2 Спеціальна частина

2.1 Опис структурної схеми системи керування

Рисунок 2.1 – Структурна схема

Опис структурної схеми:

Блок живлення – за допомогою блока живлення до датчиків подається напруга.

Датчики – в залежності від температури в холодильній камері від датчика надходить сигнал на вхід контролера.

Мікроконтролер – в свою чергу вмикає потрібний компресор та світло діод.

2.2 Вибір елементної бази

1. Мікроконтролер MCS-51

Intel 8051 -  це одно кристальний мікроконтролер гарвардскої архітектури, який був вперше вироблений Intel в 1980 році, для використання у вбудовуваних системах. Протягом 1980-х і початку 1990-х років був надзвичайно популярний.

Проте, в даний час застарілий і витиснений сучаснішими пристроями, з 8051-сумісними ядрами, вироблюваними більш ніж 20 незалежними виробниками, такими як, Atmel Maxim IC Dallas Semiconductor, NXP (раніше Philips Semiconductor), Silicon Laboratories Texas Instruments. Cypress Semiconductor. Офіційна назва 8051-семейства мікроконтролерів Intel  MCS 51.

Рисунок 2.2. - Корпус МК51 та найменування портів

Перші з 8051-семейства Intel проводилися з використанням n-МОП технології, але наступні версії, що містять символ «C» в назві, такі як 80C51, використовували технологію і споживали меншу потужність, чим N-МОП попередники (це полегшувало їх застосування для пристроїв з живленням від батарей).

Важливі особливості і застосування:

- складається з процесорного ядра (CPU), ОЗП, ПЗП, послідовного порта;

- паралельного порту, логіки управління, таймер і  т.  д. ;

- 8-ми бітова шина даних, можливість обробки 8 битів даних за одну операцію;

- 16 бітова адресна шина, можливість доступу до 216 адрес пам'яті, тобто 64 кБ адресний простір в ОЗП і ПЗП;

- вбудований ОЗП  128 байт (пам’яті даних);

- вбудований ПЗП  4 КБ (пам’яті програм);

- чотири двохнаправлені порти введення/виведення;

- UART (універсальний асинхронний прийомопередатчик);

- два 16-бітових таймера;

- два рівні пріоритету переривань;

- енергозберігаючий режим.

Рисунок 2.1 - Структурна схема МК51

Надзвичайно корисною особливістю 8051 ядра є обробка булевих даних, що дозволило ввести бінарну логіку, що оперує безпосередньо з бітами внутрішньої ОЗП (області з 128 бітів, що прямо-адресуються) і регістрів. Ще одна цінна особливість полягала в 4 незалежних наборах, які значно зменшували затримки при обробці, порівняно з класичним використанням, що застосовувалося раніше.

Універсальний асинхронний приймач може бути настроєний для використання в режимі 9-біт даних, що робить можливою адресну приемо-передачу в багатоточковому підключенні на основі RS-485 апаратного протоколу. 8051-сумісні мікроконтролери зазвичай мають один або два УАПП (UART), два або три, 128 або 256 байт вбудованою ОЗП (16 байт якої мають побітову адресацію), від 512 байт до 128 Кбайт вбудованої пам'яті програм (ПЗУ), і іноді зустрічається використання, що адресується через «регістри спеціального призначення» (SFR = special function register). Один машинний цикл оригінального 8051 ядра займає 12 тимчасових тактів, а більшість інструкцій виконуються за один або два машинні цикли. Причасті тактового генератора, рівною 12, 8051 ядро може виконувати 1 мільйон операцій в секунду, що виконуються за один цикл, або 500 тисяч операцій в секунду, що виконуються за два цикли. Покращене 8051-сумісне ядро, яке в даний час поширене, виконує машинний цикл за шість, чотири, два, або навіть за один часовий такт, і дозволяє використовувати тактові генератори з частотою до 100 МГц, що дозволило збільшити кількість виконуваних операцій в секунду. Всі 8051 сумісні пристрої, вироблювані SILabs, деякі з вироблюваних Dallas і небагато з вироблюваних Atmel мають ядро з 1 тактом на машинний цикл.

