Диссертация (1026354), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Алгоритмыпозволяют министику функционировать в роли разных коммутационныхустройств, с возможностью изменения функциональности в реальном времени.3. Предложенметодэкспериментальногоисследованияфункциипреобразования оптического министика. Разработан алгоритм исследованияфункции преобразования оптического министика.
Определены параметрыоценки качества полезного сигнала министика и их расчетные формулы.4. Предложенметодэкспериментальногоисследованияэксплуатационного ресурса оптического министика. Разработан алгоритмисследования эксплуатационного ресурса оптического министика.5. Длянеобходимореализацииразработатьметодовэкспериментальногоэкспериментальноеоборудование.исследованияРазработкаоборудования и исследование экспериментальных образцов министиков будутпроизведены в главе 4.101ГЛАВА 4.
ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ МИНИСТИКОВ И СРЕДСТВУПРАВЛЕНИЯ НА ИХ ОСНОВЕ4.1 Техническая реализация оптических министиковНа основе общей структуры оптического министика, представленной вразделе 3.1, были разработаны экспериментальные образцы цифровыхоптических министиков для проведения исследований.Конкретная элементная база была определена анализом характеристиканалогов оптических министиков и требованиями ПНИЭР RFMEFI57914X0087:- размеры министика не более 16х16х16 мм;- масса не более 5 грамм;- выход: цифровой, последовательный интерфейс SPI.На основе этих требований была определена реализация оптическихминистиков:- вкачествемикропроцессорабылвыбран8-разрядныймикроконтроллер HT46R02B производства фирмы Holtek.- тип светоизлучателей – светодиоды KP-3216F3C производствафирмы Kingbright;- тип фотоприемников – PIN-фотодиод PD15-21B/TR8 производствафирмы Everlight;- типизмерителя–12-разрядныйаналогово-цифровойпреобразователь, интегрированный в микроконтроллер HT46R02B;- типкоммутационныхключей–встроенныеключимикроконтроллера HT46R02B.На Рисунке 4.1 представлена принципиальная схема министика с общимизлучателем, на Рисунке 4.2 – принципиальная схема министика с общимприемником102Рисунок 4.1 – Принципиальная схема оптического министика с общимизлучателемРисунок 4.2 – Принципиальная схема оптического министика с общимизлучателемПосле разработки программного и аппаратного обеспечения министиковбыли разработаны экспериментальные образцы министиков.
Фотографияэкспериментального образца министика представлены на Рисунке 4.3.103Рисунок 4.3. Внешний вид оптического министика4.2 Разработка оборудования для экспериментального исследованияхарактеристик оптических министиков4.2.1 Разработка оборудования для исследования функции преобразованияоптических министиковВ разделе 3.2.1 был разработан метод для исследования основнойхарактеристики оптического министика – функции преобразования, т. е.зависимости его показаний от величины отклонения управляющей рукоятки.Для автоматизированного снятия характеристик оптических министиков былразработан универсальный испытательный стенд, реализующий данный метод.Устройство испытательного стенда включает в себя конструкцию,аппаратное обеспечение, программное обеспечение.КонструктивностендпредставляетсобойГ-образныйблок,выполненный из стали толщиной 2 мм.
На горизонтальной части установленшаговый двигатель с двусторонним валом. На главном конце вала закрепленоповоротное основание («столик»). На столике закрепляется исследуемыйминистик.На вертикальной части стенда установлен шаговый двигатель сдвусторонним валом. На главный конец вала крепится отклоняющий элемент.104При вращении вала отклоняющий элемент производит отклонение рукояткиминистика от центрального положения.Для обеспечения точности позиционирования основания и рукояткиминистика в конструкцию стенда введена обратная связь.
Для полученияинформации о положении вала шагового двигателя в конструкцию стендавведены абсолютные цифровые энкодеры (датчики угла) разрядностью 10 бит,обеспечивающие погрешность определения угла поворота не более 0,35°.Внешний вид стенда со снятыми боковыми крышками представлен наРисунке 4.4.112233448756Рисунок 4.4. Испытательный стенд: 1 – корпус стенда, 2 – отклоняющийэлемент, 3 – министик, 4 – поворотное основание, 5 – шаговый двигательповорота основания, 6 – датчик угла поворота основания, 7 – шаговыйдвигатель поворота отклоняющего элемента, 8 – датчик угла поворотаотклоняющей рукоятки105Аппаратное обеспечение испытательного стенда представлено наструктурной схеме (Рисунок 4.5) и содержит:- шаговыйдвигатель42HS4013B4,осуществляющийповоротминистика вокруг оси Z, с установленным соосно на вал абсолютнымоптическим цифровым энкодером (датчиком угла поворота) TRD-3A1024-2610фирмы Koyo;- шаговыйдвигатель42HS4013B4,осуществляющийповорототклоняющего элемента, с установленным соосно на вал абсолютнымоптическим цифровым энкодером (датчиком угла поворота) TRD-3A1024-2610фирмы Koyo;- управляющий микроконтроллерный модуль.Управляющий микроконтроллерный модуль10Мультиплексор1010SelectПКUSBУправляющиймикроконтроллерДатчик углаповоротаотклоняющейрукояткиШаговыйдвигательповоротарукояткиДрайвер ШДповоротарукояткиДатчик углаповоротаоснованияДрайвер ШДповоротаоснованияШаговыйдвигательповоротаоснованияТестируемыйминистикSPIРисунок 4.5.
