3834

УДК 621.9

Р.С. Лихачёв, А.В. Турецкий

РАЗРАБОТКА USB РЕГИСТРАТОРА СОБЫТИЙ

Рассматривается актуальность разработки USB регистратора

событий

Современные датчики и логгеры используются практически во всех сферах, где требуется измерение различных параметров и величин, однако часто данные устройства не обладают внутренней памятью или же не представляется возможным подключить их к ЭВМ для анализа результатов.

В связи с этим разработка USB регистратора, осуществляющего запись данных, взятых с внешней микроконтроллерной системы, на USB-флеш накопитель, является актуальной.

Cхема электрическая принципиальная

211

Разработанный USB регистратор событий (схема электрическая принципиальная представлена на рисунке 1) выполнен на основе микроконтроллера PIC24FJ64GB002, созданного компанией Microchip, который организует функционирование USB 2.0 OTG (on the go), что предполагает использование изделия как в роли управляемого, так и в роли ведущего узла. Ядро микроконтроллера работает на напряжении 3,3 В. При необходимости, напряжение можно регулировать с помощью линейного регулятора.

Резисторы номиналом 220 Ом подключены последовательно к контактному разъему, позволяют проектируемому изделию выдерживать входные уровни напряжения до 5,5 В. Входное напряжение питания 5 В также используется для питания карты памяти (создает напряжения на шине (VBUS)). Защиту от чрезмерного потребления энергии внешним USB устройством обеспечивает сбрасываемый предохранитель.

Кнопка принудительного сброса информации последовательно подключена к контактам микроконтроллера и используется для принудительного переноса всех данных из приемного буфера CPU на внешний USB-флеш накопитель перед его извлечением. Шестиканальный разъем позволяет программировать микроконтроллер с помощью стандартных программаторов, специально созданных для микроконтроллеров типа PIC.

Регистратор событий поддерживает формат файлов FAT, поскольку почти все USB-флеш накопители используют данный формат файлов.

Поток данных между UART интерфейсом и внешней микроконтроллерной системой выполняется с помощью метода двойной буферизации. Данные, полученные по последовательному интерфейсу, хранятся в одном из двух буферов. Когда первый буфер заполняется, данные из этого буфера записываются на USB-флеш накопитель. В это время прием данных с внешней микроконтроллерной системы совершает второй буфер. Когда второй буфер заполняется, процесс повторяется. Связь между USB регистратором событий и внешней микроконтроллерной системы происходит через последовательный интерфейс (UART). Значение напряжения сигнала от внешней системы должно быть в диапазоне от 3,0 В до 5.5 В. Если внешняя система использует стандартные уровни сигнала RS232, необходимо использовать конвертер

212

RS232/TTL [1,2].

Устройство использует напряжение равное плюс 5 В, которое

вбольшинстве случаев берется из внешней микроконтроллерной системы. Потребление тока USB-флеш накопителем различно и зависит от производителя, но, как правило, лежит в пределах от 50 до

80 мА.

Связь между внешней микроконтроллерной системой и регистратором событий осуществляется с помощью контактного разъема. В ходе работы используется 6 контактов: +5 В (контакт 1); NC (контакт 3,7); RX (контакт 5); Tx (контакт 9); GND (контакт 10).

Параметры последовательного обмена данными помещаются

впростой текстовый документ «config.txt», который хранится на USB карте памяти. Как только карта памяти распознается, происходит чтение файла, после чего настраивается последовательный интерфейс. Без этой конфигурации используются стандартная конфигурация: 9600 Baud, 1 start bit, 1 stop bit, no parity.

Регистратор находится в режиме записи, когда включено питание и подключена USB карта памяти. Полученные данные сохраняются в файле «logging.txt». Перед отключением карты памяти необходимо нажать кнопку: это гарантирует, что все данные, находящиеся в буфере приема, будут записаны в файл «logging.txt». Сохраненные данные могут быть прочитаны на любой ЭВМ, для этого нужно просто подключить карту памяти и прочесть содержимое файла «logging.txt» с помощью обычного редактора текста.

Витоге, можно выделить следующие особенности проектируемого изделия:

-совместимость с USB 2.0;

-подключение к серверу: +5 В, GND, μC-Tx;

-файл хранится на карте памяти, подключенной по USB; -открытый источник прошивки; -потребляемая мощность: +5 В, от 50 до 80 мА.

Помимо возможности сохранения данных на USB-флеш накопителе, регистратор, с помощью модификаций и перепрограммирования, может быть модифицирован для выполнения ряда функций: чтение данных с внешней микроконтроллерной системы, чтение аналоговых или цифровых сигналов и сохранение их на карте памяти. Кроме того, четыре неподключенных контакта могут быть подключены к микроконтроллеру для реализации

213

дополнительного последовательного интерфейса UART или SPI.

