Чувствительность термодатчика

St = dR/dt = a_t Ro Ом/град.

3.3. План работы.

3.1.1. Снять и построить зависимость выходного напряжения ДУ (датчика угла) от угла поворота U = f(a), (рис. 3.4).

3.1.2. Снять и построить зависимость Rф = f(Pист.ов.), (рис.5.5.).

где Риот.ов. = Uист.ов.*Iист.ов.

3.1.3. Снять и построить зависимость Rт = f(t), для двух значений мощности нагревательного элемента, (рис. 3.6).

3.1.4. Для исследуемого термистора (СТ1-17) R = 4к3 при Т = 293°К, а = -(4,2 … 7)%/ °С, В = (3600 – 6000К) постройте зависимость Rt = f(t°C).

3.1.5. Используя данные 3.1.4. постройте зависимость

t°C = f(t) для нагревательного элемента.

Рис. 3.4.

Рис. 3.5.

Рис. 3.6.

4. Лабораторная работа N4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИГНАЛОВ В ТИПОВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛАХ ТЕХНИКИ

АВТОМАТИЗАЦИИ

4.1. Цель работы.

4.1.1. Определить опытным путем основные данные (сигнализируемая величина, носитель информации, информационный параметр, вид сигнала) об используемых в стенде функциональных узлах.

4.2. Основные теоретические сведения.

Различные технические системы при изучении предмета "Основы

автоматизации" рассматриваются преимущественно в функциональном

аспекте. В ходе выполнения лабораторной работы необходимо определить свойства некоторых функциональных узлов, входящих в комплект

оборудования для лабораторно-практических работ, и сравнить полученные результаты с данными, отображенными в документации. При

этом закрепляются и углубляются знания и навыки в области определения значений потенциалов, приобретенные в ходе выполнения предыдущих работ.

4.3. План работы.

4.3.1. Определить опытным путем основные данные об указанных ниже (или предлагаемых по выбору преподавателя) функциональных узлах (табл. 4.1.).

Таблица 4.1.

Функциональный узел	Сигнализируемая величина	Носитель информации	Информационный параметр	Вид сигнала
Температурный датчик
Датчик угла

4.3.2. Сравнить результаты, полученные при выполнении задания 4.3.1. с данными, отображенными в документации.

5. Лабораторная работа N5

ПУТЬ ПРОХОЖДЕНИЯ СИГНАЛА В УСТРОЙСТВЕ ПОЖАРНОЙ

СИГНАЛИЗАЦИИ

5.1. Цель работы.

5.1.1. Изучить устройства, предназначенные для сигнализации

о возникновении дыма или повышении температуры.

5.1.2. Проследить путь прохождения сигнала и определить его

вид на отдельных этапах этого пути.

5.2. Основные теоретические сведения.

Для защиты людей, а также общественного и личного имущества

граждан в заводских цехах, складских и торговых помещениях, театрах, гаражах и других помещениях устанавливаются устройства пожарной сигнализации.

Одно из устройств подобной сигнализации приведено на рис.5.1. В данное устройство входят:

а) датчик температуры (R2, Т), (описание датчика см. в лабораторной работе N3);

б) датчик задымленности (фотодиод), (см. лабораторную работу

N3);

в) компаратор (СА1);

г) логические элементы (D1.1.);

д) компаратор (СА2);

е) сигнальная лампа (Н2);

Рис. 5.1.

Для ускорения протекающих процессов в схеме рекомендуется нагревательный элемент ЕК включать минуя резистор R1.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии дыма в помещении и нормальной температуре сигнальная лампа H2 не горит. При повышении температуры в помещении увеличивается ток через датчик температуры. (сигнал с датчика поступает на вход компаратора (CA1) и сравнивается с сигналом поступающим с источника опорного напряжения R4. При превышении сигнала с датчика над опорным на выходе СА1 устанавливается 0, а на выходе логического элемента D1.1. – 1, светодиод загорается.

При увеличении количества дыма в помещении появляется сигнал с Фотодатчика, сравнивается с задающим сигналом на компараторе, и при превышении порогового на выходе компаратора, устанавливается 0, появляется сигнал, он поступает на логический элемент, в результате чего на выходе его будет сигнал высокого уровня и сигнальная лампа Н2 загорится.

Сигнальная лампа загорается также в результате срабатывания одновременно и двух датчиков.

5.5. План работы.

5.3.1. По схеме (рис. 5.1.) произведите монтаж модели устройства пожарной сигнализации, пригодного для определения температуры и степени задымленности. Для имитации задымленности в лабораторной работе используется затемнение источника света с помощью Физического тела, размещенного на пути световых лучей (H1). Повышение температуры проволочного резистора ЕК фиксируется с помощью датчика температуры С1-17. Определите вид сигналов в цепи. Заполните табл. 5.1.

