рис. 2 Конструкция датчиков и механизма отбраковки
Чтобы найти диаметр d и длину lбр, надо знать конструкцию датчиков (рис. 2).
Датчик диаметра устроен следующим образом: бревно, двигаясь по конвейеру, отклоняет пластину -, вращающуюся на горизонтальной оси, на угол a. Этот угол через редуктор - подается на ось переменного резистора. Переменный резистор Rd включен в потенциометрический датчик (рис.3). Напряжение Ud с этого датчика подается в МП систему, где оцифровывается с помощью АЦП.
Рис. 3 Потенциометрический датчик
Расчет диаметра идет по формуле:
d = h – lплcosa, т.е. надо знать угол a. (2)
Микропроцессор же имеет лишь напряжение Ud. По нему надо рассчитать текущее сопротивление переменного резистора Rd (см. формулу на рис.3), из него найти угол поворота оси резистора, которому соответствует это текущее сопротивление, из него, зная передаточное отношение редуктора, определить a.
Примем следующие допущения:
- номинал Rдоб=1 КОм; номинал Rd (переменное)=5,1 КОм; напряжение питания датчика U=12 В. Примечание: при этом диапазон Ud составляет [0; 10]В.
- особенности конструкции – а именно крепления переменного резистора и передаточного отношения редуктора – таковы, что
если a=0 (пластина вертикальна), то текущее Rd =0;
если a=90° (пластина горизонтальна), то Rd=Rdmax=5,1 КОм (максимально).
Примечание: данное требование однозначно определяет передаточное отношение редуктора – оно будет равно i1-2=90°/amax, где amax – угловой диапазон поворота оси резистора в градусах (т.к. при повороте пластины на 90° ось резистора поворачивается на amax)
Это допущение означает, что угол a может быть вычислен из максимального значения переменного резистора как
.- последнее допущение: пусть h=62,5см=0,625м; lпл=50см=0,5м.
Получается формула перехода от Ud к a:
(3) 
Напряжение с датчика Ud в системе измеряется с помощью 10-разрядного АЦП, рассчитанного на максимальное входное напряжение 10,5 В. Микропроцессор читает с АЦП не напряжение в вольтах, а его код – число в диапазоне [0..3FFH]=[0..102310]. Поэтому формулу (3) надо изменить, преобразовав напряжение 12 вольт в такой же код, исходя из интервала дискретности АЦП. Он равен д=10,5/1023=1,026×10-2 В. Отсюда 12 вольт будет изображаться величиной 12/ д »1169 единиц.
Итоговая формула перехода от Ud к a:
[рад] (4)
Подставим числа в формулу для диаметра (2):
d = 0,625 – 0,5cosa (5)
Сделаем вывод. Микропроцессор для измерения диаметра делает такие шаги. Зная Ud в виде кода, находит угол a в радианах – формула (4). Зная a, находит диаметр d – формула (5).
Датчик длины бревна основан на двух фотоэлементах Фэл1 и Фэл2 (- на рис.2), поставленных вдоль конвейера на расстоянии l=1м друг от друга и двух таймерах внутри микропроцессорной системы. Фотоэлементы регистрируют смену освещенности “свет–темнота” и “темнота–свет”. Принципиально замер длины основан на предположении, что скорость ленты конвейера v постоянна.
Таймеры замеряют два интервала времени:
T1 – период времени, в течение которого передний край бревна проползет от Фэл1 к Фэл2;
Т2 – период времени, в течение которого бревно полностью проползет Фэл1.
=> 
(6)Фотоэлемент устроен следующим образом (рис. 4):
Рис.4 Принципиальная схема фотоэлемента
Лампа HL1 – обычная лампа накаливания, ее свет сфокусирован отражателем на “своем” светоприемнике. Если свет доходит до светоприемника (бревно не загораживает) то транзистор открыт, на выходе фотоэлемента низкий уровень (0), иначе (в темноте) на выходе высокий уровень (1). Выходы Фэл1 и Фэл2 являются входами МП системы.
Алгоритм измерения длины бревна будет таким. Последовательно:
если на Фэл1 перепад 0-1 (“свет–темнота”), то старт таймеров Т1, Т2;
если на Фэл2 перепад 0-1 стоп таймера Т1;
по перепаду Фэл1 1-0 (“темнота–свет ”) стоп таймера Т2;
рассчитать длину по формуле (6).
Отметим: если во время работы, когда бревно проходит мимо и загораживает один из фотоэлементов, конвейер остановится, то будет замерена неверная неправдоподобно большая длина, возможно, будет переполнение таймеров. Аналогично, если в момент включения питания МП системы бревно уже лежит на конвейере, то его длина не может быть измерена. Во избежание этих ситуаций надо: сделать невозможной остановку конвейера при включенной МП системе; в алгоритм самотестирования (POST) добавить проверку фотоэлементов на готовность (удостовериться, что их светоприемные части освещены).
Механизм отбраковки рассмотрим менее подробно. МП система должна лишь выдать сигнал логической “1” для бракованного бревна и “0” для нормального. Сигнал выдается в момент, когда задняя кромка бревна минует Фэл2 (по перепаду Фэл2 1-0). Далее он усиливается и подается на привод отбраковки. Привод (не вдаваясь в подробности) при наличии “1” на его входе поднимает вверх постоянно движущийся поперечный конвейер (- на рис. 2), и он сбрасывает бревно с основного конвейера.
Аппаратная часть микропроцессорной системы
Общие характеристики
Общая направленность предлагаемой конструкции системы характеризуется тем, что система ориентирована на работу с памятью, портами ввода-вывода и прерываниями. Подсистема прямого доступа у памяти вообще не используется, т.к. в ее использовании не возникло серьезной необходимости: при работе управляющей программы нет такого внешнего устройства, которое бы вело интенсивный обмен данными с памятью.
Структура системы приведена на рис. 5.
Рис.5 Структура микропроцессорной системы