1ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL I nt el l i gent Syst ems Lab
5η Ενότητα:Μάθημα 506.Μηχατρονική Ι
• ταυτότητα του μαθήματος• συνοπτικά στοιχεία• πρόγραμμα εξαμήνου
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
2
Τυπικό εξάμηνο
ε01 Εισαγωγή (κοινή Μηχατρονική Ι και ΙΙ) ε02 Περιεχόμενο Θ506, γενικά (εν. 5,6) ε03 Κυκλώματα χρονισμού (εν. 7,8) ε04 Διακόπτες (εν. 9, 10) ε05 Σύστημα αισθητηρίων (εν. 11, 12, 13) ε06 Τελεστικοί ενισχυτές (εν. 14, 15) ε07 Παρουσίαση θεμάτων εργασιών ε08 Περιστροφική κίνηση (εν. 16) ε09 Ηλεκτροκινητήρες (εν.17, 18) ε10 Οπτοηλεκτρονικά (εν.19, 20) ε11 Οπτοηλεκτρονικά (εν. 21, 22) ε12 Παρουσίαση εργασιών
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
3
Τυπικό εξάμηνο: εργασίες
ε01 Εισαγωγή (κοινή Μηχατρονική Ι και ΙΙ) ε02 Περιεχόμενο Θ506, γενικά (εν. 5,6) ε03 Κυκλώματα χρονισμού (εν. 7,8) ε04 Διακόπτες (εν. 9, 10) ε05 Σύστημα αισθητηρίων (εν. 11, 12, 13) ε06 Τελεστικοί ενισχυτές (εν. 14, 15) ε07 Παρουσίαση θεμάτων εργασιών ε08 Περιστροφική κίνηση (εν. 16) ε09 Ηλεκτροκινητήρες (εν.17, 18) ε10 Οπτοηλεκτρονικά (εν.19, 20) ε11 Οπτοηλεκτρονικά (εν. 21, 22) ε12 Παρουσίαση εργασιών
ΕΞΑΜΗΝΙΑΙΕΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ
4ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL I nt el l i gent Syst ems Lab
6η Ενότητα:Διδακτική προσέγγιση
• αντικείμενο• διδακτικοί στόχοι
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
5
Γενικό αντικείμενο
διαφορετικές τεχνολογίες οργάνων δράσης και αισθητηρίων
όργανο + διάστρωμα = υποσύστημα
μετατροπή σημάτων από/πρός κοινό πρότυπο (ψηφιακή επεξεργασία)
"Τεχνολογία Οργάνων"
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
6
Διδακτικοί στόχοι
1ος Στόχος: βασική αντίληψη των τεχνολογιών "οργάνων"
• φυσικά μεγέθη και μέτρα• φυσικά φαινόμενα• αρχές μετατροπής ενέργειας
• αρχές "μετατροπής πληροφορίας"
ΑΝΑΛΥΣΗ και ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
7
Διδακτικοί στόχοι
2ος Στόχος: παράμετροι κατάταξης και κριτήρια επιλογής
οργάνων• ασφάλεια• λειτουργικά χαρακτηριστικά
• ενέργεια
• σήματα
ΑΝΑΛΥΣΗ και ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
8
Διδακτικοί στόχοι
3ος Στόχος: ευελιξία, εξοικείωση
• πηγές πληροφοριών (π.χ. τεχνική βιβλιογραφία)• εναλλακτικές προσεγγίσεις και λύσεις• "τεχνολογική παιδεία"
ΑΝΑΛΥΣΗ και ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
9
Σημαντικό!
• σύνδεση με τα θέματα και συντονισμός με τις παραδόσεις και τις ασκήσεις του εργαστηρίου. . .
