Современный мир -
это постоянно протекающая техническая и технологическая эволюция, конечным
результатом деятельности которой является многообразие форм и решений
продуктов различного назначения. В данной ситуации все актуальней встают задачи
логистики, объединяющие в себе не только функции доставки конечного продукта
потребителю, но и предварительные действия по их фасовке упаковке, сортировке
и пр. Кроме решения глобальных задач по распределению и доставке товаров в
масштабах планеты, существуют также локальные задачи, решаемые уже
непосредственно на базах и точках реализации продукции. Именно для данных задач
наиболее оптимально использование технически и технологически простых
устройств, выполняющих функцию отсчета и количественной оценки отпущенного
продукта.
В продолжение
тематики устройств на базе 8-bit контроллеров предлагается
Вашему вниманию прибор, выполняющий подсчет последовательности импульсов,
поступивших на его вход, формирование команды управления во внешнюю автоматику
и выполненный на базе уже всем известного контроллера фирмы «Microchip».
Микроконтроллерный
программируемый счетчик импульсов МПСИ-1
Мы знаем, что любой
счетчик импульсов может быть использован для количественной оценки выпущенной
продукции, кроме того, существует области применений счетчиков, где не
существует прямой связи между количеством сформированных импульсов на выходе
первичного преобразователя и физической величиной, к такой категории
относятся системы учета любых видов и предназначений, как то: счетчики воды,
электроэнергии, длины материала, веса и т д. Для таких устройств появляется
понятие «вес импульса». Как правило, при проектировании первичных преобразователей
разработчики исходят из того, чтобы на единицу конечной физической величины
было сформировано несколько точек, при зтом, чем больше их сформировано, тем
точнее будет выполнено вычисление этой величины, за меньшей дискретности
отсчета. С учетом описанных особенностей применения был спроектирован
рассматриваемый далее счетчик импульсов.
В предыдущих
статьях МПТР-1 и МПТТ-1 при их разработке были реализованы два различных и противоположных
подхода к решению задачи конструирования, а именно: первый прибор был
спроектирован с учетом требований минимальной цены изделия, а второй - с учетом
повышенных требований к метрологическим характеристикам, т.е. мы рассмотрели
два вида оптимизации при проектировании: по цене и по
тактико-техническим-характеристикам (ТТХ). Оба метода не исключают их
одновременного использования. Кроме того, мы пока не обращали внимания на
такое важное понятие, как унификация. В стремление к этому, каждый конструктор
должен прилагать максимум усилий. Существует множество типов унификаций, я
перечислю только некоторые: унификация по компонентам и материалам, унификация
по схемотехнике, унификация по конструктивному исполнению и пр.
Что дает
унификация? Роль ее сложно переоценить, потому что - это: снижение времени в
целом на разработку и постановку на производство изделия, снижение затрат на подготовку производства (оснастка,
стендовое оборудование и пр.), снижение затрат на приобретение комплектации за
счет оптовых закупок, снижение затрат на обучение производственного персонала
и пр.
Отметим, что
унификация не является самоцелью конструирования, иначе все бы было однообразно
и подобно, что крайне не желательно, особенно при разработке изделий бытового
назначения. Заметим, что многообразие конструктивных решений зачастую не исключает
аппаратную и программную унификацию изделия, что крайне благоприятно
сказывается на сроке выведения его на рынок!
Зададимся вопросом:
почему такое внимание в данной статье уделено унификации? Ответ заключается в
том, что впервые, с момента публикации первой статьи, мы будем использовать
заимствованную сборочную единицу для данного прибора от прибора МПТТ-1. То
есть, с данного момента, мы приступаем к процессу комбинирования узлов,чтобы
получить продукт совершенного иногофункционального
назначения.
Рассмотрим
предложенный прибор более детально. Изначально принимаем, что он предназначен
для подсчета количества импульсов, поступивших на его вход, и формирования
команд управления «предварение» и «уставка» для подачи во внешнюю автоматику при совпадении заданного
количества импульсов и фактического значения отсчета. Прибор предназначен для
работы в составе технологического оборудования, осуществляющего подсчет
количества выпущенной продукции, или в составе технологического оборудования,
выполняющего определенные операции с контролем количества
данных операций. Прибор может быть использован в системах фасовки и упаковки,
навивки с подсчетом числа витков, измерения длины материалов по сформированным
реперным токам и пр., а также в составе других единиц технологического
оборудования.
