Помощь студентам в учебе
Узел подключения многоэлементных фотоприёмных линеек
|
1 Аналитический обзор
1.1 Анализ объекта измерения
1.2 Анализ теневого метода измерения
1.3 Анализ фотоприёмника
1.4 Методы обработки сигнала с фотоприёмника
1.4.1 Метод обработки с использованием компаратора
1.4.2 Метод обработки с использованием АЦП
1.4.3 Комбинированный метод
1.5 Способы передачи данных на персональный компьютер
1.5.1 Интерфейс RS-485
1.5.2 Интерфейс USB
1.5.3 Интерфейс Ethernet
1.5.4 Интерфейс Wi-Fi
1.6 Выбор излучателя
1.6.1 Управление облучателями
1.8 Выбор устройства управления
1.8.1 Программируемые логические интегральные схемы
1.8.2 Дискретная логика
1.8.3 Микроконтроллеры
2 Обоснование сруктурной схемы
2.1 Устройство управления
2.2 Организация управления фотоприёмной линейкой
2.3 Обработка выходного сигнала с фотоприёмной линейки
2.3.1 Вычисление оптической мощности
2.3.2 Вычисление координаты, диаметра и эллиптичности филамента,
2.4 Выбор облучателей и управление ими
2.5 Алгоритм автоподстройки яркости светодиодов
2.6 Интерфейсы передачи данных на ПК
2.7 Формирование тактового сигнала 0М
2.8 Алгоритм работы структурной схемы
3 Расчёт принципиальной схемы
3.1 Проектирование блока с фотоприёмной линейкой
Обоснование схемы включения фотоприёмной линейки 38
3.1.2 Расчёт работы компаратора 39
3.2 Проектирование блока с микроконтроллером 43
3.2.1 Обоснование схемы преобразователя питания 43
3.2.2 Проектирование ГТИ 44
3.2.3 Согласование логических уровней и формирование импульса SH 46
3.2.4 Схема включения микроконтроллера AT91SAM7S64 47
3.2.5 Реализация интерфейса RS-485 48
3.2.6 Формирование счётных импульсов 48
4 Результаты экспериментальных исследований 50
4.1 Исследование полутени, возникающей из-за отсутствия диафрагмы 50
4.2 Исследование влияния прозрачности филамента на выходной сигнал МФПЛ 55
4.3 Исследование управляющих сигналов 60
Заключение 61
Список использованных источников 62
Приложение А 64
1.1 Анализ объекта измерения
1.2 Анализ теневого метода измерения
1.3 Анализ фотоприёмника
1.4 Методы обработки сигнала с фотоприёмника
1.4.1 Метод обработки с использованием компаратора
1.4.2 Метод обработки с использованием АЦП
1.4.3 Комбинированный метод
1.5 Способы передачи данных на персональный компьютер
1.5.1 Интерфейс RS-485
1.5.2 Интерфейс USB
1.5.3 Интерфейс Ethernet
1.5.4 Интерфейс Wi-Fi
1.6 Выбор излучателя
1.6.1 Управление облучателями
1.8 Выбор устройства управления
1.8.1 Программируемые логические интегральные схемы
1.8.2 Дискретная логика
1.8.3 Микроконтроллеры
2 Обоснование сруктурной схемы
2.1 Устройство управления
2.2 Организация управления фотоприёмной линейкой
2.3 Обработка выходного сигнала с фотоприёмной линейки
2.3.1 Вычисление оптической мощности
2.3.2 Вычисление координаты, диаметра и эллиптичности филамента,
2.4 Выбор облучателей и управление ими
2.5 Алгоритм автоподстройки яркости светодиодов
2.6 Интерфейсы передачи данных на ПК
2.7 Формирование тактового сигнала 0М
2.8 Алгоритм работы структурной схемы
3 Расчёт принципиальной схемы
3.1 Проектирование блока с фотоприёмной линейкой
Обоснование схемы включения фотоприёмной линейки 38
3.1.2 Расчёт работы компаратора 39
3.2 Проектирование блока с микроконтроллером 43
3.2.1 Обоснование схемы преобразователя питания 43
3.2.2 Проектирование ГТИ 44
3.2.3 Согласование логических уровней и формирование импульса SH 46
3.2.4 Схема включения микроконтроллера AT91SAM7S64 47
3.2.5 Реализация интерфейса RS-485 48
3.2.6 Формирование счётных импульсов 48
4 Результаты экспериментальных исследований 50
4.1 Исследование полутени, возникающей из-за отсутствия диафрагмы 50
4.2 Исследование влияния прозрачности филамента на выходной сигнал МФПЛ 55
4.3 Исследование управляющих сигналов 60
Заключение 61
Список использованных источников 62
Приложение А 64
На сегодняшний день SD-печать становиться всё более популярным способом получения изделий. Существуют различные технологии 3И-печати, однако самое широкое распространение на сегодняшний день получила технология моделирования методом послойного направления. Эта технология заключается в изготовлении изделий при помощи аддитивного нанесения слоёв расплавленного материала, которые соответствует контурам цифровой модели этого изделия. В качестве материала выступает филамент - термопласт, произведённый в виде прутка круглого сечения с диаметром 1,75 мм либо 3 мм [1]. Одно из предъявляемых требований - удержание заданного диаметра на протяжении всей нити в рамках 5% погрешности [1]. Для его выполнения средствами измерения толщины производится мониторинг диаметра филамента в процессе его производства.