Ще швидші 8051 ядра, з 1 тактом на машинний цикл, організовуються використанням, таких як FPGA (швидкість в діапазоні 130—150 Мгц) або ASIC (швидкість в діапазоні декількох сотень Мгц), за допомогою спеціальної прошивки. Загальною особливістю в сучасних 8051-сумісних мікроконтролерів стало вбудовування покращенних і додаткових схем, таких як: автоскидання по падінню живлячої напруги; вбудовані тактові генератори; внутрішньо схемне програмування пам'яті програм; автозавантажувачі, довготривалій пам'яті даних на основі EEPROM; SPI; USB хост інтерфейс; ШИМ-генераторы; аналогових компараторів; АЦП і ЦАП конверторів; годинника відладчиків, додаткових джерел переривань; розширених енергозбережних режимів [4].

У склад принципової схеми приладу, окрім мікроконтролера, входить: датчик, світловий сигнал, мережний блок живлення.

2. Датчик

Інфрачервоний детектор В1 складається з піроелектричного датчика - піросенсора та схеми формування і підсилення ІЧ сигналу. При поглинанні енергії датчиком температура кристалу збільшується і на його обкладках виникає напруга, котра посилюється серединною схемою модуля, в результаті на виході формується неполярний сигнал у вигляді модифікованого опору - при наявності джерела ІЧ-випромінювання опір на клемах 3, 4 и 5, 6 дуже великий, при відсутності - близько до нуля. Конденсатор С1 обмежує імпульсні перешкоди. Інфрачервоний модуль В1 и інтегральний таймер DA1 живляться від параметричного стабілізатора на мікросхемі DA2 з напругою стабілізації близько 9 В. На платі модуля В1 розташовані з’ємні перемички - джампери: включення світлодіода, індикатора наявності інфрачервоного випромінювання і вибору рівня ймовірності фальшивих тривог.

3. Світловий транспарант

T1 і T2 - амплітудно - фазові транспаранти, які модулюють фазу і амплітуду проходити світлової хвилі. L1 і L2 - сферичні лінзи з фокусною відстанню F. Результуючий сигнал зчитується матричним фотоприймачем D.

4. Мережний блок живлення - вихідна напруга Uн - 8 ..14 В;

- максимальний струм навантаження Iн max - 1,5А; - напруга пульсації DUн - <10 мВ; - вихідний опір Rвих - 0,04..0,07 Ом.

Живлення стабілізованого випрямляча такій конфігурації від джерела змінної напруги 12,6 В дозволяє обійтися без будь-якого захисту. Навіть при

пробої прохідного транзистора VT1 напруга не підніметься вище 15 ... 16 В. А при короткому замиканні в ланцюзі навантаження віддається стабілізатором струм самостійно зменшиться майже до нуля, оскільки транзистор VT1 в цьому режимі буде закритий. Блок може бути використаний для живлення пожежної установки, яка споживає в режимі передачі і значно більший струм. Але краще в такому випадку використовувати в якості VT1 транзистор КТ825Д.

5.Компресори

SKM (супер компакт-диск) - напівпромисловий випарник для холодильних камер, в яких вимагається максимально використовувати обмежений об'єм. Рекомендується для зберігання свіжих і заморожених продуктів, крок лопатей 6 мм. Серія SK 1-2 з мотором Ø350 мм, монофазним, 230В 1/50-60 Гц, із зовнішнім ротором і вбудованим пусковим конденсатором, міра захисту ip44. Серія SK3 - 5 з мотором Ø450 мм, монофазним, 230/400В 3/50-60 Гц, із зовнішнім ротором, міра захисту ip44. Мотори і опори поміщені в роздільні розподільні коробки і комутовані із заземленням. Захисні грати виготовлені із сталі з епоксидним покриттям, відповідно до найбільш надійних європейських стандартів.

