Комп'ютерне керування механізмами вимірювальної техніки. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Комп'ютерне керування механізмами вимірювальної техніки. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

Коментарі до статті

Апаратно-програмний пристрій керування кроковими двигунами, призначеним для забезпечення вимірювання параметрів електроакустичної апаратури з використанням програмних засобів вимірювального комплексу.

При вимірі просторових характеристик (побудові діаграм спрямованості) акустоелектричних та електроакустичних перетворювачів за допомогою описаного раніше комп'ютерного вимірювального комплексу реального часу [1] необхідно точне дистанційне позиціонування по куту акустичного приймача та випромінювача. Таке завдання найефективніше вирішується за допомогою крокових двигунів. Перевага крокових двигунів полягає в тому, що вони дозволяють перетворювати електричний сигнал управління на кутове переміщення ротора з фіксацією його в заданому положенні без будь-яких пристроїв зворотного зв'язку. Ця обставина суттєво спрощує конструкцію відповідних вузлів та вимірювальної установки загалом.

Пропонований апаратно-програмний пристрій призначений для інтерактивного, незалежного та одночасного керування двома кроковими двигунами. Пристрій дозволяє задавати в цифровому вигляді величину та напрямок повороту роторів крокових двигунів. Основна сфера застосування - управління механічними вузлами вимірювальної техніки та експериментальних установок.

Прилад складається з блоку апаратного сполучення та оригінальної комп'ютерної програми, що управляє. Максимальна швидкість повороту роторів двигунів складає 100 кроків за секунду. Блок апаратного сполучення підключається до комп'ютера через стандартний порт паралельного інтерфейсу. Керуюча програма призначена для роботи в операційній системі Windows 95/98/Me/NT/2000/2003/XR має розмір лише 320 Кбайт. Слід зазначити, що для роботи програми в Windows NT/2000/2003/XP необхідні права адміністратора.

Блок сполучення розроблений з максимально можливою простотою на найдешевших і найпоширеніших вітчизняних компонентах. Це робить доступним його повторення. Для спрощення пристрою весь алгоритм керування реалізовано програмно. На апаратну частину покладаються лише функції електричного узгодження комп'ютера та двигуна.

Комп'ютерне керування механізмами вимірювальної техніки
Рис. 1

Схема блоку апаратного сполучення крокових двигунів із комп'ютером показана на рис. 1. Мікросхема DD1 виконує одночасно функції буферної пам'яті та попереднього підсилювача. Запис інформації, що подається від паралельного порту комп'ютера [2], в регістр зберігання мікросхеми DD1 проводиться по програмно негативному імпульсу на вході CS1 (висновок 1). Остаточне посилення сигналу для подачі на обмотку управління крокового двигуна виконує вузол на транзисторах 1VT1 і 1VT2 (на принциповій схемі показаний лише один з восьми, виділений штрихпунктирною лінією; решта сім підключені відповідно до виходів Q2-Q8 регістра DD1). Така схема включення дозволяє розмістити всі потужні транзистори на загальному тепловідводі без застосування додаткової електричної ізоляції корпусів, зазвичай з'єднаних з колектором транзисторів. Це дозволяє суттєво спростити механічну конструкцію блоку сполучення. За відсутності примусової вентиляції площа тепловідведення має бути приблизно 50 см2 на кожен із восьми потужних вихідних транзисторів.

Діод 1VD1 виконує функції демпфування паразитних коливань, що виникають при перемиканні струму в обмотці керуючої крокового електродвигуна.

Цей блок сполучення розрахований на роботу з чотирифазними кроковими двигунами ДШИ200-3(1) з номінальним кроком 1,8±0,05° (крок вказаний без використання редуктора). Можна застосувати та інші двигуни; для роботи з трифазними в програмі, що управляє, передбачено відповідне перемикання. Почергове включення та вимикання обмоток двигунів, необхідне їх обертання, здійснюється програмним способом. Діаграми комутації обмоток вибирають при налаштуванні програми, виходячи з типу двигуна та вимог до режиму роботи. Передбачено почергову подачу імпульсів напруги або на одиночні обмотки статора, або на їх сусідні пари зі зміщенням на одну при виконанні кожного кроку. Ці режими вибирають у вікні налаштування програми, і вони позначаються відповідно "1-1-1-1" та "2-2-2-2". У другому випадку зростають крутний і утримуючий моменти двигуна (принаймні, для ДШИ200), але відповідно збільшуються споживана пристроєм потужність і нагрівання електродвигунів.

