Большая База Данных Рефератов - Разработка системы резервного электропитания

Рус Укр Eng

Разработка системы резервного электропитания

ощность потребляемая ИМС, ОЭВМ, светодиодной индикацией и ключами равна:

Рпот=3•РDA+РМК+3•РVD+РDD+2•Ркл,

где Р=Uип•Iпот - активная мощность потребляемая элементами схемы.

Используя данные расчетов п.3.1-3.4 и приложения А находим

Рпот=3•5•2.8+5•220 +3•2•10+5•48+2•5•10.5=1547 мВт.

С учетом мощности потребляемой активными сопротивлениями цепи принимаем Рпот=2 Вт.

Ток который должен обеспечивать стабилизатор равен:

Iстаб=Рпот/Uип=2/5=0.4 А.

В качестве схемы стабилизатора выбираем ИМС типа К142ЕН4. Справочные параметры ИМС приведены в таблице

Таблица - Справочные параметры ИМС К142ЕН4

Uвх min, В	Uвх max, В	Iвых max, mA	К нс U, %	К нс I, %	Uвых, В	Pрас max, Вт
? 9	? 45	? 103	? 0,05	? 0,25	3 ? 30	? 6

Схема подключения ИМС имеет вид согласно рисунка 1.3.1.9. ИМС является регулируемым стабилизатором напряжения повышенной защиты от перегрева и перегрузки по току.

Рис.1.3.1.9 Схема подключения ИМС К142ЕН4

Рекомендуемые справочные значения C9, C10, R38 и R39 равны: C9= 2.2 мкФ, C10= 4700 нФ, R38= 1.6 кОм, R39= 22кОм.

Выбираем резисторы и конденсаторы:

R38 - МЛТ - 0.125- 1.6 кОм ±5%;

R39 - СП-2-2а - 0.5 - 22 кОм ±10%;

C9 - К-53-25- 40 В- 2.2 мкФ ±20%;

C10 - К-53-25- 40 В- 4.7 мкФ ±20%.

1.3.2 Выбор элементной базы

Описание и общие сведения о микроконтроллере К1816ВЕ751

Восьмиразрядные высокопроизводительные однокристальные микроЭВМ (ОМЭВМ) семейства МК51 выполнены по высококачественной п-МОП технологий (серия 1816) и КМОП технологии (серия 1830).

Использование ОМЭВМ семейства МК51 по сравнению с МК48 обеспечивает увеличение. объема памяти команд и памяти данных. Новые возможности ввода-вывода и периферийных устройств расширяют диапазон применения и снижают общие затраты системы. В зависимости от условий использования, быстродействие системы увеличивается минимум в два с половиной раза и максимум в десять раз.

Семейство МК51 включает пять модификаций ОМЭВМ (имеющих идентичные основные характеристики), основное различие между которыми состоит в реализации памяти программ и мощности потребления.

ОМЭВМ КР1816ВЕ51 и КР1830ВЕ51 содержат масочно-программируемое в процессе изготовления кристалла ПЗУ памяти программ емкостью 4096 байт и рассчитаны на применение в массовой продукции. За счет использования внешних микросхем памяти общий объем памяти программ может быть расширен до 64 Кбайт.

ОМЭВМ КМ1816ВЕ751 содержит ППЗУ емкостью 4096 байт со стиранием ультрафиолетовым излучением и удобна на этапе разработки системы при отладке программ, а также при производстве небольшими партиями или при создании систем, требующих в процессе эксплуатации периодической подстройки. За счет использования внешних микросхем памяти общий объем памяти программ может быть расширен до 64 Кбайт.

ОМЭВМ КР1816ВЕ31 и КР1830ВЕ31 не содержат встроенной памяти программ, однако могут использовать до 64 Кбайт внешней постоянной или перепрограммируемой памяти программ и эффективно использоваться в системах, требующих существенно большего по объему (чем 4 Кбайт на кристалле) ПЗУ памяти программ.Каждая из перечисленных выше микросхем является соответственно аналогом БИС 8051, 80С51, 8751, 8031, 80С31 семейства MCS-51 фирмы Intel (США).

Каждая ОМЭВМ рассматриваемого семейства содержит встроенное ОЗУ памяти данных емкостью 128 байт с возможностью расширения общего объема оперативной памяти данных до 64 Кбайт за счет использования внешних микросхем ЗУПВ.

Общий объем памяти ОМЭВМ семейства МК51 может достигать 128 Кбайт: 64 Кбайт памяти программ и 64 Кбайт памяти данных.