2.3 Опис схеми електричної принципової контролера та пристроїв узгодження з об’єктом

Рисунок 2.3 – Електрична принципова схема пристрою

Таблиця 2.1 - Компресорів

№	Номінал	Аналог
СО1	250B,50Гц	DK50 2B
СО2	250B,50Гц	DK50 2B

Таблиця 2.2 - Теплові реле

№	Номінал	Аналог
RH1	15-20A	103n
RH2	15-20A	103n

Таблиця 2.3 - Пускові реле

№	Номінал	Аналог
RА1	~230В	AD2,8A
RА2	~230В	AD2,8A

Таблиця 2.4 - Світлодіоди

№	Номінал	Аналог
L1	30В	-
SL1	2В	1N4147
SL2	2В	1N4150

2.4 Опис схеми джерела живлення

Джерело живлення складається з трансформатора на 48 В з середньою крапкою, мостового випрямляча і конденсаторів фільтрів. Випрямлена і відфільтрована вихідна напруга складає біля ±35 В. Напруга живлення для операційного підсилювача Ic1 стабілізується на рівні ±15, у стабілітронами D1, D2 і резисторами R19, R20. Вхідний ланцюг складається з мікшера і дільника напруги, утворюваних резисторами R1 і R2, потенціометром R3 і буферним повторювачем на мікросхемі Ic1-а. Потенціометр R3 призначений для установки вихідного сигналу субнизькочастотного гучномовця на бажаний рівень. На операційному підсилювачі Icl-b, конденсаторах С2, СЗ і резисторах R5, R6 зібраний фільтр високих частот з крутістю 12 дБ на октаву. Частота зрізу цього фільтру складе l/2prc (близько 34 Гц при вказаних номіналах).Резистори R8 і R7 визначають посилення і добротність фільтру.

Конденсатор С1 і резистор R4 складають додатковий фільтр ВЧ з крутістю 6 дБ на октаву і частотою зрізу приблизно 20 Гц. На операційному підсилювачі 1c 1-і, конденсаторах С4, С5 і резисторах R9, R10 зібраний фільтр низьких частот з крутістю 12 дБ на октаву.Приведені на малюнку номінали визначають частоту зрізу 72 Гц. Посилення і добротність цього каскаду визначаються резисторами R11 і R12. Два вищеописані фільтри, включені послідовно, утворюють смуговий фільтр. При роботі від напруги живлення ± 15 V вихідна напруга операційного підсилювача Icl-d може досягати 10 В для управління транзисторами Q1 і Q2. Резистори R17 і R18 утворюють ланцюг місцевого негативного зворотного зв'язку і визначають коефіцієнт посилення вихідного каскаду, рівний приблизно 3. Таким чином, списи вихідної напруги можуть досягати 30 В. Якщо використовуються супербета-транзистори вказаного типа, то пікова вихідна потужність на навантаженні 8 Ом складе 112,5 Вт. Загальний коефіцієнт посилення визначається резистором R13 і резистором загального зворотного зв'язку R14.

Рисунок 2.4 – Електрична принципова схема джерела живлення

2.5 Розробка та опис алгоритму

2.5.1 Алгоритм керування об’єктом

Рисунок 2.5 - Алгоритм керування

2.5.2 Таблиця ініціалізація змінних і призначення портів

Таблиця 2.5 - Таблиця ініціалізації змінних

Змінна	Значення
Start	Кнопка Старт
Stop	Кнопка Стоп
Temp 0	кнопка -22 0С
Temp 1	кнопка -21 0С
Temp 2	кнопка -20 0С
T1	датчик -22 0С
T2	датчик -21 0С
T3	датчик -20 0С
C1	перший компресор
C2	другий компресор

Перелік призначених портів:

-P1.0, Р1.1, Р1.2, Р1.3, Р1.4 – кнопки (старт,стоп,-22,-21,-20);

-Р0.0, Р0.1, Р0.2 – датчики (-22,-21,-20);

-Р0.3, Р0.4,– перший та другий компресор.