Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектная деятельность в сфере микро - и наноэлектроники. Учебное пособие
.pdf
строке слева показывается выбранный период свежести мяса: 1h
или 24h. Далее в нижней строке показываются дополнительные
сообщения, характеризующие результат измерения: STANDARD,
NONSTANDARD, 1X DEFROSTED, 2X DEFROSTED.
Рис. П2.3. Размещение печатной платы в корпусе прибора
«Meat Tester»
На передней панели прибора имеется клавиатура с четырьмя
кнопками:
- MET (metering) – запуск измерения электропроводности;
- TIME – выбор периода свежести мяса (время после
забоя);
- TYPE – выбор типа мяса (свинина, говядина или
куриное мясо);
- PWR (power) – включение питания прибора.
Для начала работы с прибором необходимо установить в
батарейный отсек заряженные аккумуляторы, затем нажмите
кнопку PWR. На дисплее появится заставка, содержащая номер
версии программного обеспечения, и прибор перейдет в рабочий
режим.
Внимание! Если на приборе в течение 8 секунд не
нажимается ни одна из кнопок MET, TIME, TYPE, то он
автоматически выключается с целью экономии энергии
источника питания. Установите нужный тип мяса (TYPE) и
выберите время после забоя (TIME). Введите иглы в подлежащий
61
проверке кусок мяса. Нажмите кнопку запуска измерения (MET).
Через несколько секунд прибор покажет результат. Время
измерения может варьироваться в диапазоне от 1-й до 6-ти
секунд.
Прибор «Meat Tester» автоматически проверяет свою
исправность перед запуском измерения. В случае обнаружения
критической ошибки выводится сообщение «MALFUNCTION,
POWER OFF!», и прибор выключается. Если такая ошибка
появляется неоднократно, то это означает, что прибор нуждается
в поверке или ремонте. Внешний вид корпуса и крышки прибора
«Meat Tester» показан на рис. П2.4.
Рис. П2.4. Внешний вид корпуса и крышки прибора «Meat
Tester»
При включении питания и при проведении измерения
прибор автоматически проверяет уровень оставшегося заряда
батареи (рис. П.2.5). При слишком низком уровне напряжения
выводится сообщение «BATTERY LOW, POWER OFF!», и
прибор выключается. В этом случае необходимо зарядить
аккумуляторы или установить запасные (заряженные).
62
Рис. П2.5. Работа индикаторной панели прибора
При попытке провести измерение электропроводности со
значением более 32S, прибор выводит сообщение «OVERLOAD,
POWER OFF!» и выключается. Это необходимо в целях защиты
прибора от повреждения. Запрещается включать режим
измерения при коротком замыкании щупов – это может привести
к выходу прибора из строя.
Для тестирования и быстрой поверки прибора
допускается подключение к его щупам резистора с
сопротивлением 300 Om, что будет соответствовать
электропроводности 30S. Резистор должен быть мощностью не
менее 1W. Для этой цели лучше использовать термостабильные
резисторы, так как при каждом измерении будет происходить
нагрев резистора с изменением его сопротивления и, как
следствие, уменьшение измеренной электропроводности, которое
для обычных резисторов может быть довольно заметным.
Принципиальная схема прибора «Meat Tester» для определения
качества мяса путем измерения электропроводности показана на
рис. П2.6.
63
Рис. П2.6. Принципиальная схема прибора «Meat Tester»
Разработка электроники для этого прибора была
выполнена с применением микроконтроллера ATmega128A-AU.
В схеме использована микросхема импульсного преобразователя
напряжения TPS61032, которая обеспечивает достаточно
мощный выходной ток при напряжении 5В, необходимый для
питания измерительных цепей прибора, микроконтроллера и всех
прочих элементов. Преобразование однополярного напряжения
+5V в двуполярное напряжение ±24V выполняют два
импульсных преобразователя P10AU-0524ELF. Для повышения
точности и стабильности измерений в схеме использован
источник опорного напряжения REF198GS.
Прибор «Meat Tester» использует программный алгоритм
температурной компенсации для собственных измерительных
цепей при проведении частых повторных измерений с малыми
паузами. Это позволяет удешевить и упростить схему, сохранив
при этом достаточно высокую точность измерений.
Описание разработки электронного прибора «Meat
Tester», предназначенного для определения качества мяса,
представлено на сайте: https://razrabotka.pro.
\
64
П2.1. Терморегулятор с дистанционным управлением
Терморегулятор предназначен для измерения
температуры и автоматического управления нагревателем.
Полученные в результате измерения данные, состояние
нагревателя, а также прочие настройки и параметры передаются
на компьютер, где соответствующее программное обеспечение
принимает их и отображает в виде, удобном для работы.
Рис. П2.7. Печатная плата с функциональными узлами
терморегулятора с дистанционным управлением
Программное обеспечение предоставляет собой полный
набор настроек для прибора, за исключением возможности
изменения его адреса Для связи с компьютером используется
интерфейс RS-485 «Modbus RTU», который имеет
гальваническую изоляцию со стороны "Термостата TH-M-2".
Схематическая иллюстрация трехканального терморегулятора
представлена на рисунке П.2.8.
65
Рис. П2.8. Схема трехканального терморегулятора с
удаленным управлением посредством MODBUS
Электронная начинка устройства разработана на базе
микроконтроллера ATxmega128A3U-AU. Для преобразования
аналоговых сигналов от Pt-датчиков температуры применяются
АЦП AD7792BRUZ. Вход токовой петли также имеет
гальваническую развязку, реализованную посредством
оптического триггера H11L1. Входная аналого-цифровая часть,
датчики температуры, линии питания датчиков и стабилизатор
питания, построенный на основе LP2985AIM5-5.0, изолированы
от микроконтроллера, чтобы предотвратить сбои, вызванные
помехами, статическим электричеством и другими подобными
воздействиями. Изоляцию обеспечивают микросхемы
ADUM1401, ADUM1200 и импульсный преобразователь
напряжения P6AU-0505ELF. Аналоговый выход токовой петли
(4-20 мA) реализован на микросхеме AD5410AREZ.