Головне меню програми викликають натисканням правої кнопки миші на заголовку вікна програми. Вікно налаштування програми відкривається пунктом меню "Motor Settings".

У програмі управління двигунами є два перемикаються режими їх зупинки. У першому варіанті напруга з обмоток двигуна знімається через задається інтервал часу (0 ... 99 с) після зупинки. Це суттєво полегшує тепловий режим електродвигуна та блоку сполучення, але може призвести надалі до мимовільного руху механізму, пов'язаного з ротором. У другому режимі після зупинки напруга з обмотки двигуна не знімається так званий режим фіксації. Такий режим може вести до зайвого нагрівання електродвигуна, але забезпечує після зупинки надійну нерухомість ротора та пов'язаного з ним механічного пристрою. Необхідний режим зупинки двигунів вибирають з умов завдання. Наприклад, у разі використання передачі обертання черв'ячного редуктора нерухомість пристрою в спокої, як правило, буде забезпечуватися і без електромагнітної фіксації ротора крокового двигуна. Ці режими вибирають у вікні налаштування програми кнопкою Auto Release.

У програмі передбачено введення масштабних коефіцієнтів (Rate у вікні налаштування) та початкового зміщення окремо для кожного з електродвигунів. Це дозволяє задавати та відображати на екрані дисплея комп'ютера реальні значення регульованих параметрів пристроїв, що механічно пов'язані з кроковими двигунами. Наприклад, кут повороту безпосередньо в градусах чи переміщення у міліметрах. Для встановлення необхідного початкового зміщення слід перевести механічний пристрій у потрібне положення за допомогою крокового двигуна або іншим способом (наприклад, вручну). Потім потрібно увійти в режим калібрування натисканням на відповідну кнопку (знак оклику в трикутнику) на панелі управління. Колір цифрового індикатора рухається червоним. Після цього слід встановити на індикаторі переміщення справжнє значення відповідного параметра і знову натиснути кнопку "Калібрування", потім закрити вікно. Масштабні коефіцієнти визначають виходячи з конструкції (з урахуванням можливої наявності редуктора) пристрою, що обслуговується, і номінального кроку електродвигуна.

У вікні налаштування передбачена можливість редагування назви, що відображається в програмі, і розмірності регульованих кроковими двигунами параметрів конкретних приладів.

У програмі управління двигунами є два самостійні потоки команд: потік введення команд управління та потік виведення даних на блок апаратного сполучення. У потоці введення встановлюється і відображається положення роторів двигунів в одиницях, наведених до реальних значень параметрів механічно пов'язаних з ними пристроїв. У потоці виведення безперервно порівнюється справжнє (поточне) положення роторів двигунів з необхідним значенням і впливає на блок сполучення для парірування можливого неузгодженості. Така побудова керуючої програми дозволяє задавати нове значення кута повороту роторів двигунів незалежно від того, було досягнуто раніше введене значення чи ні. В останньому випадку ротор двигуна продовжуватиме обертання (можливо, змінивши напрямок), щоб досягти знову заданого положення.

Для введення та відображення числових значень у програмі використовується оригінальний елемент керування та індикації "Цифрова Панель". Введення числових значень здійснюється порозрядно за допомогою миші. Слід навести курсор на потрібну цифру індикатора та натисканням лівої або правої кнопки миші встановити потрібне значення. У цьому ліва кнопка зменшує, а права збільшує число. Перенесення у старший розряд відбувається автоматично.

Якщо навести курсор на символи розмірності, натисканням лівої або правої кнопки миші можна відповідно зменшувати або збільшувати значення на індикаторі в десять разів. Знак числа (якщо показано на індикаторі) змінюється натисканням кнопок миші аналогічно. При утриманні кнопки в натиснутому положенні більш ніж 0,5 секунди відбувається автоповтор дії. Якщо при натиснутій кнопці миші вивести курсор з індикатора, то автоповтор буде продовжуватися незалежно від подальшого стану миші. Для зупинки автоповтору слід знову навести курсор на індикатор і натиснути будь-яку кнопку миші; якщо використовується миша з колесом, можна скористатися ним. Поворот колеса збільшує значення цифри індикатора і навпаки - при повороті на себе. Режим автоповтору в молодших розрядах дозволяє задати безперервне обертання крокових двигунів зі швидкістю меншою за номінальну.