Таблица 5.1.

Функциональный узел	Сигнализируемая величина	Носитель информации	Информационный параметр	Вид сигнала
Температурный датчик
Фотодатчик

Рис. 5.1.

5.3.2. Определите причинно-следственные связи функционирования данной схемы.

5.3.3. Приведите примеры сигнализации, используемой в вашей профессии или известной вам из вашего опыта.

6. Лабораторная работа N6

КОДИРОВАНИЕ ДВОИЧНЫМ КОДОМ

6.1. Цель работы.

6.1.1. Изучить методы представления информации в двоичном и

двоично-десятичном кодах.

6.1.2. Ознакомиться с принципом действия шифраторов и дешифраторов.

6.2. Основные теоретические сведения.

Преобразование дискретного сообщения в сигнал состоит из двух операций: кодирования и модуляции. Кодирование определяет закон построения сигнала, а модуляция - вид формируемого сигнала, который должен передаваться по каналам связи.

Систему передачи дискретных сообщений можно существенно упростить, если воспользоваться при кодировании двоичной системой

счисления.

В десятичной системе основанием счисления является число 10.

Поэтому любое число N можно представить в виде

N = ... + а2*10² + а1*10¹ + а0*10⁰,

где а0, а1, аn - коэффициенты, принимающие значения от 0 до 9.

Так число 265 можно представить как 2*10² + 6*10¹ + 5*10⁰.

Очевидно, в качестве основания счисления можно принять любое целое число m и представить число N как

N = ... + а2*m² + а1*m¹ + а0*m⁰

где а0, а1, аn - коэффициенты, принимающие значения от 0 до m - 1.

Задаваясь величиной m, можно построить любую систему счисления. При m = 2 получим двоичную систему, в которой числа записываются при помощи всего лишь двух цифр: 0 и 1. Например, число 15 в двоичной системе записывается 1101, что соответствует выражению 1*2³ + 1*2² + 1*2¹ + 1*2⁰.

Для перевода целых десятичных цифр в двоичную систему счисления пользуются следующим приемом: целое десятичное число делят на два до получения целого остатка. Полученное частное делят вновь до получения целого остатка и так до тех пор, пока не получится частное меньше двух. Число в двоичной системе счисления формируется из остатков от деления, начиная с последнего.

Пример. Перевести число 29 в двоичную систему счисления.

29 | 2

- |---

28 | 14 | 2

--- - |---

1 14 | 7 | 2

0 6 | 3 | 2

--- - | ---

1 2 | 1

---

При преобразовании чисел из десятичной системы в двоичную, а

также из двоичной - в десятичную в качестве промежуточного этапа

применяется запись в двоично-десятичной системе. В двоично-десятичной системе каждая цифра десятичной записи задается в двоичной системе. Цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 записываются в виде двоичных четырехзначных чисел 0000, 0001, 0010, ..., 1001. Двоично-десятичная система менее экономна, чем двоичная, т.к. четыре двоичных разряда используются всего лишь для записи 10 цифр (вместо 16 возможных); запись числа в двоично-десятичной системе на 20% длиннее чисто двоичной его записи. Например, число 637 в двоично-десятичной системе имеет вид 0110 0011 0111 (12 цифр), а в двоичной записи 1001111101 (10 цифр).

При кодировании происходит процесс преобразования элементов

сообщения в соответствующие кодовые им числа (кодовые символы).

Каждому элементу сообщения присваивается определенная совокупность кодовых символов, которая называется кодовой комбинацией. Совокупность кодовых комбинаций, обозначающих дискретные сообщения, называется кодом.

6.3. План работы.

6.5.1. Двоичный код: переключателями S7, S8 c предварительной установкой (рис. 6.1.) на входе микросхемы D9, D10 могут быть установлены различные числа: на выходе этих микросхем производится отображение установленного числа в двоичном коде. Составьте таблицу десятичных чисел и их двоичных портов.

6.5.2. Дешифровка: с помощью дешифраторов D11, D12 и элементов индикации осуществляется преобразование четырехразрядного двоичного числа в семибитовую последовательность символов и соответствующая индикация в виде цифры. Произведите на переключателях S7, S8 установку различных чисел. Представьте какое-либо десятичное число, например 28, в двоично-десятичном коде и проверьте экспериментально.

Чтобы подать питание на дешифраторы и индикаторы необходимо включить тумблер S9.

Рис. 6.1.

7. Лабораторная работа N7

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ (АЦП)

7.1. Цель работы.

7.1.1. Изучить принцип действия АЦП К1113ПВ1

7.1.2. Изучить принципы построения АЦП.

7.1.3. Исследование АЦП на дискретных элементах.

7.2. Основные теоретические сведения.

