ВВЕДЕНИЕ В последнее время активно развивается ниша автоматизированных компьютерных систем контроля различных параметров внутри помещений, таких как температура, влажность, освещенность и др. Подобные системы обобщенно называют «умный дом», однако их в основно используют именно в жилых домах или квартирах для повышения качества жизни. С другой стороны подобные системы контроля можно эффективно применять и на производстве, например для экономии, как электроэнергии в общем виде, так и мощностей систем освещения. Вопросы экономного потребления электроэнергии актуальны сегодня как никогда. С ростом экономики в крупных городах все чаще ощущается нехватка энергии в периоды пикового потребления. Эта проблема наиболее актуальна именно сейчас, так как цены на энергоносители неуклонно растут. Один из путей снижения расходов - это внедрение автоматизированных систем учета электроэнергии. Установка АСКУЭ позволяет решить следующие задачи: оперативный контроль потребления электроэнергии; снижение технических потерь электроэнергии; автоматизация составления балансов электроэнергии и мощности; защита данных от несанкционированного доступа и т. д. Внедрение системы позволяет также оптимально использовать основное оборудование, сделает возможными анализ и планирование производства и потребления электроэнергии. Потери снижаются благодаря повышению точности и достоверности учета электроэнергии, сокращению времени сбора и обработки данных. При эксплуатации технической системы АСКУЭ экономический эффект достигается за счет жесткого контроля за потреблением цехов, ограничения потребления активной мощности в часы максимума энергосистемы, а часто и просто воровства электроэнергии в сетях. Также, как средство снижения потребляемой электроэнергии, широкое распространение получили автоматизированные системы управления освещением. Подобные системы кроме удобства и наглядности, позволяют экономить, по разным данным, от 30 до 70 процентов затрат на освещение за счет чередования вечернего, ночного и утреннего режимов управления в автоматическом режиме и по командам диспетчера с единого диспетчерского пункта. Объединив систему учета электроэнергии и систему контроля и управления освещением можно создать комплексную систему управления освещением и мониторингом затрат электроэнергии, которая позволит как упростить настройку, снизить затраты на обслуживание и ремонт, так и добиться экономии электроэнергии. Подобная система будет уникальна за счет своей универсальности и масштабируемости.
ВВЕДЕНИЕ 4 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ 6 1.1 Обзор готовых систем измерения мощности 6 1.2 Обзор датчиков тока 14 1.3 Датчики тока на основе эффекта Холла 19 1.4 Обзор систем управления освещением 22 1.5 Сравнение промышленных интерфейсов 30 2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ 36 2.1 Управляющий модуль 36 2.2 Контроллер сети 38 2.3 Методика расчета мощности 39 2.4 Организация сети на основе интерфейса RS-485 41 3 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 58 3.1.Выбор микроконтроллера 58 3.2 Выбор аналогово-цифрового преобразователя 62 3.2.Описание используемых микросхем 63 4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 68 4.1 Расчет схемы управляющего модуля 68 4.2 Расчет сетевого трансформатора 72 4.3 Моделирование работы устройства 76 4.4 Анализ полученных результатов 81 4.5 Описание алгоритма работы управляющего модуля 87 4.6 Описание программы управляющего модуля 91 5 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ 92 6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 94 6.1 Определение трудоемкости конструкторской разработки 94 7 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 98 7.1 Создание оптимальных условий труда на участке травления печатных плат 98 7.2 Проектирование защитного заземления. 100 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 104 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 105
1. Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR–микроконтроллеров.: Пер. с нем.– Киев.: «МК-Пресс», 2006. – 208с.; ил. 2. Кравченко А.В. 10 Практических устройств на AVR-микроконтроллерах. Книга 1 – М.:Издательский дом «Додэка-XXI», Киев «МК-Пресс», 2008.–224с.; Ил. 3. Кестер У. Аналогово-цифровое преобразование: Под ред. У. Кестера М.: Техносфера, 2007. 1016 с.; ил. 4. Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналогово-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Выпуск 1 – М. ДОДЭКА, 1996 г., 384 с. 5. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств.– М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.–528 с. 6. ATMEL 8-разрядный AVR-микроконтроллер ATmega 48. datasheet.–atmel, june 2005.– режим доступа: http://atmel.ru. 7. Sentron CSA-1V Current Sensor. datasheet.– sentron, april 2005.– режим доступа: http://www.sentron.ch. 8. MAX 13410E. RS-485 Transceiver. datasheet.– maxim, october 2007. 9. ATMEL 8-разрядный AVR-микроконтроллер ATmega 164. datasheet.–atmel, june 2005.– режим доступа: http://atmel.ru. 10. LM317. 1.2V to 37V voltage regulator. datasheet.– stmicroelectronics, 1998. 11. TLP521. TOSHIBA Photocoupler.–datasheet.– toshiba, september 2002. 12. Никитинский В.З. Маломощные силовые трансформаторы.–М.: «Энергия», 1968.–47 с. 13. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / П. П. Мальцев и др. – М.: Радио и связь, 1994. –240 с. 14. Курсовое и дипломное проектирование: Методические указания для студентов специальностей 190200 и 200700 / В. А. Аржанов, Ю. М. Вешкурцев, И.В. Никонов, М. Г. Семенов. ОмГТУ, Омск. 1997. –44 с. 15. ADM 222/ADM232A/ADM242. RS-232 Drivers/Receivers datasheet.– analog devices, october 2001. 16. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров/А.-Й. К Марцинкявичюс, Э.-А. К. Багданскис, Р.Л.Пошюнас и др.; Под. ред. А.-Й. К Марцинкявичюса, Э.-А. К. Багданскиса.– М.: Радио и связь, 1988.-224 с.; ил. 17. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. Издание второе, исправленное и дополненное – М. ДОДЭКА, 1998 г., 400 с. 18. Кирьянов Д.В. Самоучитель Mathcad 11. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 560 с.; ил. 19. Типовые нормы времени на разработку конструкторской документации. – 2-е издание., доп. – М.: Экономика, 1991.– 44 с. 20. Мазель Б. Трансформаторы электропитания.– М.: Энергоиздат, 1982.– 78 с. 21. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2007.– 592 с.: ил. 22. Хемминг Р. В. Цифровые фильтры. –М.: Недра, 1987. – 221 с. 23. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. –М.: Мир, 1978. –847 с. 24. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высшая школа, 1988. – 448 с. 25. Оздоровление воздушной среды Сост. А.И Насейкин.. Метод. Указания. Омск: ОмГТУ, 2000.–43 с. 26. Безопасность жизнедеятельности: Методические указания к самостоятельным работам / Сердюк В.С., Игнатович И.А., Кирьянова Е.Н., Стишенко Л.Г. – Омск: ОмГТУ, 2007. 27. Оздоровление воздушной среды Сост. А.И Насейкин.. Метод. Указания. Омск: ОмГТУ, 2000.–43 с. 28. Маргелов А. Датчики тока компании Honeywell// Электронные компоненты.– 2007. №3.– С. 121-126. 29. Козенков Д. Интегральные датчики тока// Электронные компоненты.– 2005. №9.– С. 59-63. 30. Иванов П. Микропроцессорный беспроводной измеритель расхода электроэнергии//Современная электроника.– 2006. №9.– С. 48-50. 31. Волович Г. Интегральные датчики Холла// Современная электроника.– 2004. №12.– С. 26-31. 32. Данилов А. Современные промышленные датчики тока// Современная электроника.– 2004. №11.– С. 26-35. 33. Уткин А. Датчики тока ACS750 фирмы Allegro: теория и практика// Современная электроника.– 2004. №12.– С. 18-20. 34. Эннс В. Измерительные микросхемы и модули для электронных счетчиков электроэнергии// Chip news.– 2002. №10.– С. 34-36. 35. Эннс В. Измерительные микросхемы для электронных счетчиков электроэнергии// Схемотехника.–2002. №3.–С. 6-9 36. Голуб В. Электронные счетсики электроэнергии// режим доступа: http://chipnews.gaw.ru/html.cgi/arhiv/02_06/9.htm 37. Analog Devices. Application Notes: AN-(AD7750); AN-559 (AD7755). Rev. A;AN-564 (ADE7756). Rev. PrC_R2; AN-578 (ADE7756). Rev. 0, 2001. 38. Аганичев А., Панфилов Д., Плавич М. Цифровые счетчики электрической энергии // Chip News. 2000. № 2. C. 18–22. 39. Описание шины CAN// режим доступа: http://www.itt-ltd.com/reference/ref_can.html 40. Солодянкин С. RS–485 против Ethernet в системах СКУД: попробуем разобраться?// Алгоритм безопасности.–2008. № 4.– С. 32-35 41. Бень Е.А. RS-485 для чайников//2003.– режим доступа: http://www.mayak-bit.narod.ru/index.html 42. Бирюков Н.И. Правильная разводка сетей RS-485// Maxim's Application Note 373.– пер. Бирюков Н.И. 2001 43. Локотков А. Интерфейсы последовательной передачи данных. Стандарты RS-422/RS-485// СТА.– 1997. № 3 44. Катцен С. PIC–микроконтроллеры. Все, что вам нужно знать/пер. с англ. Евстифеева А.В. –М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2008.– 656 с. :ил