Диплом (1229732), страница 2
Текст из файла (страница 2)
2.2. Установка и расчёт светодиодов по цепям управления электровоза
Установка светодиодов производилась путём подготовки гнезда в пластике с напечатанной на самоклеющейся плёнке схеме. Гнездо диаметром 2,9 мм.
Рисунок 2.1 - Характеристики сверхярких диодов 3 мм
Расчёт гасящего резистора производился с учётом рассеиваемой мощности
(2.1)
Исходя из формулы 1.7, мощность взята 1 Ватт. Так как цепочка последовательно соединённых диодов не менее десяти, то электрическое сопротивление светодиода будет равно 1400 Ом.
=1400 Ом.
=0,56 Вт.
Поэтому номиналы резисторов выбирались согласно каталогу приближёнными к расчётным, а мощность 1 Ватт.
В результате была спроектирована и выполнена схема изображённая на рисунке 2.2
Рисунок 2.2 – Фотография изготовленной схемы цепей управления электровоза ЭС5К "ЕРМАК" с установленными светодиодами
2.3. Разработка, расчёт и изготовление блока управления неисправностями
2.3.1. Постановка задачи для расчёта блока управления неисправностями электровоза ЭС5К "ЕРМАК"
К основным задачам для расчёта блока управления неисправностями относятся:
- определить наиболее подходящий интерфейс связи устройства с электрической схемой электровоза ЭС5К "ЕРМАК";
- выбрать наиболее подходящее вычислительное устройство (контроллер);
- разработать интерфейс связи передатчика с приемником, такой, чтобы переключения производились в прямой видимости передатчика и приёмника;
- выбрать наиболее подходящий диапазон работы приемника и передатчика;
- основываясь на полученных данных, разработать передающий и приемный модули.
Исходя из поставленных задач, получаем структурную формулу демонстрационной модели комплекса, изображенную на рисунке 2.4. Комплекс состоит из приёмника, подключенного к базовому блоку. Базовый блок имеет органы управления, разъемы для подключения блока питания, программатора и других внешних устройств. Передатчик управляет приёмником посредством передачи данных на базовый блок, определяя какую цепь необходимо замкнуть(разомкнуть) на данный момент.
Рисунок 2.3 - Упрощенная структурная схема комплекса
2.3.2. Анализ интерфейсов связи базового блока с приёмником
Для связи базового блока с передающим устройством можно использовать множество различных интерфейсов. Возникает три варианта решения проблемы выбора интерфейса:
- использовать для связи радиоканал;
- использовать проводную связь;
- использовать инфракрасную связь.
На первый взгляд кажется, что лучше воспользоваться проводной связью, это распространенные каналы, они имеются везде, и практически все устройства используют только эти интерфейсы. Однако такой способ разъединения цепей позволит обучающемуся на тренажёрах после нескольких случаев выхода из нестандартных ситуаций создать свой алгоритм и проследить цепи отключения.
2.3.3 Рассмотрение варианта связи по радиоканалу блока с приёмником.
Базовый блок «общается» с удаленным передатчиком посредством радиосвязи. Для этого, в случае односторонней связи, на одной стороне должен находиться передатчик – устройство, преобразующее электрический сигнал в радиоволны, и излучающее их в эфир, а на другой стороне должен находиться приемник – устройство, осуществляющее преобразование обратное преобразованию передатчика. Такое устройство (рисунок 2.4) можно привести на примере четырёх командной схемы управления нагрузками.
Рисунок 2.4 - Сканированная копия четырёх командной схемы управления нагрузками
Явным недостатком, в задаче отыскания наиболее подходящего интерфейса при осуществления радиосвязи, является «громоздкость» схемы. А также создание кратковременных помех при работе аудиосистем, некорректная и нестабильная работа радиопередающих и радиоприемных устройств, при наличии рядом мощного источника радиоизлучения (антенна сотового оператора, использование спецслужбами оборудования для радиоподавления, передающая антенна телецентра и т.п), невозможность совместной работы систем радиоуправления от разных производителей, сложная настройка приёмника и передатчика, небольшое количество команд, сложность сборки(собирающий устройства должен обладать хорошими навыками расчёта и настройки таких устройств.
2.3.4 Рассмотрим связь блока с приёмником на основе инфракрасного излучения.
Инфракрасное дистанционное управление (ИКДУ) применяется последние лет 30 практически во всей бытовой электронной аппаратуре. Иногда используется двусторонняя связь объекта управления и пульта (например - в кондиционерах с пульта передаются команды, а обратно - текущие параметры), но мы не будем ее рассматривать в данной работе. Достаточно знать что это свет. Весьма небольшой мощности и невидимом человеческому глазу диапазоне (но прекрасно наблюдаемому любой видеокамерой или цифровым фотоаппаратом).
Как и всякий свет, в земных условиях он распространяется по прямой, т.е. не огибает предметы, не проходит через непрозрачные объекты, но в той или иной степени от них отражается. Как и всякое излучение, характеризуется своей величиной (интенсивностью и т.п., но мы договорились не вдаваться в физику), которая зависит от типа источника и режима его работы, и падает с расстоянием. Поэтому расстояние, на котором можно уверенно принимать сигнал зависит от мощности источника и чувствительности приемника, плюс несколько побочных факторов.
Рисунок 2.5 - Сканированная спектр инфракрасного излучения.
Для излучения используются ИК-светодиоды, работающие в импульсном режиме (ток в импульсе достигает нескольких ампер), для приема - фотодиоды с усилителями. Последние как правило, в аппаратуре закрываются ИК-фильтрами (на практике - красным или дымчатым пластиком) для снижения чувствительности к обычному солнечному или электрическому свету. Как всякий фильтр, он частично задерживает и полезное ИК излучение, поэтому от фильтра также зависит дальность работы ИКДУ.
