www.eprace.edu.pl » automatyka-basenowa » Opis części sprzętowej urządzenia. » opis szczegółowy poszczególnych bloków urządzenia

opis szczegółowy poszczególnych bloków urządzenia

Magistrala RS485 (rysunek nr 45) zrealizowana jest w oparciu o specjalizowany układ scalony MAX485. Jest on dołączony do modułu USART mikroprocesora. Za sterowanie kierunkiem transmisji odpowiedzialny jest port PC7.

W normalnym stanie wszystkie urządzenia Slave podłączone do magistrali są w trybie nasłuchu. Urządzenie Master odpytuje kolejne urządzenia Slave zezwalając im na chwilowe przełączenie się w tryb nadawania. Po wysłaniu przez Slave odpowiedzi, następuje ponowne przejście w tryb nasłuchiwania. Z noty katalogowej producenta wynika, że jeżeli więcej niż jedno z urządzeń podpiętych do magistrali byłoby równocześnie w trybie nadawania, groziłoby to uszkodzeniem obwodów wyjściowych układu MAX485. Podczas testów prototypu nie spotkałem się z takim zjawiskiem lecz nie oznacza to, że nie może ono wystąpić.

Diody D10 i D11 swoim świeceniem sygnalizują transmisję danych. Transile TL1 i TL2 mają za zadanie zabezpieczyć obwody wejściowe układu MAX485 na wypadek przepięć w magistrali.

Rysunek 45 - schemat modułu komunikacji RS485


Jako przetwornik ciśnienie / napięcie użyty został popularny moduł z serii MPX5010. Jego czułość to typowo 450mV/kPa. Pomiędzy wyjściowy pin przetwornika, a masę wpięty został kondensator 100nF, służący do odkłócenia sygnału trafiającego do przetwornika A/C. Jego obecność wspomaga programowe różniczkowanie sygnału co zapobiega samoczynnym wyzwoleniom układu.

Rysunek 46 - schemat podłączenia czujnika do procesora, widok obudowy czujnika


Moduł wyświetlacza to standardowa implementacja ekranu alfanumerycznego 2x16 znaków ze sterownikiem HD44780 (rysunek nr 47). Tego typu wyświetlacz wymaga do poprawnej pracy jedynie 6-ciu sygnałów sterujących: DB4 – DB6 (sterowanie półbajtowe), Reset, Enable. W projekcie celowo pominięto użycie sygnału R/W, gdyż nie było potrzeby odczytywania z wyświetlacza danych aktualnie na nim prezentowanych. Sygnał ten na stałe podłączono do masy. Potencjometr PR1 służy do ustawiania kontrastu wyświetlacza.

Rysunek 47 - schemat połączeń płytki wyświetlacza

Na płytce drukowanej, obok modułu alfanumerycznego, znajdują się także microswitch’e służące do ustawiania parametrów sterownika, oraz dioda RGB informująca o aktualnym stanie pracy urządzenia. Płytka wyświetlacza połączona jest z płytą główną za pomocą tasiemki przewodów zakończonej obustronnie gniazdami listwowymi dla kołków Goldpin.


Zasilacz urządzenia (rysunek nr 48) to typowa aplikacja scalonego stabilizatora LM7805. Na płycie głównej, oprócz stabilizatora, mostka prostowniczego i kondensatorów filtrujących znajduje się także zalewany żywicą transformator. Oprócz kondensatorów filtrujących w zasilaczu, na płytce umieszczone są też dodatkowe kondensatory odkłócające o wartości 100nF, przylutowane możliwie najbliżej wyprowadzeń newralgicznych układów.

Zasilacz dostarcza stabilizowanego napięcia 5V służącego do zasilenia procesora, przetwornika MPX, zegara RTC, wyświetlacza, czujnika temperatury oraz modułów rozszerzeń podłączanych przez złącza RJ. W dwóch ostatnich przypadkach napięcie podawane jest poprzez bezpieczniki polimerowe 100mA. Drugie napięcie, niestabilizowane 12V, pierwotnie miało służyć do zasilania cewki przekaźnika w obwodzie wyjścia wysokoprądowego (wersja modułu z procesorem AtMega8). Jednak w toku prac zrezygnowano z przekaźnika i pozostawiono jedynie triak. Obecnie napięcie 12V nie jest wykorzystywane.

Po stronie pierwotnej transformatora znajduje się warystor 275V AC, którego zadaniem jest niwelacja przepięć mogących powstać w sieci zasilającej podczas pracy styczników tablicowych i innych urządzeń indukcyjnych. Jego obecność zmniejsza podatność urządzenia na zakłócenia. Umieszczony tuż obok bezpiecznik 3,15A ma za zadanie ochronić urządzenie w przypadku zwarcia na wyjściu wysokoprądowym. Przepalenie bezpiecznika powoduje całkowite odłączenie urządzenia od sieci zasilającej.

Rysunek 48 - schemat zasilacza

Kwarc taktujący procesor podłączony jest do jego nóżek zgodnie z zaleceniami noty aplikacyjnej Atmel (rysunek nr 49) . Do taktowania użyty może zostać dowolny kwarc z przedziału 8-16MHz. W prototypowym egzemplarzu pracuje kwarc o częstotliwości 11,592MHz. W zależności od użytego kwarcu, jego wartość musi zostać podana w programie gdyż ma wpływ na wielkość uzyskiwanych zależności czasowych. Na jej podstawie wyznaczana jest także zawartość rejestrów konfiguracyjnych modułu USART.

