Трансмембранный перенос
.pdf
ADMUX , регистр управления-состояния ADCSR и шестнадцатиразрядный
регистр результата ADCH, L.
Время выполнения команд
ЦПУ процессора AVR управляется системной частотой генерируемой внешним резонатором. Внутреннее деление частоты генератора не используется.
В процессоре организован буфер (pipeline) команд, при выборе команды из памяти программ происходит выполнение предыдущей команды.
Подобная концепция позволяет достичь быстродействия 16 MIPS на MHz,
уникальных показателей стоимости, быстродействия и потребления процессора.
Кварцевый генератор
XTAL1 и XTAL2 являются входом и выходом инвертирующего усилителя, на котором можно собрать генератор тактовых импульсов. Можно использовать как кварцевые, так и керамические резонаторы. При подключении внешнего тактового сигнала вывод XTAL2 остается неподключенным, а XTAL1 подключается в выходу внешнего генератора.
5.2.2. Датчик ускорения
В данной ЦСАУ системе необходимо отслеживать значения ускорения рабочего органа, так как именно данный параметр влияет на интенсификацию процесса переноса. Исходя из результатов моделирования,
которые показали, что максимальное значение ускорения рабочего органа установки не превышает ± 400 м/с2, был выбран датчик ADXL150 фирмы
ANALOG DEVICES [18]. Это современный, небольших размеров,
экономичный и высокоточный акселерометр, выполненный в едином корпусе. Датчик позволяет измерять ускорения величиной до 50g (490м/с2), с
ошибкой менее 2% от максимального значения. ADXL150 обладает высокой помехозащищенностью, и работает в широком диапазоне температур (0..75 °С). Функциональная блок схема представлена на рис 5.2.3.
|
|
Лист |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ |
65 |
|
||
|
|
Рисунок 5.2.3 - Функциональная блок схема ADXL 150.
Цоколевка датчика показана на рис. 5.2.4.
Рисунок 5.2.4 - Расположение выводов ADXL 150.
5.2.3. Цифровой датчик Холла
Для контроля частоты вращения вала двигателя в данной работе используется Цифровой датчик Холла. Основные преимущества этих датчиков заключается в отсутствии механических движущихся частей и высоком быстродействии (до 100 кГц). Благодаря этому датчики Холла отличаются высокой надежностью, долговечностью и не требуют физического контакта с измеряемой средой.
Так как в данной работе требуется осуществлять регулирование частоты вращения, то для определения значения частоты воспользуемся, простейшим цифровым униполярным датчиком, средней чувствительности - HAL508
фирмы MICRONAS [19]. На рисунках 5.2.5 и 5.2.6 показаны, соответственно,
функциональная блок диаграмма и цоколевка датчика.
|
|
Лист |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ |
66 |
|
||
|
|
Рисунок 5.2.5 - Функциональная блок схема HAL508
Рисунок 5.2.6 - Расположение выводов HAL508
5.2.4 Жидкокристаллический индикатор
Для контроля во время проведения эксперимента параметров возмущающего воздействия в системе предусмотрен ЖК-индикатор.
Индикатор должен отображать частоту возмущающего воздействия, и
значения получаемых ускорений. В данной работе был предложен ЖКИ фирмы HITACHI - HD44780U [20]. Этот ЖКИ предлагает следующие возможности: отображение символов и знаков в режиме 5х8 точек и 5х10;
значительное быстродействие шины контроллера: 2МГц при напряжении питания 5В. Также данный ЖКИ имеет два режима записи информации: 4-
разрядный или 8-разрядный. В данной работе будем использовать 4-
разрядный режим. При этом будем использовать 6 выводов МК. Напряжения питания ЖКИ и драйвера лежит в диапазоне от 2.7-5.5В. Запись в данном
устройстве |
происходит в параллельной форме по фронту тактовых |
||
|
|
|
Лист |
Изм. Лист № докум. |
Подпись Дата |
ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ |
67 |
|
|||
|
|
||
импульсов. Данная микросхема предусматривает также режим считывания выводимых значений, однако, в рамках данной работы этот режим использоваться не будет.
У данной микросхемы имеются 14 выводов, назначения выводов указаны в таблице 5.2.1.
