Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 8 ] 
Датчик апогея для паршютной системы 
Автор Сообщение
Ученик
Ученик

Зарегистрирован: 22 июн 2009, 12:29
Сообщений: 25
Сообщение Водоракетостроение
opyvovar писал(а):
Все еще очень интересует Ваша схема управления выбросом парашюта.

Нашел вот такой вариант, без номиналов.
После редактирования - заменю файл, будет с номиналами.
Схема "заточена" на применение одного счетверенного операционника - но я пока подходящего не нашел.
Так что все - типа КР140УД17.
Такая "рассыпуха" принципиально позволяет подстраиваться под разные условия освещенности и разные фотодатчики.
На практике это лишнее - все запуски днем, в отсутствие тумана или осадков.


Вложения:
OS-1.jpg
OS-1.jpg [ 43.91 | Просмотров: 20823 ]
18 авг 2009, 16:34
Профиль
Советчик
Советчик

Зарегистрирован: 11 июн 2009, 16:28
Сообщений: 101
Сообщение Датчик апогея для парашютной системы
СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫБРОСОМ ПАРАШЮТА ДЛЯ ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКОЙ РАКЕТЫ

Область применения

Схема используется для управления системой выброса парашюта в момент изменения направления вектора скорости от направления ВВЕРХ к направлению ВНИЗ. Датчиком перехода между направлениями есть фотодатчик (фотодиод, фоторезистор), фиксирующий переход от СВЕТЛОГО неба к ТЕМНОЙ подстилающей поверхности.

Объект управления

Объектом управления есть низкоомная нагрузка исполнительного механизма выталкивания (выстреливания) купола парашюта из корпуса гидропневматической ракеты. Исполнительный механизм включает в себя нихромовую проволоку, которая используется для пережигания капроновой нити стопора. Схема также может быть использована для управления исполнительным механизмом на основе микродвигателя или другой активной электрической нагрузки с током управления до 1А и напряжением до 15 В (с учетом незначительных переделок).

Технические требования

1. В качестве источника питания использовать аккумуляторную батарею с напряжением в заряженном состоянии 3,75 В и разряженном 3В.
2. В схеме должна быть предусмотрена визуальная индикация (процедура контроля) состояния разряда аккумуляторной батареи.
3. С момента срабатывания датчика поворота ракеты к земле исполнительный механизм (нагрузка) должна быть включена на время от 5 до 10 сек.
4. После истечения времени активной работы нагрузки вся схема должна автоблокироваться (запрет работы фотодатчика) и переходить в режим минимального энергопотребления.
5. Перевод схемы из режима автоблокирования в режим готовности срабатывания датчика осуществить одним кнопочным выключателем.
6. В схеме должен быть предусмотрен механизм регулировки чувствительности оптического датчика (фотодиода, фоторезистора).
7. Заряд аккумуляторной батареи должен производиться после изъятия батареи из корпуса ракеты. Зарядка батареи «на месте» не предусматривается.
8. В конструкции схемы должно быть предусмотрено минимум механических контактов всех типов (кроме пайки).
9. Схема должна быть разработана таким образом, что бы обеспечить возможность конструкции работоспособность при значительных ударных нагрузках (падение) и ускорений (старт).

Технические характеристики

1. Напряжение питания 3,75…3В (может быть увеличено до 15В с незначительными переделками в схеме).
2. Потребляемый ток:
- в режиме автоблокировки – до 5 мА;
- в режиме готовности – до 20 мА;
- в режиме активной работы нагрузки - до 1А.
3. Интервал времени работы нагрузки в полете ракеты – 5с.
4. Тип индикации – светодиодная:
- зеленый светодиод обеспечивает индикацию готовности к запуску и одновременно есть датчиком разряда батареи.
- красный светодиод обеспечивает контроль работы нагрузки в режиме проверки разряда батареи перед стартом.

Инструкция по эксплуатации

Печатная плата схемы устанавливается в головную часть ракеты и вместе с источником питания утяжеляет нос ракеты, что приводит к поворачиванию ракеты головной частью по направлению к земле после достижения максимума высоты.

Кнопка «Готовность» выносится в удобное доступное место на корпусе или внутри корпуса ракеты. Фотодатчик устанавливается в головной части ракеты вдоль оси.