Rysunek 49 - kwarc taktujący


Zadaniem wejścia 230V (rysunek nr 50) jest umożliwienie wysterowania modułu SPA za pomocą standardowych włączników elektrycznych, bez potrzeby komplikowania połączeń w instalacji elektrycznej (np. dodatkowe styczniki z wyjściem bez potencjałowym, itp.). Całkowita separacja galwaniczna wejścia od pozostałej części układu, umożliwia podanie napięcia z innej fazy niż ta, z której moduł SPA jest zasilany. Ważne jest to, aby obwody zasilający i sterowniczy były podłączone w sposób poprawny, nie powodujący fałszywego wyzwalania zabezpieczeń różnicowoprądowych. Rysunek nr 51 prezentuje różne warianty podłączenia: z wykorzystaniem wspólnego zabezpieczenia różnicowoprądowego, oraz z wykorzystaniem dwóch oddzielnych zabezpieczeń ΔI.

W urządzeniu docelowym zastosowano kondensator C14 o wartości 470nF. Dioda D1 zabezpiecza diodę transoptora CNY17 przed zbyt wysokim napięciem wstecznym. Rezystor R6 wraz z kondensatorem C0 tworzą układ utrzymujący przebieg z kolektora transoptora blisko poziomu niskiego. Bez kondensatora C0 sygnał docierający na wejście procesora powodowałby wielokrotną zmianę stanu z wysokiego na niski, co skutkowałoby błędnym interpretowaniem statusu wejścia.

Rysunek 50 - obwód wejścia 230V AC

Rysunek 53 - a) i b) jedno zabezpieczenie różnicowoprądowe, zaciski przewodu neutralnego zmostkowane przy urządzeniu, c) dwa zabezpieczenia różnicowoprądowe, d) obwód sterowniczy bez zabezpieczenia różnicowoprądowego (nie zalecane)

Wyjście 230V zrealizowane jest w oparciu o triak BT 137 o maksymalnej obciążalności 8A. Sterowanie triaka odbywa się za pomocą optotriaka, z załączaniem w zerze, serii MOC 30xx. Gwarantuje to separację galwaniczną wyjścia od części niskonapięciowej układu. Dioda nadawcza optotriaka jest sterowana bezpośrednio z wyjścia mikrokontrolera.

Na wyjściu triaka włączony jest układ gasikowy składający się z kondensatora C15, rezystora R8 oraz warystora 275V AC. Tego typu układ musiał być zastosowany ze względu na indukcyjny charakter obciążeń i możliwość pojawienia się przepięć mogących uszkodzić triak.

Może się zdarzyć, że przyłożona do zacisku fazowego wyjścia OUT kontrolka (neonówka lub przyrząd tzw. „fazer”) zacznie wskazywać obecność napięcia fazowego. Jest to sytuacja całkowicie normalna, spowodowana obecnością układu R8 – C15 włączonego równolegle do triaka.

Rysunek 52 - wyjście 230V AC


Zegar Czasu Rzeczywistego (rysunek nr 53) jest typową aplikacją układu RTC serii PCF 8563. Kwarc Q2 służy do taktowania wewnętrznego oscylatora układu. Bateria 3V podtrzymuje pamięć układu w przypadku zaniku zasilania sieciowego. Kondensator C18 dodatkowo filtruje zasilanie. Diody D8 i D9 to prosty rodzaj przełącznika z zasilania bateryjnego na sieciowe. W czasie, gdy układ pracuje na zasilaniu sieciowym dioda D8 pozostaje spolaryzowana zaporowo i zegar zasilany jest za pośrednictwem diody D9. W momencie zaniku zasilania sieciowego dioda D8 zaczyna przewodzić tym samym podtrzymując ciągłość zasilania zegara. Dioda D9 spolaryzowana zaporowo powoduje, że reszta układu nie jest zasilana z baterii, co wydatnie wydłuża czas jej działania.

Rysunek 53 - Zegar Czasu Rzeczywistego


Układ wejść / wyjść niskoprądowych umożliwia zwiększenie funkcjonalności modułu SPA w zależności od potrzeb. Rozwiązanie to zostało tak pomyślane, aby zarówno wejścia, jak i wyjścia można było w prosty sposób zamienić w wysoko prądowe. Realizowane jest to poprzez połączenie odpowiedniego gniazda RJ z modułem rozszerzeń mocowanym na szynie DIN (moduły w opracowaniu). Diody Zenera D4 – D7 zabezpieczają wejścia układu ULN 2803 przed pojawieniem się zbyt wysokiego napięcia. Przyjęto, że poprawny zakres napięć roboczych podawanych na wejścia sterownika to 5-12V.

Na złącza gniazd RJ podawana jest także masa układu i zasilanie +5V. Obwody zasilania zabezpieczone są bezpiecznikami polimerowymi 100mA.

Rysunek 54 - układy WE / WY niskonapięciowych



komentarze

Copyright © 2008-2010 EPrace oraz autorzy prac.