Таблица 5.2.1 – Назначение выводов микросхемы HITACHI - HD44780U
Вывод |
Обозначение |
Назначение |
|
|
|
1 |
GND |
Земля |
|
|
|
2 |
Vcc |
Напряжение питания |
|
|
|
3 |
Contrast |
Регулировка контрастности |
|
|
|
4 |
R/S |
Команда/Выбор регистра |
|
|
|
5 |
R/W |
Чтение/Запись |
|
|
|
6 |
E |
Тактовые импульсы |
|
|
|
7-14 |
Data |
Данные D0-D7 |
|
|
|
Команды контроллера ЖКИ приведены в таблице 5.2.2.
Таблица 5.2.2 - Команды контроллера HITACHI - HD44780U
|
R/ S |
R/W |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
Команда |
Код |
|
|
команды |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
14 |
13 |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
Входы/выходы данных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Очистка дисплея |
0x01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
00 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
* |
Перемещение курсора в |
0x02 0x03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
левый угол (Home) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
ID |
S |
Направление перемещения |
0x04 0x05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
курсора |
0x06 0x07 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
DЕ |
С |
В |
Включение/выключение |
0x08- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дисплея, курсора |
-0x0F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Sc |
RL |
* |
* |
Смещение курсора/ Сдвиг |
0x10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изображения |
0xlF |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
DL |
N |
F |
* |
* |
Выбор режимов работы |
0x20 0x3F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
А |
А |
А |
А |
А |
А |
Выбор позиции курсора в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0x40 0x7F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
области символа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
1 |
А |
А |
А |
А |
А |
А |
А |
Выбор позиции курсора на |
0X80 0xFF |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
экране |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
ВF |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
Флаг занятости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
D |
D |
D |
D |
D |
D |
D |
D |
Записать код символа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
D |
D |
D |
D |
D |
D |
D |
D |
Считать 5 код символа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист |
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ |
68 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
* - состояние битов безразлично;
ID - если бит =1, то после записи символа курсор перемещается на следующую позицию;
S - если бит=1, то изображение смещается;
DE - включить/выключить дисплей;
С - включить/выключить курсор;
В - включить/выключить мигание курсора;
Sc – включить/выключить режим изображение сдвига на экране;
RL – Направление сдвига курсора (0 – влево, 1 - вправо);
DL – Разрядность данных (0 – 4-х разрядные, 1 – 8-ми разрядные);
N – Число строк на экране (0 – одна, 1 - две);
F – Размер символов (0 – 5х7, 1 – 5х10);
А – Адрес;
D – данные;
BF – равен 1, если ЖКИ занят выполнением операции.
5.2.5 Драйверная схема
Для управления двигателем постоянного тока будем использовать мостовые драйверы (усилители мощности) для двигателей постоянного тока
MoviPower MP2 от фирмы Мовиком [21].
Технические характеристики схемы приведены в таблице 5.2.3.
Таблица 5.2.3 - Технические характеристики MoviPower MP2
Мостовые драйверы (усилители мощности - УМ) МР2 предназначены для преобразования сигналов малой мощности в управляющие воздействия на исполнительные устройства большой мощности, такие, как двигатели
|
|
Лист |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ |
69 |
|
||
|
|
постоянного тока. Входной сигнал представляет собой сигнал широтно-
импульсной модуляции (ШИМ) с постоянной частотой, поступающей,
например, с микроконтроллера. Отношение ширины импульса,
соответствующего «включенному» состоянию, к полному периоду сигнала,
определяет среднее значение напряжения, получаемое на выходе УМ. Это соответствие практически линейно.
Рисунок 5.2.7 - Внешний вид MoviPower MP2
В конструкции УМ используются полевые транзисторы большой мощности. В усилителе предусмотрен реверс выходного напряжения, а также защита от перегрузки. При срабатывании защиты от перегрузки по току плата выдает сигнал ERROR (активный - низкий), при этом на плате загорается светодиод.
Входными сигналами УМ являются:
ENABLE - включение платы. Низкий уровень этого сигнала снимает питание логической части, тем самым, запираются все 4
силовых транзистора
SIGN – выбор знака выходного напряжения;
PWM - широтно модулированный сигнал (ШИМ)
Все четыре перечисленных сигнала гальванически изолированы от
силовой части платы.