Скажем сразу, что
общая концепция построения прибора, по функциональным узлам, аналогична ранее
описанным приборам МПТР-1 и МПТТ-1. Структурная схема МПТР-1 приводится в [1].
Структурная схема МПТТ-1 приводится в [2].
Счетчик импульсов представляет собой блок,
состоящий из 2-х сборочных единиц: А1 - модуль контроля и управления, А2 -
модуль индикации и клавиатуры. Приведем перечисление субмодулей прибора: СУО
- субмодуль управления отсчетом (модуль А1), СПУ - субмодуль
процессорного управления (модуль А1), СУВА - субмодуль управления внешней
автоматикой (модуль А1), СЭП-субмодуль электропитания (модуль А1), МИ и К -
модуль индикации и клавиатуры (модуль А2). Схемотехнически прибор выполнен
по классической схеме с применением однокристальной микроЭВМ типа PIC18F252. Ее спецификацию можно
скачать на сайте производителя «Microchip» [3].
На рис. 1 приведена
структурная схема прибора, на рис. 2 - электрическая принципиальная.
Далее рассмотрим
состав прибора по модулям и субмодулям.
Субмодуль «СУО».
Субмодуль управления отсчетом. Входит в состав модуля А1.
Представляет собой
узел, состоящий из 2-х транзисторных оптопар структуры п-р-п и выполняющий
как функцию гальванической развязки, так и преобразования уровня сигналов от
входа к контроллеру. Входной субмодуль рассчитан на потенциальное управление
и имеет два независимых гальванически не связанных канала: первый предназначен
для сброса отсчета, второй - подсчета импульсов. Схемотехника каналов одинакова,
но имеет различие в нагрузочных резисторах оптопар. Различие объясняется
функциональным предназначением каналов и определяется в соответствии с графиком
частотного отклика в зависимости от сопротивления нагрузки. Графики частотного
отклика и времени отклика в зависимости от сопротивления нагрузки даны в техническом
описании на оптопару.
Субмодуль «СПУ».
Субмодуль процессорного управления. Входит в состав модуля А1.
Состоит из контроллера
и элементов обвязки, обеспечивающих его работу. Включение процессора типовое с
внешним кварцевым резонатором. Жестких требований на использование кварцевого
резонатора нет, поскольку подсчет входящей последовательности импульсов
выполняется аппаратными средствами контроллера в асинхронном режиме, а
контроль темпа счета является дополнительной сервисной функцией и квалифицируется
как режим индикатора. Возможно использование керамического
резонатора с некоторым ухудшением точности
измерения темпа счета. При использовании керамического резонатора и типовой
его точности настройки частоты, равной ±0,5%, и при скорости входящих
импульсов 7500 им/с мы получим максимально возможную абсолютную погрешность
измерения, равную ±38 импульсов. Отметим, что данная функция может быть использована
для наладки технологического оборудования с целью определения реальной
скорости входящего потока импульсов
В предыдущих
статьях мы рассмотрели принцип определения типа установленного в приборе индикатора,
который построен на совмещении функции звуковой сигнализации и контроля типа
индикатора по порту «RC2», такой подход применим в случае, если используется
пассивный излучатель и схема управления для него. В МПСИ-1 мы используем
активный излучатель звука, который представляет собой излучатель и встроенный
генератор. В чем достоинства и недостатки такого излучателя? Положительные
стороны - это экстремальная
простота программного обеспечения и
схемотехнического решения, а недостаток - высокая цена. Для пассивного
излучателя все с точностью до наоборот, т.е. наличие в контроллере системы «PWM», более
сложная программа и крайне низкая цена самого излучателя. Мы знаем, что
стоимость программного обеспечения, усложненная за счет необходимости введения
подпрограммы управления звуком, неизмеримо мала в отношении к общей цене
программного обеспечения, поэтому этими затратами можно пренебречь, а вот низкая
цена самого излучателя входит в состав прямых затрат на производство
продукции. Получается, что использование пассивного излучателя - это благо для
производителя, но есть еще одно ограничение на его применение - это обязательное
наличие модуля «PWM» в составе контроллера. Возникает вопрос: почему же
мы используем пассивный излучатель? Смысл такого решения носит сугубо академический
характер и предназначен для ознакомления читателей с та ким типом устройств.