Схема АЦП зависит от метода преобразования и способа его

реализации. Можно выделить следующие методы построения АЦП:

- временного преобразования;

- последовательного счета;

- последовательного приближения;

- параллельного преобразования.

В схеме временного преобразования (рис. 7.1.) значению аналогового входного напряжения Uвх ставится в соответствие временной

интервал, длительность которого пропорциональна Uвх.

Этот интервал заполняется импульсами стабильной частоты, количество которых и является цифровым эквивалентом преобразуемого

напряжения. Работа схемы заключается в следующем. Выходной импульс узла запуска УЗ обнуляет счетчик, устанавливает RS-триггер в "1" состояние и запускает генератор линейно изменяющегося напряжения ГЛИН. При наличии логической единицы на прямом выходе триггера выходные импульсы генератора тактовых импульсов ГТИ через схему совпадения «И» поступают на вход счетчика.

Рис. 7.1.

Когда напряжение на выходе ГЛИН станет равным Uвх, на выходе компаратора появляется логическая “1”, которая переключает триггер в “0” состояние и прерывает связь счетчика с ГТИ. Длительность положительного импульса tв на выходе триггера (рис. 7.1.) пропорциональна Uвх, следовательно, при неизменной частоте ГТИ код, установившийся на выходе счетчика, является цифровым эквивалентом величины Uвх.

В АЦП последовательного счета к выходу счетчика подключается ЦАП, преобразующий код в аналоговый сигнал. Этот сигнал сравнивается с входным напряжением на компараторе, выходной сигнал которого через элемент «И» разрешает или запрещает прохождение на вход счетчика импульсов от генератора тактовых импульсов (рис. 7.2.).

Выходной код счетчика при этом является цифровым эквивалентом напряжения на входе ЦАП, т.е. Uвх.

Более быстродействующими являются АЦП последовательного приближения, в которых формируемый выходной код последовательно приближается к своему полному выражению: в начале определяется цифра в старшем n-ом разряде, а затем в (n-1) и т.д., завершая младшим (первым) разрядом. На рис. 7.3. представлена упрошенная схема АЦП последовательного приближения.

Рис. 7.2.

Рис. 7.3.

После поступления импульса "ПУСК" на регистр последовательного приближения РПП на выходе его старшего n - го разряда появляется напряжение логической "1", а на остальных выходах - "0". На выходе ЦАП формируется напряжение

Uвых = 0,5Uвх.мах.,

которое на входах компаратора сравнивается с Uвх. Если

Uвх. < Uвых.,

то под действием импульса ГТИ появляется единица на выходе (n-1) разряда и сохраняется единица в старшем разряде. Если

Uвх. > Uвых.,

то при появлении единицы в (n-1) разряде РПП содержание предыдущего старшего разряда обнуляется. Так перебираются все разряды до самого младшего. После выполнения последнего n-го сравнения цикл Формирования выходного кода заканчивается. Состояние РПП соответствует цифровому эквиваленту входного напряжения. Если, например, Uвx = Uвых.мах., то комбинация выходного кода равна 11…1 (все единицы). В рассмотренном АЦП время преобразования t постоянно и определяется числом разрядов n и тактовой частотой fгти.

Самым быстродействующим является АЦП параллельного действия (рис. 7.4.). Его основные элементы – 2^n-1 компараторов напряжения. На один из входов каждого компаратора (инвертирующий вход) задается индивидуальное опорное напряжение Uon., сформированное резистивным делителем напряжения. Разность между опорными напряжениями двух ближайших компараторов

U = Uоп/2.

Другие входы компараторов (не инвертирующие) - объединены, и на них подается входной сигнал. На тех компараторах, где Uвх больше, чем соответствующее напряжение с делителя, на выходе будет логическая единица, а на остальных - логический ноль. Тактовым импульсом информация с выходов компараторов передается шифратору CD, который преобразует выходные сигналы компараторов в двоичный код. При поступлении управляющего импульса УИ на вход шифратора, сформированный двоичный кол передается на выход преобразователя.

Исследуемый в лабораторной работе АЦП типа К1113ПВ1 предназначен для применения в электронной аппаратуре в составе блоков аналогового ввода. Микросхема выполняет функцию 10-ти разрядного аналого-цифрового преобразователя однополярного или биполярного входного сигнала с представлением результатов преобразования в параллельном двоичном коде. Она содержит все функциональные узлы АЦП последовательного приближения, включая компаратор напряжения (КН), цифро-аналоговый преобразователь, регистр последовательного приближения, источник опорного напряжения ИОН, генератор тактовых импульсов ГТИ, выходной буферный регистр с тремя состояниями, схемы управления (Рис. 7.5.а., Рис. 7.5.б.).

Для ее эксплуатации необходимо только два источника питания и регулировочные резисторы. Выходные каскады с тремя состояниями позволяют считывать результат преобразования непосредственно на шину данных микропроцессора и наоборот.

