Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем

Линейный

детектор

AD8361ARM

Логарифмический

детектор

AD8310ARM

Операционный усилитель

AD8056

Рис. 1. Функциональная схема измерителя АЧХ

Как и любой генератор качающейся частоты, данный генератор выдает на выходе широкий спектр гармонических составляющих, поэтому появляется проблема электромагнитной совместимости. Исходя из анализа конструкторских решений подобных устройств, было решено экранировать узлы при помощи латуни. Измеритель АЧХ был выполнен в виде трех узлов: блока детекторов, микроконтроллерного блока и блока усилителя. Платы микроконтроллерного блока и усилителя двусторонние, изготавливаются из двусторонне фольгированного стеклотекстолита комбинированным позитивным методом. Платы ФНЧ и блока детекторов односторонние, метод изготовления – химический негативный. При сборке платы микроконтроллерного блока применяется двусторонний смешанный монтаж, для остальных плат – смешанно-разнесенный.

На рисунке 2 показана компоновка всех составных частей измерителя АЧХ внутри корпуса. Корпус алюминиевый, производства фирмы Takachi (модель UC13-4-18). На монтажной панели (1) расположены: плата микроконтроллерного блока (2), плата усилителя (3) и плата блока детекторов с экраном (4). Плата ФНЧ (5) смонтирована на плате усилителя и имеет свой экран. Также предусмотрен экран в виде перегородки (6). В ней установлен проходной конденсатор (7), через который подается питание на блок усилителя. Также на рисунке 2 видны два коаксиальных разъема (8) для подключения исследуемого прибора, разъем +5В для питания дополнительно подключаемых устройств (9), светодиод (10), который служит для индикации подключения измерителя АЧХ к ПК и USB-B разъем (11), смонтированный на плате микроконтроллерного блока.

Рис. 2. Измеритель АЧХ в сборе (верхняя крышка не показана)

В ходе технико-экономического анализа разработанного измерителя АЧХ было выяснено, что по большинству показателей разработанный измеритель АЧХ превосходит аналог АСК-4106 фирмы Актаком. Кроме того, масса разработанного измерителя АЧХ меньше почти в 2 раза, а габариты – в 3 раза. Потребляемая мощность также значительно ниже. Стоимость основных материалов и покупных комплектующих изделий составила 2185 р., договорная цена – 9450 р. Оптовая цена АСК-4106 составляет 12050 р. Таким образом, разработанный измеритель АЧХ является конкурентоспособным и займет достойное место на рынке.

Список литературы

1. Сокольский р. Программно-аппаратный комплекс «скат» для измерения ачх четырехполюсников. – Радио, 2011, №9, с. 26-28.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

М.В. Попова, А.И.Мушта

РАЗРАБОТКА АСИНХРОННОГО

КОММУНИКАЦИОННОГО ИНТЕРФЕЙСА

ХОСТ-МАШИНЫ И МИКРОПРОЦЕССОРА

Одним из основных направлений научно-технического прогресса в настоящее время является развитие микроэлектроники, и широкое применение её изделий в промышленном производстве. Микропроцессорная система без средств ввода и вывода оказывается бесполезной, именно для этих целей используются коммуникационные порты.

Порт содержит следующие компоненты:

- входной буфер FIFO имеет восемь уровней 32-разрядных слов;

- выходной буфер FIFO имеет восемь уровней 32-разрядных слов;

- модуль арбитра порта PAU – координирует работу коммуникационных портов в соответствии с поставленной задачей;

- регистр инструкций коммуникационного порта CPCR позволяет управлять и контролировать функциями коммуникационного порта и операциями передачи данных между ИС и внешними устройствами;

- регистр программного сброса.

Структурная схема порта представлена на рисунке 1. На рисунке 2 представлено соединения двух интегральных схем через коммуникационные порты [1]

Рис. 1. Блок-схема коммуникационного порта

Рис. 2. Пример соединения двух интегральных схем через коммуникационные порты

Модель коммуникационного порта разрабатывалась с САПР Xilinx ISE 13.2, которое позволяет выполнить предварительную верификацию проекта. В качестве ПЛИС было выбрано семейство Kintex-7, позволяющее достичь максимальных показателей цена и производительность.

Описание коммуникационного порта произведено на языке высокого уровня – Verilog поблочно. Результатом Verilog описания является RTL-схема. На рисунке 3 представлена rtl-схема арбитра PAU.

Для проверки правильности работы каждого блока была написана тестовая программа testbench, ее результатом являются временные диаграммы[2]. На рисунке 3 представлена временная диаграмма выходного буфера FIFO.