506Ε
506Θ
2 εβδομάδες
περιστροφική κίνηση, Η/Κ οδήγηση με δύο
τροχούς
10ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL I nt el l i gent Syst ems Lab
7η Ενότητα: Το ολοκληρωμένο κύκλωμα χρονισμού ΝΕ555
• μορφή και προδιαγραφές• συνήθεις συνδέσεις• λειτουργία
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
11
Συνήθεις μορφές
συνήθως ΝΕ555 με οκτώ ακροδέκτες ή και ΝΕ556 (διπλό)
πολυάριθμοι κατασκευαστές, με βάση το αρχικό κύκλωμα Signetics (1970)
πολλές διαφορετικές χρήσεις χαμηλό κόστος αξιοπιστία και αντοχή
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
12
Εσωτερικό κύκλωμα (αρχή)
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
13
Μονοσταθής (monostable) σύνδεση
Ένας παλμός σε κάθε διέγερση, διάρκειας
Tw=1,1 RA C
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
14
Ασταθής (astable) σύνδεση
Συνεχείς παλμοί με διάρκεια
TH=0,693 (RA+RB)C και TL= 0,693 RBC
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
15
Λειτουργία
[αρχείο .gif: Williamson, 1997]
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
16
Προδιαγραφές
τάση τροφοδοσίας 4,5-18 Volt μέγιστο ρεύμα εξόδου ~ 200 mA μέγιστη συχνότητα 500 KHz - 2 MHz σφάλμα συχνότητας ~5% σφάλμα χρονισμού ~1% χρόνος αποκατάστασης παλμού ~100 ns
17ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL I nt el l i gent Syst ems Lab
8η Ενότητα: Εφαρμογές - διατάξεις παραγωγής παλμών
• ρύθμιση διάρκειας παλμών• ρύθμιση πυκνότητας παλμών• ρύθμιση ενεργού κύκλου
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
18
Παραγωγή παλμών...
Συνεχείς παλμοίενεργός χρόνος TH
αδρανήςχρόνος TL
περίοδος Τ0= TH + TL
Ενεργός Κύκλος: TH/Το
Αδρανής Κύκλος: TL/Το
TH TL
TO
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
19
Ρύθμιση διάρκειας παλμών
εξωτερικός χρονισμός (ρολόι)
σταθερή συχνότητα - μεταβλητή διάρκεια TH
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
20
Ρύθμιση πυκνότητας παλμών
σταθερή διάρκεια, μεταβλητή απόσταση μεταξύ διαδοχικών παλμών
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
21
Περιορισμός 50%
Συνεχείς παλμοί με διάρκεια
TH=0,693 (RA+RB)C και TL=0,693 RBC
επομένως...
Τ0=0,693 (RA+2RB)C
Ενεργός Κύκλος: TH/Το > 50%
Αδρανής Κύκλος: TL/Το < 50%
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
22
Ρύθμιση κύκλου
ανεξάρτητη ρύθμιση TH και TL μέσω των αντιστάσεων
προσεγιστικά:
TH=0,693 RAC
TL=0,693 RBC
23ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL I nt el l i gent Syst ems Lab
9η Ενότητα: Οι μηχανικοί διακόπτες
• τρόπος σύνδεσης• μεταβατικό φαινόμενο• αρχές εφαρμογής
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
24
Διακόπτες: ηλεκτρική σύνδεση
δύο τρόποι σύνδεσης (ενεργοποίησης): προς την τάση αναφοράς (pull up) προς τη "γή" (pull down)
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
25
Διακόπτες και "κανονική κατάσταση"
δύο ορισμοί της "κανονικής κατάστασης" κανονικά ανοικτός (N.O.) κανονικά κλειστός (N.C.)
... ανάλογα με τη θέση σε ηρεμία.
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
26
Διακόπτες και προστασία
μια αντίσταση εν σειρά προστατεύει την ψηφιακή είσοδο από μεγάλες τιμές του ρεύματος
όλες οι καταστάσεις είναι ηλεκτρικά ορισμένες είτε στην τάση αναφοράς είτε στο μηδέν (γή, σώμα)
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
27
Διακόπτες: μεταβατική συμπεριφορά
• ανεπιθύμητες ηλεκτρικές ταλαντώσεις • καταστολή με ηλεκτρονική διάταξη (h/w switch de-
bouncing) ή με λογισμικό (s/w swich de-bouncing)• σταθερό σήμα τουλάχιστον για μιά περίοδο
"σάρωσης" της ψηφιακής εισόδου
ΤΕΙ Πειραιά Καθηγητής Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab
28
Αρχή: όχι "απροσδιόριστα ηλεκτρικά σήματα"
τα άκρα ενός ελεύθερου αγωγού παράγονται απρόβλεπτες ηλεκτρικές τάσεις που μπορούν να παραπλανήσουν τις ψηφιακές είσόδους
όλα τα άκρα μεταφέρονται στη γή (ηλεκτρικό 0) ή στην τάση αναφοράς (ηλεκτρικό 1) με αντιστάσεις pull-down ή pull-up αντίστοιχα