Инициализация перед подключением или заменой аккумуляторной батареи должны быть проведены следующие действия:
1. Пока НЕ ВЗВОДИТЬ исполнительный механизм (не устанавливать стопорную нитку)!
2. Подключить аккумулятор, затенить датчик (темный фон, например, закрыть пальцем).
3. Кратковременно нажать на кнопку ГОТОВНОСТЬ. Один или оба светодиода должны загореться примерно на 6 сек и погаснуть. Если условие выполнилось, то перейти к проверке аккумуляторной батареи. В противном случае фиксируется неисправность схемы или глубокий разряд аккумуляторной батареи.

Проверка аккумуляторной батареи

Проверку аккумуляторной батареи рекомендуется делать перед каждым пуском ракеты.
Процедура проверки предусматривает наличие подключенной нагрузки (исполнительного механизма) и прохождения последовательности действий после подключения источника питания (см. выше).
Результатом проверки есть светодиодный контроль напряжения на аккумуляторной батарее в режиме активной нагрузки. При позитивном результате контроля напряжение больше 3В. При негативном результате контроля напряжение на батарее меньше 3В или более глубоко разряжена и аккумуляторная батарея должна быть заменена.
Последовательность проверки аккумуляторной батареи:
1. Перед проверкой состояния аккумуляторов исполнительный механизм должен быть отключен (капроновая нить не установлена).
2. Перед проверкой результаты процедуры инициализации должны быть позитивными (оба светодиода погашены).
3. Перед проверкой датчик должен быть освещен (светлый фон неба, лампа и т.д.)
4. Нажать (замкнуть контакты) на кнопку «ГОТОВНОСТЬ». Должен загореться красный светодиод, а зеленый погашен. Если красный светодиод не загорелся или горит тускло, то аккумулятор глубоко разряжен и энергии недостаточно для работы схемы.
5. Если после нажатия кнопки готовность красный светодиод загорелся, то следует кратковременно затенить фотодатчик, наблюдая за обоими светодиодами, на протяжении около 6 сек (после 6 сек оба светодиода должны погаснуть):
- если в полную силу горят оба светодиода, а потом оба гаснут, то аккумуляторная батарея заряжена, если оба светодиода горят тускло или не горят то батарея разряжена.
- если на протяжении 6 сек тускло горит или погашен зеленый светодиод, а красный горит в полную силу то нагрузка имеет слишком малое сопротивление, при этом аккумулятор заряжен.
6. Во всех других случаях фиксируется неисправность схемы или неоткалиброванность фотодатчика.

Подготовка к запуску ракеты

Подготовка к запуску осуществляется после предыдущих этапов: инициализации подключения батареи (первое подключение) и проверки аккумуляторов.
Исходное состояние процедуры подготовки к запуску – режим автоблокировки (дежурный режим), во время которого оба светодиода погашены.
Последовательность подготовки ракеты к запуску:
1. Ракета устанавливается на стартовый стол и закрепляется в пусковом механизме.
2. Ось ракеты должна быть расположена таким образом, что бы на протяжении траектории полета до максимальной высоты она была направлена на светлый участок неба. В противном случае может быть осуществлено преждевременное срабатывание механизма выброса парашюта.
3. Взводится исполнительный механизм выброса парашюта (натягивается капроновая удерживающая нитка).
4. Замыкаются контакты кнопки «Готовность», при этом загорается красный светодиод. Схема взведена. Следует соблюдать особую осторожность после взведения схемы, например, даже кратковременно не затенять фотодатчик. В противном случае может быть осуществлен выброс парашюта прямо на стартовом столе.
5. Ранее загруженная водой ракета заправляется сжатым воздухом и может быть осуществлен старт.

Общая последовательность использования перед запуском

1. Инициализация (Цель – проверка контактов батареи общей работоспособности схемы).
2. Проверка аккумуляторной батареи (Цель - проверка качества батареи).
3. Подготовка ракеты к запуску (Перевод из дежурного режима в режим готовности).

Примечание. После однократной отработки активного режима работы(один перепад небо-земля) исполнительного механизма схема переходит в дежурный режим. В дежурном режиме работа фотодатчика блокируется (он не реагирует на световые сигналы и не включает нагрузку исполнительного механизма). Вывести схему из дежурного режима можно нажав кнопку ГОТОВНОСТЬ.


Описание работы схемы

С точки зрения общего подхода к функционированию схема представляет собой одновибратор, который управляется световым сигналом перехода от светлого к темному и самоблокируется после окончания генерирования импульса. Разблокировка осуществляется вручную, нажатием кнопки ГОТОВНОСТЬ.
В схеме предусмотрена светодиодная индикация режимов работы и уровня заряда аккумуляторной батареи питания 3.75В.