Три с лишним десятилетия ИК оказалось самым надежным, и что самое важное - самым дешевым видом беспроводной односторонней связи на короткие расстояния в пределах одного помещения. Ведь прежде всего оно начало использоваться в бытовых телевизорах. Наиболее массово ИК используется и поныне, однако среди ИКДУ царит полный «балаган» - каждая фирма разрабатывала свои собственные протоколы и работала на разных частотах модуляции. В результате мы имеем около 2-х десятков совершенно несовместимых между собою систем, из которых наиболее массово, к счастью, используются 6 - 9 систем.
Самые первые ИК-системы работали по принципу: «есть излучение/нет излучения». Т.е. передавалась одна команда - «включить» или «выключить». Естественно, такой вариант совершенно не функционален, и не обладает приемлемой помехозащищенностью. Первое - потребовало разработки специальных последовательных протоколов связи. Второе - использованию модуляции, т.е. - излучение (ток) светодиода модулируется дважды, сначала несущей частотой (в районе 30-60 кГц), которая в свою очередь, модулируется последовательностью битов команд. Существовали ИКДУ системы и без модуляции, например протокол ITT.
Исторически сложилось, что когда передается "1" это называют "Mark", когда передача отсутствует - это называют "Space". В рассматриваемых далее системах ИКДУ во время Space на светодиод ничего не подается, он выключен, а во время Mark - подается несущая частота. Т.е. светодиод вспыхивает с частотой 30-50кГц.
Рисунок 2.6 – Сканированная копия схем порядка кодирования и декодирования сигналов
Система инфракрасного дистанционного управления RC5 была разработана фирмой Philips для нужд управления бытовой аппаратурой. Когда мы нажимаем кнопку пульта, микросхема передатчика активизируется и генерирует последовательность импульсов, которые имеют заполнение частотой 36 кГц. Светодиоды преобразуют эти сигналы в ИК-излучение. Излученный сигнал принимается фотодиодом, который снова преобразует ИК-излучение в электрические импульсы. Эти импульсы усиливаются и демодулируются микросхемой приемника. Затем они подаются на декодер. Декодирование обычно осуществляется программно с помощью микроконтроллера. Код RC-5 поддерживает 2048 команд. Эти команды составляют 32 группы (системы) по 64 команды в каждой. Каждая система используется для управления определенным устройством, таким как телевизор, видеоплеер и т. д.
Команда согласно протоколу RC5 показана на рис. 3.5. Кодовая последовательность (красный цвет) состоит из 14 тактовых интервалов длительностью по 1,78 мс (64 периода частоты 36 кГц), в каждом из которых передают один разряд двоичного кода. Лог. 1 соответствует положительный перепад уровня в середине тактового интервала, лог. 0 — отрицательный.
Рисунок 2.7 - Команда по протоколу RC5
Два первых разряда (St1, St2) — стартовые. Они всегда имеют значение 1, что позволяет приемнику опознать начало команды. Третий разряд — служебный. Его значение сменяется противоположным при каждом нажатии на кнопку ПДУ, что позволяет отличить новую команду от автоматического (каждые 114 мс при удержании кнопки нажатой) повторения ранее поданной. В разрядах S4—S0 указан адрес устройства (системы), которому предназначена команда.
Протокол RC5 позволяет с помощью одного пульта подавать по 64 команды независимо на 32 различных устройства. Если этого недостаточно, используют "расширенный" протокол RC5, согласно которому еще один разряд команды (С6) занимает место второго стартового (St2). Таким образом, число возможных команд возрастает до 128.
При передаче команд по ИК каналу связи сформированной кодовой последовательностью RC5 модулируют несущую частоту 36 кГц, в результате чего ПДУ излучает пачки ИК импульсов этой частоты (черный цвет). Для их приема обычно применяют специализированные фотоприемники, импульсная последовательность на выходе которых (зеленый цвет) инверсна исходной.
В результате изысканий выбора интерфейса передачи между блоком и передатчиком пришёл к выводу, что использовать ИК связь гораздо выгоднее экономически, а также менее трудозатратно по сравнению с радиосвязью.
2.4. Анализ микроконтроллерных устройств
Микроконтроллер (МК) в блоке выполняет очень важную роль. Во-первых, он необходим как некое вычислительное устройство, которое будет преобразовывать данные, принимаемые от ИК передачика в особой форме, в данные, подготовленные для передачи на исполнительное устройство. Во-вторых, в приемном модуле шифрованный сигнал, передающийся от ИК приёмника, необходимо дешифровать и «развернуть», и МК выполняет функцию дешифратора. МК обеспечивает возможность вручную управлять устройствами, в отсутствие или во время неработоспособности ИК приёмника или передатчика – аварийный режим.
Сейчас многие фирмы, выпускают МК, играющие в современных системах автоматики, измерительной и электронной техники ведущую роль. Это обусловлено их малой стоимостью и простотой использования. МК - это устройство, содержащее тактовый генератор, препроцессор, АЛУ с архитектурой RISC, оперативную память, разделенную на регистры, ПЗУ- или Flash-память, содержащую коды исполняемой программы, и интерфейсные модули, позволяющие вводить данные в МК и выводить данные из МК. Микроконтроллеры различаются по разрядности АЛУ, объему ОЗУ, ПЗУ и Flash-памяти, по параметрам питания, максимальной тактовой частоте, количеству интерфейсных модулей и наличием дополнительных функций (ШИМ-контроллер, АЦП, ЦАП, поддержка RS232 и др.).
При выборе МК необходимо учитывать:
- тактовую частоту МК, а так же количество тактов, необходимых для выполнения одной команды;
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