Гальваническая защита этого выхода осуществляется с помощью
микросхем ADUM1400, ADUM1200 и преобразователя питания
P6AU-0524ELF. Выход аварийного сигнала реализован на реле
TRR-1A-05-S-00-R. Для отображения информации используется
двухэлементный семисегментный светодиодный дисплей E30361-
66
L, каждый из которых отображает три цифры. Программа для
дистанционного управления терморегулятором представлена на
рисунке П2.9.
Рис. П2.9. Программа для удаленного управления
терморегулятором
Данные, обмениваемые между устройствами,
структурированы в виде последовательности байтов, согласно
протоколу Modbus RTU. Для контроля целостности передаваемой
информации и выявления возможных сбоев в линии связи, в
конце каждого пакета добавляется контрольная сумма,
рассчитанная по алгоритму CRC-16. Характеристики
физического уровня интерфейса RS-485 следующие:
- Скорость передачи данных, бит/с: 9600.
- Использование бита паритета: отсутствует.
- Количество стоп-битов: 2.
- Тип кабеля: витая пара.
Для задания собственного адреса устройства
используется специальная процедура. Она включает в себя
широковещательную передачу, в которой адрес приемника
установлен как 0x00, а также используется функция Modbus с
кодом 0x06 и адрес переменной 0x0000.
Таким образом, запрос на изменение начального адреса
блока имеет следующий формат: [0x00] [0x06] [0x00] [0x00]
67
[адрес, например, 0x0001] CRC16. Адрес может принимать
значения от 0 до 255 в десятичной системе.
П2.3. Датчики температуры
Устройство оснащено тремя входами, предназначенными
для подключения высокотемпературных датчиков Honeywell 700101BAB-B00. Диапазон измеряемых температур, согласно
документации, составляет от -70 до +500 °C. Датчик представляет
собой аналоговый Pt-терморезистор с сопротивлением 100 Ом
при 0 °C, обладающий точностью 0,12 % и защищенным
антистатическим пластиковым корпусом с выводами. В качестве
альтернативы можно использовать модели 700-101BAA-B00, 701-
101BAA-B00, 701-101BAB-B00, 702-101BBB-A00, 703-101BBB-
A00. Подключение датчиков возможно по двух- или
четырехпроводной схеме с использованием витой пары. Схема
подключения с использованием трех проводников не
поддерживается. Все три датчика могут быть независимо
включены или выключены через меню настроек прибора.
Неактивный или неисправный датчик регистрируется как
ошибка, и на дисплее отображается индикация неисправности
устройства. Вместо значения температуры на выбранном канале
появляется надпись «Err» (Error - ошибка). В этом случае канал
автоматически отключается в настройках. Выключенный канал
не влияет на работу нагревательного элемента (см. рис. П2.10).
Рис. П2.10. Плата, отвечающая за управление
нагревательным элементом
68
Для организации управления нагревательным элементом
используется либо электромеханическое, либо твердотельное
реле. В случае активации ПИД-режима (регулирование на основе
пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД)
закона), регулирование мощности в цепи нагрузки возможно с
шагом в 1 %. Для изменения выходной мощности применяется
оптимизированный алгоритм, целью которого является
минимизация количества коммутаций реле, что необходимо для
продления срока его службы. Время, отведенное на
распределение времени включения и выключения реле,
составляет 100 с., и в течение этого интервала допускается не
более одного цикла переключения независимо от требуемой
средней мощности. ПИД-регулирование подразумевает снижение
средней мощности, подаваемой на нагреватель, по мере
приближения температуры объекта к заданному значению.
Также, в установившемся режиме работы, по ПИД-закону
определяется примерная величина тепловой мощности,
достаточная для компенсации теплопотерь и поддержания
заданной температуры. Следует отметить, что ПИД-режим,
реализованный с помощью реле, способного коммутировать
нагреватель только на 100% мощности, можно считать таковым
лишь в системах с высокой тепловой инерцией. Использование
ПИД-режима не рекомендуется при наличии
электромеханического реле, поскольку частые включения и
выключения значительно сокращают его ресурс.
При активации ПИД-режима, для выбранного канала
регулирования отсутствует гистерезис включения и выключения
(соответствующая настройка игнорируется). В этом случае
применяется специализированный алгоритм регулирования
мощности, основанный на ПИД-законе. Каждый из двух
оставшихся каналов будет просто отключать нагреватель при
достижении заданной температуры.
69
Рис. П2.11. Схема внешних соединений к регулятору
Под дисплеем расположены четыре светодиода,
отличающиеся цветом свечения, с определенным функционалом:
Зеленый – сигнализирует об успешном запуске
устройства в рабочий режим;
Синий – указывает на наличие передачи данных через
порт RS-485;
Жёлтый цвет индикатора сигнализирует о включении
нагрева;
Красный – указывает на остановку работы оборудования и
деактивацию нагревательного элемента.
Особые возможности и характеристики устройства:
- Все заданные параметры и настройки сохраняются в
энергонезависимой памяти, оставаясь доступными даже после
отключения от электросети;
- Используется градус Цельсия как минимальная единица
измерения температуры;
- Для обеспечения стабильности работы, все входные и
выходные схемы прибора электрически изолированы от
микроконтроллера, что предотвращает сбои из-за воздействия
статического электричества;
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]