Функционально, схему можно разделить на три блока:
- блок компарации (DA1);
- блок задежки (DD2.1);
- блок управления (DD2.2)
Блок компарации собран на микросхеме интегрального таймера 1006ВИ1 (555 таймер) и использует его высокое входное сопротивление для снятия сигнала с фотодиода VD1 и высокую нагрузочную способность для управления усилителем постоянного тока VT1.
Формирование отрицательного импульса (отрицательного перепада) обеспечивается делителем напряжения, состоящим из резистора R1 и фотодиода (фоторезистора) VD1. Когда светодиод засвечен, то его сопротивление мало, и уровень напряжения на входе S больше трети напряжения питания. Когда светодиод затенен, то сопротивление его велико и напряжение на входе S меньше трети питания. Таким образом, переход от светлого к темному приводит к срабатыванию триггера интегрального таймера DA1 по входу S, что обеспечивает установку на выходе Q(DA1) высокого логического уровня.
Работа компаратора на DA1 возможна при наличии высокого логического уровня на входе E, сигнал управления которым поступает от блока управления.
Для подключения мощной нагрузки к выходу Q интегрального таймера подключен усилитель постоянного тока на транзисторе средней мощности VT1. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Резисторы R4 и R5 ограничивают максимальные ток базы и коллектора VT1 соответственно. Нагрузка включена последовательно с R5 и данная цепочка зашунтирована светодиодом VD2(зеленый) c собственным токоограничивающим резистором R6.
Высокий уровень напряжения логической единицы на выходе Q (DA1) обеспечивает протекание тока в базовой цепи VT1 и коллекторного тока в цепи нагрузки. При этом красный светодиод VD2 горит, индицируя работу исполнительного механизма.

Блок задержки собран на первой половине D-триггера (DD2.1) и представляет собой классический одновибратор на D-триггере. В исходном положении выход Q триггера DD2.1 находится в нулевом состоянии. После прихода положительного перепада с выхода интегрального таймера DA1 на вход С триггера DD2.1, в триггер загружается логическая единица. При этом, через резистор R2 начинает заряжаться конденсатор С3. После того как напряжение на конденсаторе достигнет порога переключения асинхронного входа сброса триггера R, триггер возвращается в нулевое состояние, а конденсатор С3 разряжается через диод VD5 и выходное сопротивление выхода Q триггера. Схема возвращается в исходное состояние.
Блок управления собран на втором триггере микросхемы DD2 (DD2.2). Блок управления построен таким образом, что триггер DD2.2 устанавливается асинхронно подачей положительного импульса на вход S, а сбрасывается синхронно, подачей положительного перепада на вход С.
Сигнал установки триггера DD2.2 вырабатывается при нажатии кнопки «Готовность» посредством делителя напряжения R7R8. При этом конденсатор С4 обеспечивает защиту от помех по питанию в сторону блока задержки. После подачи асинхронного сигнала установки триггера разрешается работа интегрального таймера DA1 по входу Е в составе блока компарации. Схема ожидает поступления сигнала от фотодиода для отработки выброса парашюта.
Сигнал сброса триггера снимается с инверсного выхода триггера блока задержки – DD2.1. Передний фронт сигнала сброса появляется в момент окончания действия импульса, генерируемого блоком задержки.
Индикация режима установки триггера (лог. «1») выполнена на основе красного светодиода VD3. Так как выходы DА2 обеспечивают ток нагрузки недостаточный для свечения светодиода VD3, а также с целью обеспечения контроля напряжения питания аккумуляторной батареи, на транзисторе VT2 собран усилитель тока по схеме с общим эмитером. Резистор R9 и стабистор VD4 включены последовательно с VD3 и используются для токоограничения и контроля напряжения питания схемы соответственно. Резистор R10 ограничивает выходной ток логического элемента, R11 способствует лучшему закрыванию транзистора VT2.
Во время контроля напряжения питания схемы стабистор выходит из режима стабилизации (высокое сопротивление), если сумма напряжений на коллекторном переходе VT2, стабисторе VD4, резисторе R9 и светодиоде VD3, становится меньше порогового уровня разряда аккумуляторной батареи(3В). В результате VD3 гаснет, чем и обеспечивает контроль разряда батареи. В случае использования других напряжений питания схемы, потребуется подбор стабилитрона (стабистора).
Простейший фильтр R3С1 обеспечивает защиту чувствительной схемы компарации от помех по питанию.


