ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ МЕХАТРОННОЕ УСТРОЙСТВО С ДИСТАНЦИОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

АННОТАЦИЯ

В статье анализируется двухпараметрическое оптическое оптоэлектронное устройство, определяющее степень изменения состава объектов, и построена структурная схема устройства для дистанционного мониторинга загрязнения окружающей среды или объектов управления. Рассмотрена структурная схема мехатронного устройства, которое дистанционно контролирует повреждение проверяемых объектов.

ABSTRACT

The article analyzes the two-parameter optical optoelectronic device, which determines the degree of change in the composition of objects, and draws up a structural diagram of the device for remote monitoring of damage to the environment or control objects. Structural diagram of mechatronic device, which remotely monitors damage of inspected objects, is considered.

Ключевые слова: мехатроника, оптоэлектронное устройство, импульс, светодиод, фотодиод, усилитель, устройство сравнения, измерительный прибор, генератор, триггер, делитель частоты, модулятор, микросхема, транзистор, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, исполняющее устройство.

Keywords: mechatronics, optoelectronic device, impulse, light-emitting diode, photo diode, amplifier, comparison device, measuring device, generator, trigger, frequency divider, modulator, chip, transistor, analog-digital converter, microcontroller, the executing device.

Сегодня, когда пандемия коронавируса распространяется по миру, принимаются меры по предотвращению проникновения и распространения коронавируса на предприятиях, в различных торговых центрах и на рынках. Следует отметить, что необходимость дистанционного измерения и контроля температуры человека и загрязнения окружающей среды на многих предприятиях и организациях, торговых центрах требует исследований в этой области и создания устройств экспресс (быстрого) мониторинга.

Конечно, исследования по созданию этих сложных биологических, небиологических тел и устройств управления процессами будут сосредоточены на перспективных областях науки и технологий, основанных на достижениях «интеллектуальных» машин, робототехники, микроэлектроники, информационных технологий и биотехнологий за прошлые годы полвека. В частности, появление мехатроники не только создало спрос на новые технологии, но и радикально изменило отношение к техническим наукам.

Мехатроника - это интеллектуальная управляемая система движения, использующая взаимодействие специальной механики, электроники, электротехники и компьютерных технологий (синергетика), которая учит конструированию машин [1, 2].

Интеллектуальное управление - это управление искусственным интеллектом. В настоящее время искусственный интеллект разрабатывается на основе компьютерных технологий.

Принципы построения интеллектуально управляемых, т. е. мехатронных систем, целесообразно использовать при создании устройства для удаленного мониторинга ущерба окружающей среде или объектов управления.

Известно, что во многих случаях возникает необходимость автоматического управления составом объектов. К наиболее распространенным промышленным методам управления составом объектов относятся кондуктометрические, потенциометрические, оптические, титрометрические и радиоизотопные методы [3]. Распространение изображения в контрольном поле можно получить от «светодиод-фотодиода», используя то, что поле не является оптически однородным.

Рассмотрим структурную схему двухпараметрического оптического оптоэлектронного устройства, определяющего уровень состава объектов (рис. 1). На основе этой блок-схемы можно будет создать (спроектировать) принципиальную схему [4].

Рисунок 1. Блок-схема оптоэлектронного устройства, контролирующего состав объектов

Здесь: БИ – блок импульсов; СД1, СД2- светодиоды; OК- объект контроля; Ф1, Ф2 - световые потоки, проходящие или возвращающиеся через OК; ФД1, ФД2 - фотодиоды; У1, У2-усилители; УС-устройство сравнения; ИУ-измерительное утройство.

Для импульсного блока оптоэлектронного устройства могут использоваться следующие микросхемы и транзисторы:

1) микросхемы: - LM311, SN7400, SN74141, SN7474 и SN7490;

2) транзисторы: - 2SK58, BD333, BSX63 и U441.

На рисунке 2 показана блок-схема импульсного блока. Он состоит из генератора импульсов 1, триггера 2, делителя частоты 3, генератора экспоненциальной функции 4 и экспоненциального модулятора 5. Генератор импульсов построен на интегральной схеме, вырабатывающей прямоугольные импульсы нужной амплитуды и частоты n = 1000 Гц. Эти импульсы поступают на триггер, который дает симметричные противофазные импульсы, а оттуда - на делитель частоты. Этот триггер построен на трех последовательно соединенных микросхемах типа SN7490, каждая микросхема имеет коэффициент деления K = 10 и общий коэффициент деления K = 1000. Прямоугольные импульсы падают с выхода делителя частоты на генератор экспоненциальной функции.

Рисунок 2. Структурная схема импульсного блока

Усиленный экспоненциальный импульс поступает на вход отражателя эмиттера, подключенного к модулятору. Таким образом, дискретные экспоненциальные импульсы усиливаются током в отражателях эмиттера, встроенных в транзисторы, и передаются на инфракрасные светодиоды СД1, СД2. Длины волн света инфракрасных светодиодов СД1 и СД2 бывают двух типов: один (скажем, СД1) соответствует основной длине волны, а другой (СД2) соответствует измеренной длине волны. Часть потока света, излучаемого светодиодами, который проходит (или возвращается) через объект управления, улавливается фотоприемниками. В фотоприемниках поток света преобразуется в электрический сигнал и передается на усилители. Усиленные сигналы поступают на устройство сравнения и сравниваются с базовыми импульсами. Разница сигналов отражается на измерительном приборе.

На основе анализа научных исследований построим структурную схему мехатронного устройства, дистанционно отслеживающего повреждения объектов управления [4]. Мехатронное устройство, которое дистанционно контролирует повреждение проверяемых объектов (воздух, продукты питания, металл и другие человеческие предметы), состоит из следующих блоков и элементов: блок импульсов (БИ), светодиоды (СД1 СД2), фотодиоды ( ФД1, ФД2), усилители (У1, У2) состоят из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), микроконтроллеров AVR (MK), исполнительного механизма (ИМ) и нейтрализующего устройства (НУ). Блок-схема устройства представлена ​​на рисунке 3.

Рисунок 3. Блок-схема оптоэлектронного мехатронного устройства, дистанционно контролирующего объектами

Заключение. Предложено мехатронное оптоэлектронное устройство для дистанционного контроля состава объектов.

Рассмотрено структурная схема двухпараметрического оптического оптоэлектронного устройства, определяющего уровень состава объектов (рис. 1). Подобраны необходимые микросхемы и элементы для импульсного блока.

На основе анализа научных исследований построена структурная схема мехатронно-оптоэлектронного устройства для дистанционного контроля состояния объектов.

.

Список литературы:

1. Пупков К.А. Мехатроника. Учебное пособие.-М.:РУДН, 2008.-с.7
2. Готлиб Б.М., Вакалюк А.А. Введение в специальность “Мехатроника и робототехника”. Курс лекций. -Екатеринбург: УрГУПС, 2012. –С.17.
3. Клюев В.В. (ред.) Неразрушающий контроль. Справочник. — В 7 т. — Том 1. — В 2 кн. — Ф. Р. Соснин. — М.: Машиностроение, 2008. — 323 с.
4.  Бутаев Т. Суюкликлар таркибини назорат килувчи оптоэлектрон  курилма. Материалы ИВ Международной конференции по оптическим и фотоэлектрическим явлениям в полупроводниковых микро-и нано структурах. -Фергана, 2018. - III часть, с.115-117.