Структурная схема универсального испытательного стендаУправляющиймикроконтроллереосуществляетмикроконтроллерныйAT90USB1286управлениефирмышаговымимодульATMEL.двигателямипостроеннаМикроконтроллерповоротастоликаи106отклоняющего элемента, считыванием значений положения вала двигателя сэнкодеров, а также считывает показания министика по интерфейсу SPI. Связь скомпьютером осуществляется по интерфейсу USB.Силоваячастьуправляющегомодуляпостроенанадвухспециализированных микросхемах-драйверах шаговых двигателей A3987фирмы Allegro.
Управление драйверами производится подаваемыми смикроконтроллера сигналами логического уровня ENA (включение питанияшагового двигателя), STEP (поворот на 1 шаг), DIR (направление поворота),MSTEP1 и MSTEP2 (программируемое дробление шага двигателя).Выходнойсигналэнкодерапредставляетсобой10-разрядныйпараллельный код Грэя.
Для подключения двух энкодеров к общим входаммикроконтроллера используется цифровой 10-разрядный мультиплексор,выбирающий 1 линию из 2. Мультиплексор построен на трех микросхемахSN74HC257D фирмы Texas Instruments, представляющие собой 4-разрядныемультиплексоры.Питание силовой части осуществляется постоянным напряжением+15..24 ВотблокапитанияGembirdNPA-AC1Dилианалогичного,размещенного вне корпуса стенда.
Питание электроники осуществляетсянапряжением +5 В непосредственно от компьютера, к которому подключаетсястенд, по шине USB. Для охлаждения двигателей и электроники стенда,нагревающихся при работе, в корпус установлен вентилятор.Программное обеспечение стенда состоит из программы для ПКMinistickAutotester 1.0 и управляющей программы для микроконтроллера.Управляющая программа («прошивка») микроконтроллера соединяетсяс ПК по интерфейсу USB.
При подключении стенда к ПК он определяетсяоперационной системой как HID-устройство. Каждый стенд имеет свойсобственный определенный в программе микроконтроллера адрес продукта(PID), позволяющий идентифицировать конкретное устройство.107Программа осуществляет прием команд ПК по интерфейсу USB навращениедвигателей,содержащихпараметры:скоростьвращения,направление (по часовой стрелке или против) и число шагов поворота – длякаждого из двигателей (основания и рукоятки). Далее программа формируетуправляющие сигналы для драйверов соответствующих шаговых двигателей.Для подачи импульсов, определяющих шаги поворота двигателя, используютсяпрограммируемые аппаратные блоки микроконтроллера – таймер-счетчики,посылающие драйверам импульсы с заданной частотой, определяющейскорость вращения двигателей.
Во время вращения двигателей программаформирует флаг работы двигателей, после окончания вращения флагсбрасывается.После запуска устройства программа производит регулярный опросэнкодеров положения валов шаговых двигателей и опрос министика поинтерфейсу SPI. Полученные показания сохраняются в оперативную памятьмикроконтроллера.По запросу ПК по интерфейсу USB микроконтроллер отправляетпоследние на текущий момент показания, положение валов шаговыхдвигателей, а также флаг текущего статуса вращения шаговых двигателей.ПрограммадляПКMinistickAutotester1.0предназначенадляавтоматизированного снятия характеристик оптических министиков.
Скриншотглавного окна программы представлен на Рисунке 4.6.Программа MinistickAutotester 1.0 устанавливает связь с испытательнымстендом по интерфейсу USB при нажатии соответствующей кнопки. Для связииспользуется библиотека AtUsbHid.dll. После соединения программа синтервалом 50 мс опрашивает стенд, текущее положение стола и отклоняющейрукоятки полученные показания министика в виде значений отклонениярукоятки министика по осям X и Y отображаются на графике в правой частиэкрана.108Рисунок 4.6. Вид главного окна программы MinistickAutotester 1.0Программа MinistickAutotester 1.0 позволяет управлять двигателямистенда в двух режимах:-ручное управление;-автоматическое тестирование.Режим ручного управления доступен при выключенном автоматическомтестировании. Он позволяет повернуть рукоятку или основание в заданномнаправлении с заданной скоростью на определенное число шагов, либозабазировать их в заданном положении по датчикам.
Режим используется дляручного тестирования работы стенда и министика, определения параметров дляавтоматического тестирования и для установки в начальное нейтральноеположение.Автоматическоепрограммам:тестированиеможетпроизводитьсяподвум109-радиусы – при этой программе рукоятка министика отклоняется впределах 0..5 мм с шагом 0,5 мм, основание министика поворачивается наполный оборот;-диаметры – при этой программе рукоятка министика отклоняется впределах -5..+5 мм с шагом 0,5 мм, основание министика поворачивается на 0,5оборота.Параметрами автоматического тестирования являются:-шаг поворота основания;-пределы отклонения рукоятки министика;-число замеров показаний в заданной точке.Вовремяпоочереднопроведенияотклоняетавтоматическогорукояткуминистикатестированиявпрограммазаданныеточки.Позиционирование рукоятки осуществляется на основе данных энкодеров.Полученные результаты измерений программа отображает на графике вплоскости X-Y.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