При разработке на базе ОМЭВМ более сложных систем могут быть использованы стандартные ИС с байтовой организацией, например, серии КР580. В дальнейшем обозначение "МК51" будет общим для всех моделей семейства, за исключением случаев, которые будут оговорены особо.

ОМЭВМ содержат все узлы, необходимые для автономной работы:

1) центральный восьмиразрядный процессор;

2) память программ объемом 4 Кбайт (только КМ1816ВЕ751, КР1816ВЕ51 и КР1830ВЕ51);

3) память данных объемом 128 байт;

4) четыре восьмиразрядных программируемых канала ввода-вывода;

5) два 16-битовых многорежимных таймера/счетчика;

6) систему прерываний с пятью векторами и двумя уровнями;

7) последовательный интерфейс;

8) тактовый генератор.

Система команд ОМЭВМ содержит 111 базовых команд с форматом 1, 2, или 3 байта.

ОМЭВМ имеет:

- 32 РОН;

- 128 определяемых пользователем программно-управляемых флагов;

- набор регистров специальных функций.

РОН и определяемые пользователем программно-управляемые флаги расположены в адресном пространстве внутреннего ОЗУ данных. Регистры специальных функций (SFR, SPECIAL FUNCTION REGISTERS) с указанием их адресов приведены в таблице 1.3.2.1.

Таблица 1.3.2.1 Регистры специальных функций

Ниже кратко описываются функции регистров, приведенных в таблице А1.

АСС - регистр аккумулятора. Команды, предназначенные для работы с аккумулятором, используют мнемонику "А", например, MOV A, P2. Мнемоника "АСС" используется, к примеру, при побитовой адресации аккумулятора. Так, символическое имя пятого бита аккумулятора при использовании ассемблера ASM51 будет следующим: АСС. 5.Регистр В. Используется во время операций умножения и деления. Для других инструкций регистр В может рассматриваться как дополнительный сверхоперативный регистр.Регистр состояния программы. Регистр PSW содержит информацию о состоянии программы.Указатель стека SP. 8-битовый регистр, содержимое которого инкрементируется перед записью данных в стек при выполнении команд PUSH и CALL. При начальном сбросе указатель стека устанавливается в 07Н, а область стека в ОЗУ данных начинается с адреса 08Н. При необходимости путем переопределения указателя стека область стека может быть расположена в любом месте внутреннего ОЗУ данных микроЭВМ. Указатель данных. Указатель данных (DPTR) состоит из старшего байта (DPH) и младшего байта (DPL). Содержит 16-битовый адрес при обращении к внешней памяти. Может использоваться как 16-битовый регистр или как два независимых восьмибитовых регистра.

Порт0-ПортЗ. Регистрами специальных функций Р0, Р1, P2, РЗ являются регистры-"защелки" соответственно портов Р0, Р1, P2, РЗ.

Буфер последовательного порта. SBUF представляет собой два отдельных регистра: буфер передатчика и буфер приемника. Когда данные записываются в SBUF, они поступают в буфер передатчика, причем запись байта в SBUF автоматически инициирует его передачу через последовательный порт. Когда данные читаются из SBUF, они выбираются из буфера приемника.

Регистры таймера. Регистровые пары (TH0,TL0) и (TH1.TL1) образуют 16-битовые регистры соответственно таймера/счетчика 0 и таймера/счетчика 1.

Регистры управления. Регистры специальных функций IP, IE, TMOD, TCON, SCON и PCON содержат биты управления и биты состояния системы прерываний, таймеров/счетчиков и последовательного порта.

ОМЭВМ при функционировании обеспечивает:

- минимальное время выполнения команд сложения - 1 мкс;

- аппаратное умножение и деление с минимальным временем выполнения команд умножения/деления - 4 мкс

В ОМЭВМ предусмотрена возможность задания частоты внутреннего генератора с помощью кварца, LC-цепочки или внешнего генератора.

Архитектура семейства МК51 несмотря на то, что она основана на архитектуре семейства МК48, все же не является полностью совместимой с ней. В новом семействе имеется ряд новых режимов адресации, дополнительные инструкции, расширенное адресное пространство и ряд других аппаратных отличий. Расширенная система команд обеспечивает побайтовую и побитовую адресацию, двоичную и двоично-десятичную арифметику, индикацию переполнения и определения четности/нечетности, возможность реализации логического процессора.

