פנגייה

IME1_PROJ פרוייקט

סטודנט א’סטודנט ב’סטודנט ג’
שםעידו פנג בנטובניר קרליובל הנדל
ת”זCLASSIFIEDCLASSIFIEDCLASSIFIED
דואר אלקטרוניCLASSIFIEDCLASSIFIEDCLASSIFIED

קבצי ה-Multisim וה-Datasheets מצורפים בנפרד.

מבוא - דרישות התכנון

בפרויקט זה, נדרשנו לעמוד בכמה וכמה דרישות תכן שונות:

  1. יש לתכנן מעגל המגביר את יציאת החיישן לתחום עד וולט. שימו לב שיש להגביר את הפרש הפוטנציאלים בין הדקי היציאה של החיישן.
  2. יש לבחור רכיבים במעגל ההגברה שיבטיחו דיוק של במעגלי ההגברה.
  3. יש לאפשר כוונון של כמתח ספציפי בתחום עד וולט.
  4. יש לנתק את הזרם למנוע כאשר מתח החיישן אחרי הגברה עובר את , ובאותו זמן להדליק דיודת אזהרה.
  5. יש לחבר חזרה את אספקת הזרם למנוע כאשר מתקיימים שני התנאים:
    • מתח החיישן אחרי הגברה יורד מתחת ל-.
    • מפעיל הרובוט לחץ על כפתור RESET (הלחיצה אמורה לכבות את דיודת האזהרה).

כמו כן נתון כי:

  • המנוע מהווה עומס התנגדותי של .
  • ברשותנו ספק מתח של .

המעגל ומרכיביו

bookhue

רשימת רכיבים - BOM

DescriptionPackageRefDesQuantityManufacturer
VOLTAGE_REGULATOR, LM7805CTTexas Instruments\TO-220-3(NDE)U19, U202
74STD, 7408NIPC-2221A/2222\NO14U23, U252
74STD, 7404NIPC-2221A/2222\NO14U18, U242
LED_redUltiboard\LED9R2_5VLED11
OPAMP, LM324ADIPC-7351\CASE751AU1, U22
MANUFACTURER_RESISTOR, 220 Ohm [4114R-1-221]Bourns\DIP-14(4114R)R61Bourns
MANUFACTURER_RESISTOR, 1 kOhm [RN55D1001DR36]R7, R92VISHAY
MOS_ENH_N, IRF510Vishay\TO-220-3(TO-220AB)Q21
MANUFACTURER_RESISTOR, 3 Ohm [RN55D03R0DR36]R5, R82VISHAY

מד-עיבור

bookhue

תיאור:
במעגל משורטט מד העיבור הנתון שמוציא מתחים בטווח עד מיליוולט. אבל לטובת הסימולציה אנו למעשה מתעלמים ממנו, ומניחים כניסה של מקור מתח DC מתכוונן בטווח הרצוי.

כפתור

bookhue

תיאור:
כפתור push button ללחיצה על ה-RESET במעגל הלוגי.

מכוונן מתח מקסימלי

bookhue

תיאור:
זהו מעגל פשוט המכיל פוטנציומטר שניתן בעזרתו לכוונן את המתח המקסימלי המותר לספק למנוע.

מעגל הגברה

bookhue

תיאור:
מעגל ההגברה משמש להגברת מתח הדקי מד העיבור מ- 0-30mV ל- 0-10V.

פירוט:
מעגל ההגברה בנוי ממגבר שרת מחסר שומר סימן בעל יחס נגדים , מה שיוצר הגבר של בין הפרש ההדקים של מד העיבור.

נוסחת מחסר מתח:

חישוב דיוק המגבר:
בהנחה והמגבר שרת אידיאלי, ולנגדים סיבולת של , כפי שמוצג ב- datasheets:

במצבי קיצון אלו, יחס ההגברה יהיה:

ולכן השגיאה:

כך שהמעגל עומד בדרישות.

מעגל לוגי

bookhue

תיאור:
המעגל הלוגי מקבל מתח מוגבר ממד העיבור ומתח סף מקסימלי ומוציא לוגי קבוע. אם מתח מד העיבור גדול ממתח הסף המקסימלי המעגל הלוגי מוציא לוגי עד שמתקיימים 2 תנאים:

  1. מתח מד העיבור יורד מתחת למתח הסף המקסימלי.
  2. משתמש לחץ על כפתור האיפוס.

