Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 17
Текст из файла (страница 17)
редэ 90 ° Глава 3. Датчики той !О кГц, в целом система сможет поддерживать не выше ! кГц, потому что рассчитывается по самой медленной частоте. Кроме того, если окружаюшее освешение оказывает настолько сильное влияние, что фототранзистор насышается, фильтрация не в состоянии восстановить исходный сигнал. В данном случае необходимо оградить фототранзистор от внешней засветки. 3.2.4. Механическая нестабильность Механический дгкипппер (дрожание) может привести отражающую систему к странным результатам. Однажды я наблюдал систему, используюшую отражательный датчик, нацеленный на яркую полоску на гладкой оси двигателя для подсчета числа оборотов.
Сигнал с выхода датчика генерировал запрос на прерывание микропроцессора. Вдруг двигатель остановился так, что край яркой полоски оказался как раз напротив датчика. Вибрация машины привела бы к дрожанию (джитгеру) и сгенерировала бы тогда несметное число прерываний, что остановило бы работу процессора. Подобную ситуацию можно получить и с шелевым датчиком, если флажок, преграждаюший путь свету„только частично перекроет луч. Фото- транзистор тогда останется наполовину открытым, установив на выходе системы неопределенный сигнал. Еше несколько замечаний относительно отражательных датчиков.
Отражательные датчики часто используются для регистрации объектов разного типа. Хорошим примером может быть бумага, движушаяся в скоростном сортировочном аппарате. Бумага может иметь различное качество, цвет и отражательную способность. Система регистрации должна быть спроектирована так, чтобы поддерживать все типы используемых материалов.
А что случится, если случайно гладкая черная бумага опустится на высокоскоростной транспортер? Как система среагирует на нее? Даже когда нег изменений в механике, отражательный датчик может тоже доставить проблем. Представьте, что датчик измеряет скорость вращения двигателя, отслеживая отражательную ленту на гладкой черной оси, как описано ранее.
Что случится, если на оси появится царапина? Спутает ли зто систему? Или масляная пленка покроет ось, рассеивая свет от ленты и увеличивая отражательную способность темной части. Все подобные нежелательные события должны быть учтены и поэтому в некоторых случаях может понадобиться дополнительная электронная или программная обработка сигнала для их учета.
В рассмотренном ранее примере, когда датчик мог сгенерировать избыточное количество прерываний, в программе стоило бы предусмотреть таймер, следящий за минимальным временем между прерываниями. Если подпрограмма обрабогпки 3.2. Оптические датчики ° 91 прерываний (1БК) датчика завершена и немедленно снова запускается, необходимо в программе предусмотреть возможность запрета прерываний в этом случае и установки флага, информирующего систему, что есть нерешенные проблемы. 3.2.5. Датчик защитного кожуха В системах, обеспечивающих безопасность, следует предусмотреть, чтобы неисправность датчика не привела бы к работе системы в режиме повышенной опасности.
Типичным примером может послужить защитный кожух, который должен закрыть все движущиеся части машины перед тем, как машина заработает, чтобы руки оператора не попали в опасную зону. Для выполнения данной задачи можно применить шелевой оптрон и флажок, блокирующий путь свету, когда кожух закрыт. В оптроне эмитгер фототранзистора подключен к земле, а сигнал снимается с нагрузки, подключенной к коллектору. Когда кожух захлопывается, транзистор закрывается, и на выходе устанавливается высокий уровень напряжения.
Недостаток данного решения состоит в том, что неисправный светодиод окажет такое же влияние на систему, как закрытый кожух. В таком случае двигатель может заработать и с открытым кожухом. Лучшим решением было бы использование флага, по сигналу которого открывается выходной транзистор, когда кожух закрыт.
Неисправный светодиод тогда будет равносилен закрытому кожуху, и безопасность будет строго поддерживаться. Еще надежнее использовать два датчика: один блокируется, когда кожух открыт, другой — когда кожух закрыт. Машине запрещено стартовать до тех пор, пока оба датчика не перейдут в корректное состояние.
Можно также использовать флажок с прозрачной и непрозрачной лентами. Когда кожух закрывается, темная полоска проходит через датчик первой, но когда кожух совсем закрыт, полупрозрачная лента блокирует датчик. Система ожидает, что сигнал будет полностью блокирован непрозрачной полоской, обеспечивающей уровень «эталона непрозрачности». Затем система ищет полупрозрачную ленту, блокирующую только часть света. Как только сигнал изменяется, показывая, что есть непрозрачная полоска, либо нет никакого флага, в системе должен сработать алгоритм анализа и предположить, что кожух открыт. Такой подход защитит от опасных ситуаций даже в том случае, если фототранзистор вышел из строя в результате короткого замыкания или если предпринимается попытка обойти блокировку.