В настоящее время существуют готовые микрометры, обладающие хорошей точностью. Однако в случае применения их для вышеописанной задачи они имеют ряд общих недостатков.
Первый недостаток заключается в сложности, а зачастую невозможности интегрирования непосредственно с линией производства, что приводит к необходимости присутствия оператора, следящего за показаниями прибора, а применение систем автоматического регулирования оказывается невозможным. То есть, фактически, весь функционал существующих измерительных систем подобного рода сводиться к оповещению о нарушении производственного процесса персонала, который и должен вручную произвести корректировку. Невозможность автоматизации приводит к более дорогому производству изделия за счёт расходов на содержание персонала.
Ещё один существенный недостаток существующих приборов - невозможность контроля эллиптичности филамента одним оптическим датчиком. Для измерения толщины нити в двух координатных осях необходимо использовать два полноценных датчика, что приводит к удорожанию измерительной системы в два раза.
В дополнение стоит отметить и ненужную универсальность существующих микрометров, особенно оптических. Их производители предусмотрели возможность измерения не только диаметра или положения, но и величины зазора, внешнего или внутреннего размера, положения нескольких объектов и т. п., что не требуется для решения поставленной задачи. Поэтому, разрабатывая устройство конкретно для измерения диаметра филамента, появляется возможность сделать устройство проще аналогичных - в нём не будет избыточного функционала. Излишняя универсальность плоха не только с технической, но и с финансовой точки зрения: приобретая готовый микрометр, покупатель заплатит за функции прибора, пользоваться которыми он априори не будет.
а) независимое управление двумя измерительными оптическими каналами;
б) обработку информации о диаметре и эллиптичности филамента, поступающей с фотоприёмников;
в) вывод обработанной информации на персональный компьютер;
г) возможность последующего вложения в узел функции авторегуляции диаметра филамента, на основе обработанной информации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
а) провести обзор по теме с описанием предлагаемого принципа измерения диаметра нити;
б) разработать схему структурную устройства и определить требования к её основным компонентам;
в) разработать и рассчитать схему электрическую принципиальную устройства;
г) разработать конструкцию устройства (печатный узел);
д) получить результаты экспериментальных исследований разработанного устройства.
Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников и двух приложений. В первом разделе проведен обзор теневого метода измерения и его оптимизация. Также рассмотрены возможные способы передачи информации на ПК, методы обработки сигнала МФПЛ и её управления. Второй раздел посвящен разработке структурной схемы. В нём рассмотрен алгоритм работы устройства, обоснованы требования ко всем основным сигналам и питающим напряжениям в нём. В третьем разделе произведён расчёт принципиальной схемы устройства, которая обеспечивает требование, предъявленные к устройству при разработке его структурной схемы. В четвёртом разделе представлены результаты экспериментов, подтверждающих возможность применения теневого метода измерения и правильность некоторых технических решений. В приложениях приведены дополнительные материалы к последнему разделу.
Практическую значимость представляет разработанный в ходе выполнения работы узел подключения многоэлементных фотоприёмных линеек с возможностью доработки его до полноценного устройства контроля производства филамента.
Научную ценность могут представлять результаты экспериментальных исследований макета датчика при работе с пластиковыми нитями, имеющими различные оптические свойства.
В настоящее время существуют готовые микрометры, обладающие хорошей точностью. Однако в случае применения их для вышеописанной задачи они имеют ряд общих недостатков.
Первый недостаток заключается в сложности, а зачастую невозможности интегрирования непосредственно с линией производства, что приводит к необходимости присутствия оператора, следящего за показаниями прибора, а применение систем автоматического регулирования оказывается невозможным. То есть, фактически, весь функционал существующих измерительных систем подобного рода сводиться к оповещению о нарушении производственного процесса персонала, который и должен вручную произвести корректировку. Невозможность автоматизации приводит к более дорогому производству изделия за счёт расходов на содержание персонала.
Ещё один существенный недостаток существующих приборов - невозможность контроля эллиптичности филамента одним оптическим датчиком. Для измерения толщины нити в двух координатных осях необходимо использовать два полноценных датчика, что приводит к удорожанию измерительной системы в два раза.
В дополнение стоит отметить и ненужную универсальность существующих микрометров, особенно оптических. Их производители предусмотрели возможность измерения не только диаметра или положения, но и величины зазора, внешнего или внутреннего размера, положения нескольких объектов и т. п., что не требуется для решения поставленной задачи. Поэтому, разрабатывая устройство конкретно для измерения диаметра филамента, появляется возможность сделать устройство проще аналогичных - в нём не будет избыточного функционала. Излишняя универсальность плоха не только с технической, но и с финансовой точки зрения: приобретая готовый микрометр, покупатель заплатит за функции прибора, пользоваться которыми он априори не будет.