Литература

1.Олифер, В.Г. Компьютерные сети. Принцип, технологии, протоколы [Текст]: учебник /В.Г. Олифер, Н.А. Олифер.

–4-е изд., перераб. и доп. – СПб. - 2010.

2.Хабрахабр [Электронный ресурс]: режим доступа http://habrahabr.ru/post/109395/.

Воронежский государственный технический университет

214

УДК 621.9

А.М. Менжулин, Л.Н. Никитин

УСТРОЙСТВО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ

Рассматривается актуальность разработки устройства программного управления освещения

К середине ХХ века стали появляться более эффективные люминесцентные лампы (ЛЛ) по сравнению с лампами накаливания (ЛН) [1], и лишь недавно свое распространение получило светодиодное освещение. У светодиодов (СД) по сравнению с традиционными ЛН и ЛЛ есть много преимуществ: световая отдача (10-15 Лм/Вт и ЛН, 60-80 Лм/Вт у люминесцентных ламп и 80-150 Лм/Вт у светодиодов), срок службы ( максимально 2 тыс часов и ЛН, до 20 тыс. часов у ЛЛ и до 50 тыс. часов и СД), компактность. Есть и недостатки: в сравнению с простейшими ЛН светодиоды требуют специальных схем питания, и в отличии от ЛН и ЛЛ они требуют хорошего отвода тепла. Один из двух главных достоинств СД – срок службы, очень сильно зависит от параметров схем питания, а также от отвода тепла [2] [3]. Очевидно, что для обеспечения надежной работы требуется точное поддержание заданного тока, а также немаловажно обеспечить хороший КПД источников питания (ИП) СД. Еще одной немаловажной задачей является обеспечение включения освещения только в темное время суток. Традиционно включение освещения обеспечивалось вручную, что могло приводить к ошибкам и перерасходу электроэнергии, а в некоторых случаях просто нежелательно загружать этими обязанностями персонал.

Для решения высокопоставленных задач было разработано устройство программного управления освещением, структурная схема которого представлена на рисунке.

Функционально устройство разделено на блоки: цифровой таймер и ИП светодиодов. Это обосновано тем, что таймер позволяет управлять тремя независимыми каналами нагрузки, а также по причине неудобства наличия длинных линий для питания СД на постоянном токе при территориальной разреженности таймера и светильников. Цифровой таймер состоит из следующих частей: устройства управления содержащего микроконтроллер и пульт

215

управления, дисплея, микросхемы часов реального времени, а также блока питания и управляющих нагрузками реле с транзисторными ключами.

Структурная схема устройства

Благодаря применению часов реального времени с собственным резервным источником питания (литиевая батарея типа CR2032) [4] возможно сохранение установленного времени при длительном отключении питания (до 10 лет). Дисплей позволяет отображать цифры, буквы и некоторые символы, что делает устройство эргономичным, легким в программировании. Также предусмотрена возможность включения освещения при низкой освещенности, для чего в устройстве установлен фоторезистор. Блок питания построен по «обратноходовой топологии» с применением контроллера, имеющего интегрированный ключ, LNK362 производства фирмы Power Integrations, такое решение позволяет при малой себестоимости обеспечить малые габариты, вес, высокий КПД при необходимой выходной мощности и стабильности напряжения. Кроме того, нами применена демпфирующая цепочка, состоящая из защитного и выпрямительного диодов, предохраняющая ключ от выбросов излишков энергии на индуктивности рассеяния трансформатора. Обратная связь реализована с использованием оптрона. Пожаробезопасность обеспечивается применением разрывного резистора на входе БП. ИП светодиодов построен по «обратноходовой топологии» с применением ШИМ-контроллера NCP1200 производства фирмы ON Semiconductor и внешнего ключа на МОП транзисторе. Примененное решение обеспечивает возможность разрабатывать блоки питания мощностью от единиц до десятков ватт сохраняя высокие параметры. Контроллер обеспечивает ШИМ-стабилизацию с пропуском пачек импульсов при необходимости, контроль тока ключа, защиту от перегрузки и других

216

аварийных режимов работы. Схема стабилизации построена на сдвоенном компараторе LM393, один элемент которого задействована для контроля тока, другой для контроля напряжения. Такое усложнение оправдывается необходимостью точной стабилизации тока СД. В устройстве применена RCD демпфирующая цепочка для защиты ключа от выбросов напряжения на первичной обмотке трансформатора, такое решение требует более тщательного проектирования устройства, но позволяет увеличить КПД [5]. Входной фильтр состоит из симметричного дросселя и конденсаторов, имеется защита от импульсных перенапряжений в виде варистора, предохранитель, обеспечивающий пожаробезопасность устройства. Между минусовыми цепями высоковольтной и низковольтной стороны включен помехоподавляющий конденсатор [5]. Имеется возможность регулирования выходного тока посредством подключения добавочного сопротивления параллельно нижнему плечу делителя опорного напряжения.