Логический разъем платы содержит сигналы для выключения трех
ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
70
описываемых плат. Сигнал ENABLE - общий, сигнал ERROR также общий:
срабатывание защиты на любой из подключенных плат вызывает низкий уровень сигнала ERROR (монтажное ИЛИ). Кроме того, к разъему подводятся три пары сигналов SIGN и PWM, отвечающие трем независимым каналам управления двигателями одной микропроцессорной платой. Номер канала, к которому подключается данная плата, задается перемычками JP5, JP6. В активной части периода сигнала PWM открыты транзисторы одной или другой диагонали моста, в зависимости от значения сигнала SIGN. В
данной работе используется только один канал управления.
Цоколевка разъемов
Логический разъем XI:
1.SIGN3 (3-й канал);
2.PWM3 (3-й канал);
3.SIGN2 (2-й канал);
4.PWM2 (2-й канал);
5.SIGN1 (1-й канал);
6.PWM1 (1-й канал);
7.Питание входной гальванически независимой части (от 2.5 до 5 В в зависимости от используемого уровня логических сигналов);
8.ENABLE;
9.Питание О В входной гальванически независимой части (логическая
земля);
10.ERROR;
Силовой разъем K1 :
1.Питание +12 В схемы управления;
2.Силовая земля;
3.Отрицательный выход при низком уровне сигнала SIGN
4.Положительный выход при низком уровне сигнала SIGN
5. “Плюс” силового питания.
|
|
Лист |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ |
71 |
|
||
|
|
5.2.6 Общий вид принципиальной схемы
Общий вид принципиальной схемы представлен на рисунке 5.2.8.
Рисунок 5.2.8 - Общий вид принципиальной схемы ЦСАУ
|
|
Лист |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ |
72 |
|
||
|
|
5.3 Разработка алгоритмов управляющей программы
На основе технического задания сформулируем алгоритм управляющей программы. Алгоритм условно разделим на несколько самостоятельных модулей.
Первый модуль – это основная программа. Процессор начинает выполнять ее сразу после включения питания. Она включает загрузку констант из долгосрочной памяти процессора, вывод на ЖКИ информацию о задаваемой частоте, также часть программы данного модуля опрашивает кнопки регулирования частоты и кнопку START. После нажатия кнопки
START запускается второй модуль управляющей программы.
Второй модуль – непосредственно отвечает за процессы регулирования,
входе которого:
опрашиваются датчик частоты вращения и датчик ускорения, и
проводится обработка данных с них;
реализуется корректировка частоты вращения вала двигателя;
опрашивается переключатель режимов индикации
производится индикация информация на дисплее согласно выбранному режиму,
опрашивается кнопка окончания эксперимента – кнопка STOP.
Блок схемы первого и второго модуля управляющей программы
представлены на рис.5.3.1. и рис. 5.3.2:
|
|
Лист |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ |
73 |
|
||
|
|
|
|
Включение питание или сброс |
|
|
|
|
Загрузка из ПЗУ значения частоты по умолчанию (w0) |
|
|
|
|
Описание основных констант и переменных |
|
|
|
|
Переопределение векторов прерывания и |
|
|
|
|
инициализация системы |
|
|
|
|
Вывод на ЖКИ «приветственного сообщения» о |
|
|
|
|
готовности системы к работе |
|
|
|
|
Вывод на ЖКИ значения частоты – w |
|
|
|
|
Нажата ли |
да |
|
|
|
кнопка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
START? |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
нет |
|
|
|
|
Нажата ли |
нет |
|
|
|
кнопка (+)? |
|
|
|
|
да |
|
|
|
|
Увеличение значения частоты w на 100 об/мин |
|
|
|
|
Задержка на 200мс |
|
|
|
|
Нажата ли |
нет |
|
|
|
кнопка (-)? |
|
|
|
|
да |
|
|
|
|
Уменьшение значения частоты w на 100 об/мин |
|
|
|
|
Задержка на 200мс |
|
|
Рисунок 5.3.1 - Блок схема первого модуля управляющей программы, 1 – |
|
|||
|
|
выход из первого модуля, вход во второй модуль. |
|
|
|
|
|
|
Лист |
|
|
ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ |
74 |
|
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
|
|
|
|
|||