Для функціонування пристрою у складі програмних комплексів передбачено зовнішнє (з боку інших програм) керування роботою двигунів. Команди управління передаються посилкою що містять параметри спеціальних повідомлень операційної системи Windows від програм-клієнтів до програми-сервера, що безпосередньо контролює роботу двигунів.

У перервах між сеансами роботи всі встановлені параметри та поточний стан програма автоматично зберігає на жорсткому диску комп'ютера для подальшого використання.

Живлення апаратного блоку сполучення повинно здійснюватися від джерела постійної напруги з потужністю, достатньою для роботи застосованих крокових двигунів (не менше 70 Вт для двох двигунів ДШІ200-3). Не можна використовувати блок живлення, вбудований у керуючий комп'ютер, щоб уникнути збоїв у роботі останнього. Мікросхема DD1 повинна живитись від стабілізованого джерела, бажано незалежного від живлення потужних вихідних ключів.

З'єднання апаратного блоку з паралельним (принтерним) портом комп'ютера виконується неекранованим стрічковим кабелем довжиною до 3 м з сигнальними і "земляними" провідниками, що чергуються. Для більш довгих кабелів рекомендується використовувати джгут із окремих екранованих дротів.

У разі відсутності в комп'ютері незайнятого паралельного порту необхідно встановити додаткову плату. В даний час серійно випускають плати, що містять зазвичай по два паралельні порти. Їх виготовляють як для комп'ютерів із шиною PCI, так і для більш старих комп'ютерів із шиною ISA. На цих платах зазвичай розміщені перемикачі для вибору базових портів. Наприклад, на використовуваній автором платі марки ТС-020-ЕР (для шини ISA) кожен з двох паралельних портів, що знаходяться на ній, може бути встановлений на наступні базові адреси: ЗВСН, 378Н, 278Н, 27СН, 26СН або 268Н. У програмі, що управляє, передбачено завдання в якості активної будь-якої з вищеперелічених адрес. Підтримка додаткових портів з боку BIOS або операційної системи для роботи програми, що управляє, не потрібна. Слід лише вибрати конфігурацію адреси додаткових портів так, щоб виключити конфлікт з усіма портами, що вже є в системі (не тільки паралельними).

Комп'ютерне керування механізмами вимірювальної техніки
Рис. 2

Загальна конструкція пристрою може бути довільною. Автор виготовляв дослідний зразок на друкованій платі із фольгованого склотекстоліту товщиною 2 мм. Креслення друкованої плати та розташування деталей на ній показано на рис. 2 а б. Друковані провідники мають бути максимально можливою шириною.

Найпростіші тепловідведення вихідних транзисторів можуть бути виконані у вигляді двох дюралюмінієвих пластин розмірами 130x50x3 мм; їх закріплюють на друкованій платі за допомогою дюралюмінієвих куточків через спеціально передбачені отвори. Конструкцію, що вийшла, за тепловідведення фіксують в корпусі пристрою.

На рис. 3 наведено фотографію одного з варіантів даного пристрою, виготовленого автором. На ребристому тепловідводі (праворуч), крім транзисторів, також закріплені (через ізолюючі слюдяні прокладки) потужні діоди випрямляча живлення. Зліва розташовані конденсатори блоку живлення, що згладжують.

Комп'ютерне керування механізмами вимірювальної техніки

Вхідні та вихідні роз'єми можуть бути закріплені або на тепловідводах, або на корпусі пристрою. Як вхідний (для з'єднання з комп'ютером) використаний роз'єм РПММ1-50Ш1-В. Два вихідні роз'єми (по одному на кожен двигун) - РГ1Н-1-5, у кожному з яких з'єднано паралельно по два сусідні висновки для зниження струмового навантаження. Взагалі роз'єми можуть бути й інші з досить потужними контактами. Контакти роз'ємів з'єднують із відповідними провідниками друкованої плати звичайним гнучким дротом. Для вихідних ланцюгів переріз проводів має бути не менше ніж 1 мм2.