92 ° Глава 3. Дамчики 3.2.6. Управление несколькими датчиками В некоторых системах можно обеспечить управление несколькими даачиками с помошью одного АЦП или цифрового входа. На Рис. 3.10 четыре оптических датчика подключены к одному входу микропроцессора. Каждый светодиод имеет отдельный выход. Это может быть отдельный бит порта или отдельный регистр. На рисунке показана 8-битная зашелка регистра с четырьмя используемыми битами, которые управляют включением или выключением четырех светодиодов оптопар.
Эмиттеры всех фото- транзисторов оптопар заземлены, а коллекторы объединены вместе и подключены через обшую нагрузку к +5 В. С общей коллекторной нагрузки снимается сигнал и подается на входы микропроцессора или АЦП. Для функционирования данной цепи светодиод каждого оптического датчика включается в определенный промежуток времени (мультиплексирование по времени), и считывается сигнал с общего вывода (если используется АЦП, то выполняется преобразование сигнала подключенного светодиода). После каждого считывания включается очередной светодиод.
Данный принцип накладывает следующие ограничения: ° Каждый светодиод должен быть включен длительное время перед считыванием, чтобы фототранзистор перешел в установившийся режим. ° После выключения светодиода следующее считывание не должно производиться до тех пор, пока фототранзистор не выключится. Но следующий светодиод может быть включен, после того как прочитан результат. Если не производится считывания два светодиода вполне могут работать одновременно.
° Из-за собственной утечки число включенных параллельно фото- транзисторов должно быть ограничено. ° И, наконец, если на фототранзисторы падает окружающий свет, то результат считывания будет недостоверным. Допустим, надо узнать не сгорел ли светодиод. Например, в ситуации, когда шелевой оптрон используется для определения, врашается ли ось двигателя. И надо быть уверенным, что сигнала нет потому, что двигатель остановился, а не потому, что светодиод сгорел.
Несчастными случаями чреваты последствия от отсутствия сигнала из-за неисправности светодиода, а не от остановки двигателя... На Рис. 3.11 показан простой способ определения неисправного светодиода. Компаратор следит за напряжением на аноде светодиода. Когда светодиод включен, падение напряжения на нем составляет примерно 1.2 В, так что на выходе компаратора установится ВЫСОКИЙ логический уровень. Если светодиод перегорит (цепь разомкнется), напряжение на аноде повысится до +Ъ'(уровень +х'должен быть 3.2. Оптические датчики ° 93 шина данн михропроцессо Строб записи отмихропроцвссора К цифровому входу михропроцессара ипи входу Ацп Рис. 3.10. Несколько оптронов с общим выходом выше 3 В для этой схемы), и на выходе компаратора установится НИЗКИЙ уровень. В этой цепи светодиод постоянно находится во включенном состоянии.
Данный метод можно использовать и для переключаю- шихся светодиодов, однако следует учитывать падение напряжения на переключаемых транзисторах для выбора напряжения смещения. Естественно, сигнал на выходе компаратора действителен только тогда, когдаочередной светодиод включен. 94 ° Глава З.,Датчики Хотя разрыв в цепи светодиода более вероятен, чем короткое замыкание, можно добавить второй компаратор для регистрации и этого события. Напряжение смещения следовало бы установить на уровне 0.6 В, и падение напряжения ниже атой величины сформировало бы сигнал ошибки. Выход к микропроцессору.
ниакийуроеены если светодиод перегорел, ток через нега не течет Рис. 3.11. Электронная схема определения неисправного светадиола 3.2.7. Оптрон с закрытым оптическим каналом Оптран с закрытым оптическим каналам (оруо)зо!атос), представленный на Рис.
3.12, герметично упакован, чтобы не было возможности прерывания светового потока. Оптроны чаще всего применяются для изоляции цепи с высоким напряжением, допустим от низковольтной цепи управляющего микропроцесора. Например, в специализираваннам последовательном цифровом интерфейсе длл музыкальнып инструментов (Мил(са! Гпл(штеп! 1)!й!га! Гп!етуасе, М!Ш) предусмотрено использование оптической изоляции при соединении синтезаторов, компьютеров и злектромузыкальных инструментов (ЭМИ). В зтом случае использование оптронов предотвращает проблемы, связанные с тем, что потенциалы земли различных инструментов могут значительно отличаться. На Рис. 3.12 показано, как оптрон может быть использован для передачи сигналов от одной системы к другой.
Земля и шины питания могут быть полностью разделены. Даже в одной системе, где зелшя номинально одна и та же, использование оптрона может уберечь от пагубного влияния плавающих токов. Мощные импульсные устройства, например, такие как двигатель с ШИМ-управлением, могут создавать помехи на шинах питания и земли. Оптрон может быть использован в таком случае для предотвращения проникновения шумов по шине земли в логические блоки. 3.2 Оптические датчики ° 95 Логическийвыход к цифровой схеме Эти две земли могут находиться псд разными потенцивлвми, разность между которыми может соствелятьсотни вольт чт — нвпряжение питания относительна земли светодиоде; Ч2 — напряжение питания отнасителыю земли фатотрензисторз Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