Рис. 7.4.

Рис. 7.5.а.

Нумерация и назначение выводов микросхемы:

1 – 9 – цифровые выходы СР (старшие разряды),

10 - напряжение источника питания Ucc1,

11 - гашение преобразования,

12 - напряжение источника питания Ucc2,

13 – аналоговый выход,

14 – общий (аналоговая земля),

15 – управление сдвигом нуля,

16 – общий (цифровая земля),

17 – готовность данных,

18

– цифровой вход МР (младший разряд).

Рис. 7.5.б.

7.3. План работы.

7.3.1. Изучить принцип действия АЦП К1113ПВ1.

7.3.2. Соберите схему рис. 7.6. Питание +12В к ДУ подсоедините с помощью длинных проводов.

7.3.3. Установите ДУ таким образом, чтобы его выходной потенциал был равен нулю.

7.3.4. С помощью генератора одиночных импульсов ГОИ подайте

управляющий импульс на АЦП и проверьте работоспособность схемы.

(Тумблер S9 включен). Проделайте тоже для нескольких ненулевых значений ДУ.

7.3.5. Вместо ГОИ на управляющий вход подайте импульсы “1с”. (Для этого нужно установить соответствующую перемычку и включить тумблер S9, S10). Плавно вращая ДУ и используя вольтметр для измерения входного сигнала и индикатор для Фиксирования выходного кода составьте таблицу соответствия: входной сигнал - выходной код. Запишите показания семисегментного индикатора при кодах соответствующих числам от 10 до 16 - они могут вам пригодится в следующих работах. Нарисуйте диаграмму работы АЦП для одного из выходных сигналов.

7.3.6. Включите в разрыв между D8 и D11 регистр D13 с фильтром G1. На вход одновибратора подайте импульсы готовности данных (выв. 16) с АЦП D8. Проделайте опыты 7.3.4., 7.3.5. Нарисуйте временные диаграммы работы.

Рис. 7.6.

8. Лабораторная работа N8

ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ

8.1. Цель работы.

8.1.1. Исследовать схему включения электродвигателя выходным сигналом фотодатчика при помощи переключающего усилителя.

8.2. Основные теоретические сведения.

Электродвигатель, как элемент системы автоматического регулирования, может включаться с помощью выходного сигнала фотоэлектрического датчика. Для этого механический переключатель заменяют электронным, управляемым с помощью выходного потенциала фотоэлектрического датчика.

Электронные ключи относят к классу нелинейных элементов,

вольтамперные характеристики, которых имеют вид нелинейных функций, а процессы описываются нелинейными уравнениями различного

вида. Нелинейным элементом электронного ключа является транзистор. В электронных ключах транзисторы работают в ключевом режиме.

Упрощенная принципиальная схема электронного ключа показана

на рис. 8.1.а.

Рис. 8.1.

Электронный ключ выполняет операции включения и выключения

различных электрических цепей при подаче управляющего сигнала.

Поэтому режим работы ключа характеризуется одним из двух состояний: "включено", "выключено".

Рассмотрим работу схемы рис. 8.1. Это схема, которая с помощью небольшого управляющего тока может создавать в другой схеме ток значительно большей величины, называется транзисторным переключателем. При нулевом входном сигнале транзистор закрыт – ток через нагрузку равен нулю. Когда входной сигнал больше 0,6В для кремниевых транзисторов – транзистор открыт и практически все напряжение питания приложено к нагрузке.

Транзистор для ключа выбирают по предельным характеристикам: Uкэмах и Iкмах > Iнмах. Иногда к этим параметрам добавляют частоту.

Транзисторные переключатели позволяют производить переключение очень быстро, время переключения измеряется обычно долями микросекунд. Еще одно достоинство тразисторных переключателей состоит в том, что они дают возможность производить дистанционные «холодные» переключения, при которых на переключатели поступают только управляющие сигналы постоянного тока. (Если «гонять» сами переключаемые мощные сигналы, то при передаче их по кабелям могут возникать емкостные выбросы, а сигналы могут сильно ослабляться.

8.3. План работы:

8.3.1. Собрать схему рис. 8.2., определить диапазон входных напряжений при которых транзистор открыт и напряжение при котором транзистор входит в режим насыщения.

8.3.2. С помощью вольтметра определите Uкэ нас.

8.3.3. Измерьте выходные напряжения D1.1. при логическом «0» и при логической «1» и сравнив с данными п. 8.3.1. оцените возможно ли использовать данный логический элемент для управления транзисторным ключом.

Рис. 8.2.

Рис. 8.3.

8.3.4. Разработать схему включения двигателя постоянного тока, используя оптопару EL1, R60, компаратор СА2, логический элемент D1.1., ключ VT2 и двигатель M1 (Рис. 8.2.).

9. Лабораторная работа N9