Презентация_Защита_Диплома_Гостюк

1.

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
Цифровой амперметр на
микроконтроллере ATtiny2313
Выполнил: студент группы 1К-22 Гостюк Я. Р.
Руководитель: Богомазова Е. В.

2.

Введение и актуальность
• Необходимость точных и надежных измерений тока в современных электронных системах.
• Преимущества цифровых измерительных приборов перед аналоговыми: высокая точность,
отсутствие погрешности считывания, помехоустойчивость.
• Экономическая целесообразность разработки собственного цифрового амперметра на базе
доступных компонентов.
• Использование микроконтроллера ATtiny2313 позволяет минимизировать габариты устройства и
упростить аппаратную часть за счет программной обработки.

3.

Цель и задачи разработки
Цель проекта: Проектирование и техническая реализация высокоточного цифрового амперметра
на базе микроконтроллера ATtiny2313.
Основные задачи исследования и разработки:
1. Анализ существующих аналогов и выбор оптимальной схемотехники.
2. Разработка структурной и принципиальной электрической схемы устройства.
3. Проектирование программного обеспечения для микроконтроллера.
4. Расчет надежности, разработка блока питания и мер по охране труда.
5. Технико-экономическое обоснование проекта.

4.

Структурная схема устройства
Основные функциональные узлы цифрового амперметра:
• Входной измерительный шунт: Преобразует протекающий ток в пропорциональное напряжение.
• Блок измерений (Усилитель): Операционный усилитель DA3 для масштабирования сигнала.
• Микроконтроллер ATtiny2313: Сердце системы, выполняет аналого-цифровое преобразование,
программную фильтрацию и управление индикацией.
• Блок отображения информации: Семисегментный светодиодный или ЖК-дисплей для вывода
результатов.
• Стабилизированный блок питания: Обеспечивает точные опорные напряжения.

5.

Принципиальная электрическая схема
Особенности аппаратной реализации схемы:
• Микроконтроллер D1 (ATtiny2313) тактируется от внутреннего или внешнего кварцевого
резонатора.
• Измерительный узел содержит прецизионный шунт R15 и цепь защиты на стабилитроне VD1.
• Динамическая индикация организована через транзисторные ключи для снижения нагрузки на
порты МК.
• Блок сброса (Reset) реализован на транзисторе VT6 под управлением микроконтроллера для
исключения зависаний при сбоях питания.

6.

Обоснование выбора компонентов
• Микроконтроллер AVR ATtiny2313:
– Оптимальное соотношение цена/производительность, 2 КБ Flash-памяти программ.
– Наличие встроенных таймеров/счетчиков для организации динамической индикации.
• Операционный усилитель DA3:
– Низкое напряжение смещения нуля для минимизации измерительной погрешности.
• Конденсатор C12 (пленочный):
– Использование в цепи фильтрации измерительного сигнала для подавления пульсаций.
• Стабилизаторы напряжения серии L7805CV / 79L05 для формирования двухполярного питания.

7.

Алгоритм работы программы
Программный комплекс разработан на языке Си и выполняет следующие шаги:
1. Инициализация периферии: Настройка портов ввода-вывода, таймеров и АЦП/компаратора.
2. Основной цикл измерения:
– Опрос аналогового измерительного канала.
– Цифровая фильтрация (усреднение по выборке из 16-64 значений) для стабильности
показаний.
3. Преобразование бинарного значения в десятичный формат (двоично-десятичный код).
4. Динамический вывод на 7-сегментный индикатор по прерыванию таймера.

8.

Технические расчеты блока питания
Параметры и результаты расчета источника питания устройства:
• Заданный ток нагрузки: Iн = 0.3 А
• Требуемое выходное стабилизированное напряжение: Uвых = 15 В
• Выбор интегрального стабилизатора с запасом по входному напряжению.
• Расчет емкости сглаживающего фильтра конденсатора для обеспечения коэффициента
пульсаций менее 1%.
• Расчет теплоотвода (радиатора) для силового регулирующего элемента.

9.

Расчет надежности устройства
Оценка безотказности работы цифрового амперметра:
• Расчет суммарной интенсивности отказов системы λ_сумм на основе интенсивности отказов
отдельных ЭРЭ (резисторы, конденсаторы, МК, диоды).
• Среднее время наработки на отказ T_ср = 1 / λ_сумм превышает нормативные технические
требования.
• Вероятность безотказной работы P(t) в течение заданного времени эксплуатации (например, 10
000 часов) составляет более 0.95.
• Применение мер повышения надежности: работа компонентов с электрическим и тепловым
недогрузом (запас 20-30%).

10.

Охрана труда и безопасность
Обеспечение безопасных условий при производстве и эксплуатации:
• Расчет параметров освещенности рабочего места оператора ПК/монтажника (нормируемая
освещенность E = 400 лк для помещения 6х4 м).
• Защита от поражения электрическим током: защитное заземление корпуса, применение
изолированного инструмента.
• Микроклиматические условия: соответствие температуры, влажности и скорости движения
воздуха требованиям СанПиН.
• Пожарная безопасность: категорирование помещения, наличие первичных средств
пожаротушения (углекислотные огнетушители).

11.

Экономическое обоснование проекта
Статья затрат / Показатель
Значение
Примечание
Стоимость комплектующих и материалов
Доступно / Бюджетно
Микроконтроллер, шунт, ОУ, БП
Затраты на проектирование и ПО
Минимальные
Использование открытого ПО
Себестоимость опытного образца
Ниже рыночных аналогов
Высокая конкурентоспособность
Экономический эффект от внедрения
Высокий
За счет автоматизации измерений

12.

Заключение
• Разработан и успешно спроектирован цифровой амперметр на базе современного
микроконтроллера ATtiny2313.
• Устройство обеспечивает высокую точность измерения тока, имеет надежную систему
аппаратного сброса и динамической индикации.
• Все проведенные расчеты (технические, экономические, надежности и охраны труда)
подтверждают инженерную корректность и практическую значимость проекта.
• Спроектированное устройство готово к мелкосерийному производству и интеграции в
лабораторные и промышленные стенды.