Транзистори КТ815 і КТ818 можна застосувати з будь-якими буквеними індексами або використовувати інші потужні транзистори відповідної структури. Діоди серії КД213 можна замінити на КД212 чи інші потужні імпульсні. Тип і потужність резисторів, що застосовуються, значення не мають.

Замість регістру К589ІР12 можливе використання КР580ІР82 з коригуванням друкованої плати. Нумерація висновків цього варіанта наведено на рис. 1 у дужках. Слід зауважити, що запис даних, що подаються від паралельного порту комп'ютера в регістр зберігання КР580ІР82, повинен проводитися позитивним перепадом імпульсу на вході STB (висновок 11). Для зміни полярності стробуючого імпульсу у програмі передбачено відповідне перемикання (пункт меню Slope Positive).

Якогось налагодження описаний пристрій не вимагає. Необхідно лише переконатися, що обмотки крокових двигунів підключені до виходів потужних ключів належним чином. Якщо цього не забезпечити, то ротор двигуна замість обертання, швидше за все, просто вібруватиме на місці або повертатиметься ривками.

Програми для пристрою можна завантажити звідси.

література

Шмельов О. Комп'ютерний вимірювальний комплекс. – Радіо, 2007, № 3-7.
Гук М. Апаратні засоби IBM PC. Енциклопедія. - С.-Пб.: "Пітер Кон", 1999, с. 632-635.

Автор: О. Шмельов, м. Москва; Публікація: radioradar.net

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Нова система зберігання даних високої щільності 17.04.2014

Компанія Fujitsu анонсувала нову систему зберігання даних високої щільності, покликану допомогти компаніям будь-якого розміру – від малих до великих власників ЦОД – оптимізувати свої ІКТ-системи. Система зберігання даних Fujitsu Eternus JX60 є оптимальним доповненням для серверних систем, наприклад Fujitsu Primergy, повідомили CNews Fujitsu.

Для клієнтів, обмежених у засобах або не мають досвіду адміністрування або управління ЦОД, які управляють великими масивами даних, Eternus JX60 пропонує невеликий обсяг інвестицій та простоту експлуатації. Система відрізняється можливістю гнучкої підтримки дисків різної ємності - 2, 3 та 4 ТБ. Крім того, нова система зберігання даних включає базові засоби захисту і відновлення даних, а управління системою здійснюється за допомогою стандартного ПЗ Fujitsu ServerView.

За інформацією Fujitsu, Eternus JX60 в цілому є новим поколінням систем зберігання даних, побудованих на базі доступних за ціною 3,5-дюймових жорстких дисків Nearline SAS. За задумом компанії системи допоможуть компаніям вирішити завдання постійного збільшення обсягу даних. Новинки відрізняються високою ємністю та мінімальними вимогами до простору. Так, система може входити до чотирьох дискових полиць, що підключаються безпосередньо до сервера, що забезпечує ємність зберігання даних до 960 ТБ. При цьому система дозволяє збільшити ємність зберігання даних і є оптимальним рішенням для середовищ на базі сервера або кластерних конфігурацій на базі двох серверів.

Зокрема, Eternus JX60 можна використовувати для розширення можливостей рішення Fujitsu Cluster-in-a-box - готового до експлуатації кластерного рішення з високим ступенем стійкості до відмов для компаній середнього розміру. Як результат, компанії отримують попередньо налаштоване і встановлене рішення, яке можна використовувати як центральний ресурс зберігання даних, у тому числі як мережну систему зберігання даних під керуванням Windows Server.

Нові системи зберігання даних Fujitsu Eternus JX60 доступні для замовлення. Їх можна придбати безпосередньо у компанії Fujitsu або у партнерів.

Інші цікаві новини:

▪ Новий тип клітин в організмі людини

▪ Людина легко пристосовується до шуму

▪ Припарки для Давида

▪ В'ючний робот

▪ Нові LED-телевізори

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Блоки живлення. Добірка статей

▪ стаття Феміда. Крилатий вислів

▪ стаття Як виникла Московська текстильна академія? Детальна відповідь

▪ стаття Дії під час пожежі