Курсовая с практикой на тему Разработка первичного преобразователя диаметра дерева

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 5

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПО ЛИТЕРАТУРНЫМ ИСТОЧНИКАМ   7

2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПОСТАНОВКИ И РЕШЕНИЕ
ЗАДАЧИ  РАЗРАБОТКИ УСТРОЙСТВА.. 20

3. ПРОЕКТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ.. 24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 35

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 36

Введение:

Древесина хвойных и лиственных пород является
традиционным и экологичным материалом для строительства, источником топлива и
сырьем для лесохимической, целлюлозно-бумажной промышленности. Отрасли, входящие в лесопромышленный
комплекс, в составе промышленного производства РФ находятся на седьмом месте по
объёмам производимой продукции и пятом по объёмам экспорта товаров, уступая
лишь топливной промышленности и металлургии. Основным
продуктом отрасли в настоящее время является деловая древесина, доля которой
среди общего объёма вывозимой древесины, составляет примерно 75 — 80 %.
Лесозаготовительная промышленность считается базовым направлением всего лесного
комплекса

На
сегодняшний день задача автоматизированного измерения параметров древесины
является актуальной как для лесокультурных, так и для лесопромышленных зон. Для
первого случая актуальным является измерение диаметров живых деревьев для таксации
и переписи деревьев в древостое.

В
то время как для лесопромышленного производства на участках эксплуатационного
леса, разрешающего концентрированные и сплошные вырубки учёт древесины, в
частности замер диаметров деловой древесины и лесоинвентаризация является
критически важной и крупносерийной задачей, требующей современного и
высокотехнологичного подхода.

На
рынке существуют решения, позволяющие осуществлять измерение диаметров стволов
древесины различными способами. С метрологической точки зрения, данные решения
в большинстве можно охарактеризовать как, использующие в своей основе прямой метод
измерений контактным способом.

Прямой
метод измерений – измерение, при котором искомое значение величины находят
непосредственно из опытных данных. Прямые измерения не требуют методики
проведения измерений и проводятся по эксплуатационной документации на
применяемое средство измерений. Например, самые очевидные решения для измерения
диаметров деревьев — это мерные вилки и трости таксатора.

В
главе «Анализ состояния вопроса и постановка задачи по литературным источникам»
произведен сравнительный анализ существующих решений для измерения диаметров
стволов дерева, рассмотрены конструкции, преимущества и недостатки. Далее в главе «Формализация постановки и решение
задачи разработки устройства» разработано техническое задание на проектирование
измерительного преобразования. На основании выявленных ранее недостатков
существующих решений сформулированы требования к проектируемой системе.

В
главе «Проектная реализация системы» рассмотрена концепция проектируемого
устройства, приняты конструкторские решения для обеспечения работы
кинематической схемы и электроники. Выбран микропроцессор и элементная база.
Разработана принципиальная электрическая и структурная схема устройства.
Рассчитаны алгоритмы управления.

Заключение:

В курсовой работе
было спроектировано устройство для измерения диаметра бревен и пиломатериалах в
штабелях и в сухостое. В качестве прототипа использовалась измерительная вилка
с двумя подвижными скобами. Линейный размер древесины рассчитывался
как разность между максимальным и текущим диаметром. Значение диаметра
интерпретировалось в зависимости от количества импульсов энкодера. В качестве развития проектируемой
системы, на ее плате размещен чип блютуз, позволяющий осуществлять коммуникацию
между смартфоном оператора и контроллером, а также осуществлять связь с
терминалом или рабочей станцией.

Фрагмент текста работы:

1. АНАЛИЗ
СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПО ЛИТЕРАТУРНЫМ
ИСТОЧНИКАМ

В
промышленности часто возникает потребность измерения линейных размеров заготовки
либо определения расстояний между объектами при помощи средств измерительной
техники. Принципы, положенные в основу работы первичных преобразователей линейных
размеров (или линейных либо угловых перемещений) это преобразование перемещения
чувствительного элемента в величину, удобную для обработки электронной системой
прибора. Широкое распространение получило преобразование линейного перемещения
в угловое, что позволило значительно снизить размеры получаемых изделий. Чувствительными
элементами в приборах для определения углового перемещения являются энкодеры
(см. Рис. 1), прецизионные многооборотные резисторы, реохорды. Также находят
применение дифференциально-трансформаторные, индуктивные, ультразвуковые, фото-
и оптические схемы. а) б) в) г) д)

Рисунок
1 – Фото энкодера (а); схема энкодера
(б); диаграмма работы энкодера (в); инкрементный энкодер (г); абсолютный энкодер (д)

Принцип работы энкодеров проиллюстрирован на
рисунке 1 (б). Оптический энкодер состоит из тонкого оптического диска и
стационарного блока – измерительной головки, включающей в себя источник света и
фотодетектор.

Оптический диск включает поверхность из
прозрачных и непрозрачных участков. Маркерами могут быть, например, отверстия в
металлическом листе или метки на стеклянном диске. При вращении диска, в
зависимости от его типа, маркеры пропускают или перекрывают луч света,
направленный от светового источника к фотоприемнику.

Фотодетектор генерирует сигнал частотой, равной
частоте следования кодовых элементов, в цифровой форме или аналоговый
импульсный сигнал, который также может быть усилен и оцифрован. При добавлении
второй пары "светодиод-фототранзистор" с угловым смещением
относительно первой, соответствующим четверти периода сигнала, может быть
получена вторая последовательность импульсов — канал Б с фазовым смещением
относительно канала А на 90°. Инкрементальный энкодер, который использует три
оптических датчика, позволяет одновременно удваивать разрешение при измерении
положения и скорости и детектировать направление.

Датчики линейного и углового перемещения
подключаются к модулям АЦП напрямую. Для питания датчиков используется выход
генератора. Преимуществами энкодеров являются дешевизна исходных компонентов
(отсутствие редкоземельных металлов и технически сложных технологий
производства), высокая термостабильность, дискретный тип сигнала, возможность обработки
высоких значений угловых скоростей, возможность математической обработки
возникающего дребезга контактов или других вредных явлений.

К недостаткам использования инкрементных
энкодеров можно отнести необходимость прохождения референтной точки перед
началом измерений и повышенную вычислительную мощность при большой угловой
скорости и высоком разрешении энкодера.