Особо отметим, что
программное обеспечение прибора позволяет устанавливать различные типы
индикаторов, т.е. с «ОА» или «ОК», но в нашем случае мы будем использовать
только индикаторы с «ОА». В отличие от ранее рассмотренных приборов контроль
типа установленного индикатора ведется по отдельному порту «RA2» и определяется
состоянием перемычки «с-d» модуля А1.
Субмодуль «СБУ».
Субмодуль внешнего управления. Входит в состав модуля А1.
Выполнен на базе
2-х транзисторных оптопар п-р-п структуры с нагрузочной способностью 25 мАи
напряжением коммутации до 24 В. Отметим также, что топология прибора выполнена
так, что позволяет устанавливать оптопары на базе симисторных драйверов типа
МОС3082 или аналогичных. Для их установки и обеспечения электробезопасности,
ряд выводов данных оптопар удаляются механически на этапе их монтажа.
Субмодуль «СЭП».
Субмодуль электропитания. Входит в состав модуля А1.
Выполнен на базе
специализированной ИМС, формирующей типовое выходное напряжение +5V.
Схемотехническое решение прибора позволяет в
автоматическом режиме осуществлять переключение источников питания при отключении
основного канала энергоснабжения. Дополнительно, для осуществления
электропитания входных оптопар, прибор оснащен RC преобразователем уровня с выходным напряжением +6,5 В
при полной нагрузке на данный выход. Введение в прибор данного преобразователя
необходимо для осуществления электропитания внешних ключей управления
процессом отсчета при условии, что нет дополнительно источника питания. В случае,
если сигналы управления отсчетом будут поданы с внешней автоматики, то данный
выход просто не задействуется.
Модуль «МИ и К».
Модуль индикации и клавиатуры (А2).
Выполнен в виде
отдельной РСВ, которая является отдельной сборочной единицей и входит в состав
блока. Индикация построена по принципу динамической индикации с объединенными
анодами или катодами сегментов, в зависимости от типа индикатора, установленного
в приборе. Объединение определяется типом индикатора, т.е. с «ОА» или «ОК».
Клавиатура подключена на сегментные выводы
контроллера и циклически считы- вается, при
считывании порт контроллера настраивается на вход, и подключаются внутренние
«подтягивающие» резисторы, а по завершении считывания порт настраивается на
выход. Отметим еще раз, что данный модуль является заимствованным от прибора
МПТТ-1 Единственным исключением в общей сборке прибора является то, что в ней
не используется кнопка «°С/©», перемычка «Д6» и два резистора.
В заключении
следует сказать, что схемотехника прибора очень проста, и это дает нам право
утверждать, что результирующая стоимость изделия будет также невысока; кроме
того, уменьшенное число ЭРЭ автоматически повышает надежность прибора и
увеличивает время наработки на отказ. Подразумевается, что комплексный
коэффициент условий эксплуатации и режимов работы элементов не превосходит
значения 0,9.
Из сказанного, что
схемотехника прибора проста, следует, что все функции прибора являются программно
реализованными, т.е. основная нагрузка на исполнение функции возложена на ПО.
Литература, ресурсы
1. Сергей Зелепукин. Микроконтроллерный
программируемый терморегулятор МПТР-1. - «Радиолюбитель», №1/2011, стр. 8-11.
2. Сергей Зелепукин. Микроконтроллерный
программируемый таймер-терморегулятор МПТТ-1. - «Радиолюбитель», N"5/
2011, стр. 8-12.
3. http://www.microchip.com
Сергей
Зелепукин
г. Орёл
E-mail: sgreen.lab@gmail.com