פירוט:
המעגל מורכב ממגבר שרת משווה, כך שכל עוד מתח מד העיבור נמוך ממתח הסף מתח היציאה במשווה הוא (מתח ההספקה) וכאשר מתח מד העיבור גבוה ממתח הסף המקסימלי, מתח היציאה הוא . בנוסף למעגל זה מחובר כפתור האיפוס (פתוח באופן טבעי) שנכנס לשער לוגי AND יחד עם יציאת המתח ממשווה המתח, כך שמתח יציאת השער הלוגי הוא לוגי אם ורק אם כפתור האיפוס לחוץ וגם מתח מד העיבור נמוך ממתח הסף. מתח היציאה של משווה המתחים ומתח כפתור האיפוס מונמכים מ- ל-, שזהו מתח לוגי שהשערים הלוגיים במעגל יכולים לעמוד בו. יציאת השער הלוגי נכנסת לכניסת SET של רכיב Flip Flop SR בזמן שלכניסת ה- RESET מחובר NOT של מתח היציאה מהמשווה, כך שאם מתח המשוואה הוא אפס (כלומר מצב לא תקין) הפליפ-פלופ מתאפס ומתח היציאה של המעגל הלוגי הוא . כאשר המצב חוזר למצב עבודה תקין וגם משתמש לחץ על כפתור, הפליפ-פלופ עובר למצב של SET והיציאה שלו הופכת ל- לוגי. (בזכות שער ה- AND נמנע מצב לא תקין של SET ו- RESET בו זמנית).

מעגל נורת אזהרה

bookhue

תיאור:
מעגל נורת האזהרה מדליק נורת LED כאשר הוא מקבל מתח לוגי , ומכבה אותה כאשר הוא מקבל מתח לוגי .

פירוט:
נורת הלד צורכת זרם נמוך יחסית ומתח נומינלי של . לכן, ניתן להדליק ולכבות אותה ישירות על ידי שימוש שבמתח הלוגי שיוצא מהמעגל הלוגי.

מעגל מפסק מנוע

bookhue

תיאור:
מעגל מפסק המנוע מפסיק את הזרם למנוע כאשר הוא מקבל מתח לוגי 0 ומחזיר את הזרם למנוע כאשר הוא מקבל 1 לוגי.

פירוט:
הכניסה הלוגית למעגל נכנסת לכניסת gate של mosfet שאליו מחובר בטור המנוע (נגד של 10 אוהם) בכניסת ה- collector והארקה בכניסת ה- emitter. כאשר מגיע זרם ל- gate, “נפתח” הטרנזיסטור והוא מחבר את המנוע לאדמה כך שזורם דרכו זרם. כניסת ה- gate מחוברת גם לנגד pulldown שמוודא שאין מטען סטטי שגורם לפתיחה לא רצויה של הטרנזיסטור כאשר המתח הלוגי הוא .

סימולציות וגרפים

bookhue
הסבר הסימולציה:

  • בתחילת התהליך, עם מדידה של המד-עיבור של , מתבצעת לחיצה ידנית של הכפתור RESET. כתוצאה מכך נורת האזהרה נכבית כי המתח תקין (עם ).
  • לאחר כוונון ידני של המד-עיבור לפליטת , האות מוגבר ע”י המגבר ל- (אידיאלית הוא יהיה , אבל המתח שהמגבר מקבל הוא גם , ומגברים אמיתיים לא באמת מצליחים להוציא מתח השווה למתח הכניסה שלהם). כתוצאה מכך הוא עובר את המתח המותר, ולפיכך נורת האזהרה נדלקת והמנוע לא מקבל מתח.
  • לאחר כוונון ידני של המד-עיבור לפליטת , האות מוגבר ל- , שזה מתחת למתח המותר. המעגל הלוגי עדיין פולט כי הכפתור RESET עדיין לא נלחץ.
  • לאחר לחיצה על RESET, כיוון שאנו מתחת למתח המותר, המעגל הלוגי פולט , כך שנורת האזהרה נכבית והמנוע מקבל מתח.

עמודים המציינים את העמוד הזה