Вложения:
-схема2.jpg
-схема2.jpg [ 113.22 | Просмотров: 20816 ]
18 авг 2009, 20:45
Профиль WWW
Советчик
Советчик

Зарегистрирован: 11 июн 2009, 16:28
Сообщений: 101
Сообщение Re: Водоракетостроение
Спасибо за схему. Вроде все более-менее корректно. Я там свою выложил, в отдельной теме. Перенесите свои сообщения туда, будем в отдельно теме обсуждать.
Только не пойму, зачем два фотодиода. По моему, достаточно и одного.


18 авг 2009, 20:48
Профиль WWW
Ученик
Ученик

Зарегистрирован: 22 июн 2009, 12:29
Сообщений: 25
Сообщение Re: Датчик апогея для паршютной системы
Схема интересная, удачный алгоритм взведения.
Индикация напряжения питания просится для повторения.
Замечание: требуется проверка при разных уровнях освещенности (раннее утро и полдень),
а также при разных контрастностях "верха" и "низа" (солнечный день и пасмурный).
Дифференциальная схема определения "ориентации", при которой сравниваются световые потоки "от неба" и "от земли", на мой взгляд, нечувствительна к общему уровню освещенности и имеет бОльший диапазон "контрастностей".
Полагаю, при необходимости данную схему несложно превратить в "дифференциальную".


18 авг 2009, 22:52
Профиль
Советчик
Советчик

Зарегистрирован: 11 июн 2009, 16:28
Сообщений: 101
Сообщение Re: Датчик апогея для паршютной системы
mih писал(а):
Дифференциальная схема определения "ориентации", при которой сравниваются световые потоки "от неба" и "от земли", на мой взгляд, нечувствительна к общему уровню освещенности и имеет бОльший диапазон "контрастностей".
Полагаю, при необходимости данную схему несложно превратить в "дифференциальную".

Вначале задумка тоже была дифференциальную схему сделать, а потом решил, что смысла нет. Резистором R1 можно подстраивать стартовый уровень освещенности, а резкий порог компарации обеспечит захват даже малого контраста.
Пробовали на реальной ракете раз десять и вечером и днем. Сбоев не наблюдалось даже без особой подстройки.
Только обязательно нужно контролировать заряд аккумулятора.


18 авг 2009, 23:14
Профиль WWW
Ученик
Ученик

Зарегистрирован: 22 июн 2009, 12:29
Сообщений: 25
Сообщение Re: Датчик апогея для паршютной системы
Кстати, а какой тип аккумулятора (источника питания) ?


19 авг 2009, 08:36
Профиль
Советчик
Советчик

Зарегистрирован: 11 июн 2009, 16:28
Сообщений: 101
Сообщение Re: Датчик апогея для паршютной системы
mih писал(а):
Кстати, а какой тип аккумулятора (источника питания) ?

Подразумевался аккумулятор от мобильного телефона на 3, 75 Вольта.
Реально использовалась моноблок из 3-х никель-кадмиевых аккумуляторов от радиотелефона-удлинителя типа DECT.


19 авг 2009, 08:46
Профиль WWW
Ученик
Ученик

Зарегистрирован: 22 июн 2009, 12:29
Сообщений: 25
Сообщение Re: Датчик апогея для паршютной системы
opyvovar писал(а):
Вначале задумка тоже была дифференциальную схему сделать, а потом решил, что смысла нет.

После некоторой теоретической подготовки - работоспособность схемы с одним фото(свето)диодом обусловлена логарифмической зависимостью фотоЭДС от освещенности.
Первичным является фототок, его значение прямо пропорционально освещенности.
ФотоЭДС прямо пропорциональна абс.температуре, и имеет логарифмическую зависимость от отношения фототока к тепловому току (обратному току рп-перехода).
Поскольку в современных рп-переходах тепловой ток очень маленький, то даже при "вечерних" уровнях освещенности фотоЭДС "зашкаливает" за 100 мВ (при отсутствии внешних цепей) и далее при росте освещенности растет очень медленно.


23 окт 2009, 16:37
Профиль
Показать сообщения за:  Сортировать по:  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 8 ] 


Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
Powered by phpBB © phpBB Group.
Designed by Vjacheslav Trushkin.
Русская поддержка phpBB3