а) независимое управление двумя измерительными оптическими каналами;
б) обработку информации о диаметре и эллиптичности филамента, поступающей с фотоприёмников;
в) вывод обработанной информации на персональный компьютер;
г) возможность последующего вложения в узел функции авторегуляции диаметра филамента, на основе обработанной информации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
а) провести обзор по теме с описанием предлагаемого принципа измерения диаметра нити;
б) разработать схему структурную устройства и определить требования к её основным компонентам;
в) разработать и рассчитать схему электрическую принципиальную устройства;
г) разработать конструкцию устройства (печатный узел);
д) получить результаты экспериментальных исследований разработанного устройства.
Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников и двух приложений. В первом разделе проведен обзор теневого метода измерения и его оптимизация. Также рассмотрены возможные способы передачи информации на ПК, методы обработки сигнала МФПЛ и её управления. Второй раздел посвящен разработке структурной схемы. В нём рассмотрен алгоритм работы устройства, обоснованы требования ко всем основным сигналам и питающим напряжениям в нём. В третьем разделе произведён расчёт принципиальной схемы устройства, которая обеспечивает требование, предъявленные к устройству при разработке его структурной схемы. В четвёртом разделе представлены результаты экспериментов, подтверждающих возможность применения теневого метода измерения и правильность некоторых технических решений. В приложениях приведены дополнительные материалы к последнему разделу.
Практическую значимость представляет разработанный в ходе выполнения работы узел подключения многоэлементных фотоприёмных линеек с возможностью доработки его до полноценного устройства контроля производства филамента.
Научную ценность могут представлять результаты экспериментальных исследований макета датчика при работе с пластиковыми нитями, имеющими различные оптические свойства.
В ходе выполнения работы проведён обзор по теме «Узел подключения многоэлементный фотоприёмных линеек (МФПЛ)». Теневой метод был оптимизирован под решение поставленной задачи - измерение диаметра и координаты пластикового прутка с помощью фотоприёмной линейки. Была изучена спецификация на МФПЛ TCD1304DG, на основе которой были рассмотрены различные схемотехнические решения, отвечающие за управление данной фотоприёмной линейкой - с помощью микроконтроллера, ПЛИС и дискретной логики; отвечающие за обработку её выходного сигнала - с помощью АЦП и компаратора. Также произведён анализ методов передачи информации с МФПЛ на персональный компьютер (ПК) посредством различных интерфейсов - RS-485, USB, Ethernet и Wi-Fi.
На основании проделанного обзора была разработана схема электрическая структурная узла подключения МФПЛ. Разработаны методы управления фотоприёмной линейкой с помощью микроконтроллера AT91SAM7S64 и обработки выходного сигнала с неё. Предложен способ управления яркостью светодиодов, проработан алгоритм авторегуляции оптической мощности, излучаемой ими, на основе обработки сигнала с МФПЛ. В ходе разработки структурной схемы также были выведены формулы для расчёта диаметра и координаты контролируемого объекта. Обоснованы и определены требования ко всем сигналам в схеме.
После составления структурной схемы и определения требований к её основным компонентам была рассчитана схема электрическая принципиальная. В ходе разработки принципиальной схемы изучены схемы включения МФПЛ TCD1304DG и микроконтроллера AT91SAM7S64. Получены знания о расчёте гистерезиса для компаратора. Также построены схема укорочения импульса и схема генератора на основе T-триггеров. Было уделено внимание согласованию логических уровней микроконтроллера и МФПЛ, а также реализованы интерфейсы обмена данными RS-485 для передачи показаний устройства на ПК и JTAG для прошивки микроконтроллера.
На основании составленной принципиальной схемы был разработан сборочный чертёж печатного узла с МФПЛ.
Также были систематизированы экспериментальные результаты исследований собранного макета устройства, которые подтверждают правильность выбранных технических решений.
На основании проделанного обзора была разработана схема электрическая структурная узла подключения МФПЛ. Разработаны методы управления фотоприёмной линейкой с помощью микроконтроллера AT91SAM7S64 и обработки выходного сигнала с неё. Предложен способ управления яркостью светодиодов, проработан алгоритм авторегуляции оптической мощности, излучаемой ими, на основе обработки сигнала с МФПЛ. В ходе разработки структурной схемы также были выведены формулы для расчёта диаметра и координаты контролируемого объекта. Обоснованы и определены требования ко всем сигналам в схеме.
После составления структурной схемы и определения требований к её основным компонентам была рассчитана схема электрическая принципиальная. В ходе разработки принципиальной схемы изучены схемы включения МФПЛ TCD1304DG и микроконтроллера AT91SAM7S64. Получены знания о расчёте гистерезиса для компаратора. Также построены схема укорочения импульса и схема генератора на основе T-триггеров. Было уделено внимание согласованию логических уровней микроконтроллера и МФПЛ, а также реализованы интерфейсы обмена данными RS-485 для передачи показаний устройства на ПК и JTAG для прошивки микроконтроллера.
На основании составленной принципиальной схемы был разработан сборочный чертёж печатного узла с МФПЛ.
Также были систематизированы экспериментальные результаты исследований собранного макета устройства, которые подтверждают правильность выбранных технических решений.