Важнейшей и отличительной чертой архитектуры семейства МК51 является то, что АЛУ может наряду с выполнением операций над 8-разрядными типами данных манипулировать одноразрядными данными. Отдельные программно-доступные биты могут быть установлены, сброшены или заменены их дополнением, могут пересылаться, проверяться и использоваться в логических вычислениях.
Тогда как поддержка простых типов данных (при существующей тенденции к увеличению длины слова) может с первого взгляда показаться шагом назад, это качество делает микроЭВМ семейства МК51 особенно удобными для применений, в которых используются контроллеры. Алгоритмы работы последних по своей сути предполагают наличие входных и выходных булевых переменных, которые сложно реализовать при помощи стандартных микропроцессоров. Все эти свойства в целом называются булевым процессором семейства МК51.
Благодаря такому мощному АЛУ набор инструкций микроЭВМ семейства МК51 одинаково хорошо подходит как для применений управления в реальном масштабе времени, так и для алгоритмов с большим объемом данных.
Сравнительные данные микросхем приведены в таблице 1.3.2.2
Сравнительные данные ОМЭВМ семейства МК51
Микросхема
Объем внутренней памяти программ, Кбайт
Тип памяти
Объем внутренней памяти данных, байт
Максимальная частота тактовых сигналов, МГц
Потребляемый ток, мА
КР1816ВЕ31
-
Внеш.
128
12
150
КР1816ВЕ51
4
ПЗУ
128
12
150
КР1816ВЕ751
4
ППЗУ
128
12
220
КР1830ВЕ31
-
Внеш
128
12
18
КР1830ВЕ51
4
ПХУ
128
12
18
В качестве диодов VD1 ? VD4, VD5 ? VD8 выберу диод типа КД202В, имеющий параметры: Uобр max (диода) = 70 В, Iср. пр (диода) = 5 А, Iпр max (диода) = 5 А, Uпр (диода) = 0,9 В.
Выберу конденсаторы из ряда Е24:
С1, С2 - К-50-31- 40 В- 4700 мкФ ±20%.
С3 - К-50-31- 40 В- 4700 мкФ ±20%.
С4 - К-50-31- 40 В- 4700 мкФ ±20%.
C5, C6 - КТ4-21-100 В - 20 пФ±20%;
C7 - К-50-31- 40 В- 10 мкФ ±20%;
C8 - К-53-1- 30 В- 0.1 мкФ ±20%;
C9 - К-53-25- 40 В- 2.2 мкФ ±20%;
C10 - К-53-25- 40 В- 4.7 мкФ ±20%.