Данное устройство позволяет решать задачи питания СД стабильным током, включения и выключения освещения в необходимое время. В заключение следует осветить возможные пути дальнейшей модернизации устройства. Для повышения эффективности управления освещением и реализации дополнительных возможностей следует создать устройство управления на основе ПЭВМ и исполнительных устройств связанных с ним по цифровому интерфейсу. В части реализации ИП для повышения массо-габаритных показателей необходимо применение более совершенной элементной базы с повышением частоты преобразования, также возможно применение специализированных микросхем с усилителями ошибки и источниками опорного напряжения (например TSM103 [6]).

Литература

1.Эффективность освещения. [Электронный ресурс]:

анализа [Текст] / Холгер Просс. // Современная светотехника. – № 5.

– 2010. – С. 47 — 49.

217

3.Светодиоды-долгожители: правда или мистификация? [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.magazinesvet.ru/analytics/62889/

4.DS1307 – 64х8 часы реального времени с

http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/CD000 01691.pdf

Воронежский государственный технический университет

218

УДК 621.9

Р.В. Пельтихин, И.А. Новикова

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА ИМПУЛЬСОВ

Рассматривается принцип работы и конструкция автоматического генератора импульсов

Автоматический генератор импульса представляет собой испытательный пробник, распознающий момент соприкосновения щупов с исследуемой схемой, а после установления надежного контакта формирующий мощный одиночный импульс. Генератор непосредственно на плате можно подключать к входам логических элементов, выводам светодиодов, трансформаторов или катушек реле. Необходимость в таком приборе часто возникает в повседневной работе инженера при разработке и тестировании электронных схем.

Схема электрическая принципиальная генератора импульсов представлена на рис. 1.

Устройство питается от NiCd аккумулятора напряжением 4.5 В, но можно использовать и 5-вольтовый источник, что было подтверждено испытаниями. Схему собирается на макетной плате и вместе с внешними компонентами размещается в корпусе.

Транзисторы VT1 и VT2 по сигналу от таймера NE555 или микросхемы СD4069 подключают «плюсовой» и «общий» щупы генератора к соответствующим полюсам батареи 4.5 В. Резисторы R3и R4 смещают напряжение на входе элемента DD2.1 чуть ниже порога переключения, удерживая на его выходе высокий уровень напряжения, а на выходе DD5.1, соответственно, низкий. Конденсатор C1, с одной стороны, обеспечивает определенную помехоустойчивость схемы, а с другой, определяет минимальное время, на которое цепь испытуемого устройства должна быть подключена к щупам генератора. Резистор 100 кОм на входе DD2.1 ограничивает входной ток, защищая схему от случайного подключения щупов к активной цепи.

219

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная генератора

Резистор R1 подключен к точке соединения резисторов R3 и R4 через обратно смещённый светодиод VD1. Пока щупы генератора не подключены к нагрузке, эта ветвь не оказывает на работу схемы никакого влияния, поскольку сопротивление цепи R1, VD1, R2,VD2 намного больше, чем резистора R3. Если щупы генератора коснутся пассивной нагрузки, такой, как резистор, катушка или светодиод, она окажется подключенной параллельно VD1 и R2. Теперь ветвь, шунтирующая R3, имеет более низкое сопротивление, вследствие чего входное напряжение элемента DD2.1 поднимается выше уровня логического порога, и на его выходе появляется «лог. 0».

Резистор R8 и конденсатор C2 образуют цепь задержки и подавления дребезга, необходимую для того, чтобы генерация импульса не начиналась раньше, чем установится надежный контакт щупов с исследуемой схемой. Как только выход DD2.1 переключится в «лог. 0», через резистор R8 начнет заряжаться конденсатор С2, и через время, равное примерно R8×C2, изменится логический уровень на входе DD5.1.

Нарастающий фронт выходного импульса DD5.1 через дифференцирующую цепь С3, R11 и инвертор DD6.1запустит таймер DD7 . По окончании заряда C3 через резистор R11 напряжение на входе DD6.1 вернется к уровню «лог. 0», и «лог. 1» на его выходе позволит таймеру завершить цикл формирования выходного импульса с длительностью, определяемой значениями R и C. Выход

220