В качестве трансформатора выберу трансформатор ТПП321 - 200,0 на стержневом сердечнике ПЛМ 27х40х58, имеющий параметры Sн = 200 ВА; U1 = 127/220 В; I1 = 2.03/1.15 А; I2 = 4 А; f = 50 Гц.
В качестве обмоточных проводов выберу провода ПЭВТВ-2 с диаметрами 0.8 мм и 0.21 мм.
В качестве транзисторов VT3 и VT6 выберу транзисторы КТ827А(n-p-n). Параметры транзистора: Iк max=20 А, Uкэ max=90 В, Рк maxт=125 Вт, h21Э=750, IКБО?1mА, Тпер max=150 ?С, Тпер max=125 ?С
В качестве транзисторов VT1 - VT2 выберу транзистор КТ315Д (n-p-n).
Параметры транзистора: Iк max=100 mА, Uкэ max=40 В, Рк max=0.15 Вт, h21Э ? 20, IКБО ? 1 mА, Тпер max=120 ?С, IЭБО < 30 мкА
Из ряда Е24 выберу резисторы:
R1 - МЛТ - 0.125- 47 кОм ±5%;
R2 - СП-2-2а - 0.5 - 10 кОм ±10%;
R3 - МЛТ- 0.125 - 5.1 кОм ±5%;
R4 - МЛТ- 0.125 - 10 кОм ±5%;
R5 - МЛТ - 0.125- 91 кОм ±5%;
R6 - МЛТ- 0.125 - 10 кОм ±5%.
R8, R13- МЛТ - 0.125- 910 Ом ±5%
R9, R14- МЛТ - 0.125- 20 кОм ±5%.
R10, R15- МЛТ - 0.125-4.3 кОм ±5%.
R11, R16 - МЛТ - 0.125-360 Ом ±5%.
R12, R17- МЛТ - 0.125 - 20 Ом ±5%.
R18 - МЛТ - 0.125- 47 кОм ±5%;
R19 - СП-2-2а - 0.5 - 10 кОм ±10%;
R20 - МЛТ- 0.125 - 5.1 кОм ±5%;
R21 - МЛТ- 0.125 - 10 кОм ±5%;
R22 - МЛТ - 0.125- 91 кОм ±5%;
R23 - МЛТ- 0.125 - 10 кОм ±5%.
R24 - МЛТ - 0.125- 47 кОм ±5%;
R25 - СП-2-2а - 0.5 - 10 кОм ±10%;
R26 - МЛТ- 0.125 - 5.1 кОм ±5%;
R27 - МЛТ- 0.125 - 10 кОм ±5%;
R28 - МЛТ - 0.125- 91 кОм ±5%;
R29 - МЛТ- 0.125 - 10 кОм ±5%.
R30 - МЛТ - 0.125- 8.2 кОм ±5%;
R31, R32, R33, R34 - МЛТ - 0.125- 4.3 кОм ±5%.
R35, R36, R37 - МЛТ - 0.125- 220 Ом ±5%.
R38 - МЛТ - 0.125- 1.6 кОм ±5%;
R39 - СП-2-2а - 0.5 - 22 кОм ±10%;
В качестве диодов VD9 ? VD12 выберу диоды типа КД213А имеющие параметры: Uобр max (диода) =200 В, Iср. пр (диода) =1.5 А, Iпр max (диода) =10 А, Uпр (диода)= 1В, частотный рабочий диапазон равен 50 кГц.
Исходя из параметров в качестве ключей выберу двухконтактное реле РЭС-22 типа РФ 4.500.130
В качестве транзисторов VT7 - VT8 выберу транзисторы типа КТ502А с параметрами: Iк max=150 мА; Uкэ max= 25 В; Uкэ нас = 0,6 В; Pк max = 350 мВт; в= 120.
1.3.3 Описание принципа действия
Разработанное устройство поддерживает два режима работы:
1) нормальный режим работы - нагрузка получает питание непосредственно от сети 220В;
2) аварийный режим работы - нагрузка получает питание от источника
бесперебойного питания в случае, если напряжение сети отсутствует или менее значения нижнего предела напряжения сети.
Нормальный режим работы системы резервного электропитания:
В нормальном режиме напряжение на выходе выпрямителя больше, чем напряжение с выхода аккумулятора, поэтому напряжение на выходе компаратора 1 равно +5В, что соответствует высокому уровню сигнала (лог.1) для блока управления.
В качестве блока управления используется однокристальный микроконтроллера семейства МК51 (К1816ВЕ751). Состояние лог.1 соответствует нормальному режиму работы системы резервного электропитания, а значит, блок управления формирует управляющие сигналы для ключ 1 и 2 при которых ключ 1 - замкнут), напряжение сети подается на нагрузку), а ключ 2 - разомкнут (аккумулятор отключен от инвертора).
В этом режиме происходит заряд аккумулятора, а питание микросхем устройства осуществляется от стабилизатора подключенного к аккумулятору.
Состояние сигналов на выходе компаратора 2 и 3 равно +5 В и 0 В и в данном случае блоком управления не обрабатывается.
Аварийный режим работы системы резервного электропитания:
В аварийном режиме напряжение на выходе выпрямителя меньше, чем напряжение с выхода аккумулятора, поэтому напряжение на выходе компаратора 1 равно 0 В, что соответствует низкому уровню сигнала (лог.0) для блока управления.
Состояние лог.0 соответствует аварийному режиму работы системы резервного электропитания, а значит, блок управления формирует управляющие сигналы для ключ 1 и 2 при которых ключ 1 - разомкнут (сеть отключена от нагрузки), а ключ 2 - замкнут (аккумулятор подключен к инвертору).
Так же блок управления формирует управляющие импульсные сигналы длительностью 45 мкс для ключей инвертора и включает индикатор “Аварийный режим”.
В этом режиме напряжение аккумулятора преобразуется инвертором в переменное напряжение 220 В, а питание микросхем устройства осуществляется от стабилизатора подключенного к аккумулятору.
Состояние выходов компараторов 2 и 3 отслеживается блоком управления.
В случае, если напряжение на аккумуляторе становится меньше, чем заданное опорное Uоп2, то на выходе компаратора 2 формируется лог.0 (0 В), который соответствует режиму разряженного аккумулятора (напряжение аккумулятора меньше допустимого значения) и блок управления включает индикатор “Аккумулятор разряжен”.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5

Меню

Разработка системы резервного электропитания