Рис. 3. Rtl-схема арбитра PAU

Рис. 4. Временные диаграммы работы выходного буфера FIFO

Как видно из рисунка при обнулении буфера (с приходом сигнала rst) срабатывает флаг empty, свидетельствующий о том, что буфер пуст, также видно, что с приходом сигналов RE (read enable) и WE (write enable) слово, поступающее на data_in, появляется на data_out.

Литература

1 Мячев А. А. Интерфейсы систем обработки данных: Справочник/А. А. Мячев и др. – М.: Радио и Связь, 1989 – 305с.

2 Поляков А.К. Языки VHDL и VERILOG в проектировании цифровой аппа­ратуры. – М.: СОЛОН-Пресс, 2003. – 320 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.В. Турецкий, Т.И. Кораблинова

Разработка конструкции автомата включения освещения

Рассматривается принцип работы и конструкционное решение автоматического выключателя освещения

Автоматический выключатель освещения предназначен для автоматизированного управления освещением в помещении и на улице, с целью снижения потребления электроэнергии.

В современном мире вопрос экономии электроэнергии с каждым годом становится всё более важным. К тому же выключать освещение мы забываем очень часто, а в коридорах и подъездах он горит всю ночь, что приводит к неоправданному перерасходу подорожавшей электроэнергии. В связи с этим актуальным становится использование таких осветительных приборов, которые снабжены устройством на базе датчика движения, называемом автоматическим включателем света. Благодаря этим устройствам, осветительные приборы включаются в тот момент, когда это необходимо, и находятся в выключенном состоянии, когда в освещении, даваемом ими, нет необходимости.

Современная элементная база электроники позволяет создавать устройства простые по схемотехнике, но имеющие достаточно широкий набор функций. Раньше такие приборы были доступны лишь для использования в сложных и дорогих профессиональных системах, а теперь их применение делает нашу повседневную жизнь более комфортной и легкой.

Автоматические включатели освещения работают на основе инфракрасных и акустических датчиков. Автоматические включатели на основе ИК-датчиков наиболее востребованы. Пироэлектрические датчики устроены таким образом, что реагируют не на само инфракрасное излучение, его абсолютную величину, а именно на его изменение. Поэтому, даже незначительное перемещение объекта, например, человека будет зафиксировано таким датчиком.

Для управления светом в подъездах многоквартирных домов используются оптико-акустические выключатели. Выключатели содержат микрофон, оптический датчик и выходное ключевое устройство.

Логика работы подобных выключателей та же, что и у инфракрасных: в светлое время суток микрофон отключен оптическим датчиком, а в темноте освещение включится даже при незначительных звуках в подъезде.

Устройство управляется специализированной микросхемой, в качестве датчика используется ИК-фотодиод и пироэлектронный датчик. В качестве силового элемента, коммутирующего нагрузку, используется симистор, подключаемая мощность осветительных ламп до 500 Ватт.

Разработана ПП из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита, использование которого удобно и экономично в условиях серийного производства. Конструкция платы предусматривает смешанный монтаж. Фотодиод и пиродатчик подняты над поверхностью платы для увеличения угла обзора. Симистор устанавливается на радиатор с применением теплопроводящей пасты, которая уменьшает переходное сопротивление. В плате выполнены 4 отверстия диаметром 3 мм для крепления ее к основанию.

Основание корпуса изготавливается из литьевого сплава АЛ8, так как этот сплав наиболее прочен и часто используется при антивандальном исполнении. В основании предусмотрены 4 бобышки с резьбовыми отверстиями для крепления платы, 2 отверстия для крепления устройства на стену и прямоугольное окно для выхода проводов. По 4-м углам также расположены 4 бобышки с резьбовыми отверстиями для крепления крышки. По периметру выполнен паз под стенку крышки.

Крышка также изготавливается из прочного литьевого сплава АЛ8. В крышке по углам расположены 4 отверстия с зенковкой под потайные головки винтов. В центре крышки располагается прямоугольное окно для защитного стекла. В этом окне по периметру располагается паз для крепления защитного стекла.

ПП крепится к основанию с помощью 4-х винтов, крышка крепится к основанию при помощи 4-х винтов с потайной головкой. Защитное стекло приклеивается к крышке клеем БФ-4.

Устройство располагается на вертикальных поверхностях напротив лестничных площадок, в местах с максимальным углом обзора.

Дальнейший прогресс устройства возможен в сторону увеличения угла обзора и расширения его функциональных возможностей за счет введения в схему новых элементов.

УДК 681.3

А.П. Собина, В. А. Кондусов

СТАБИЛИЗАТОР ЧАСТОТЫ

ВРАЩЕНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Рассматривается принцип раьоты и конструкторское решение стабилизатора частоты вращения микроэлектродвигателя постоянного тока

Стабилизатор частоты вращения создан с целью усовершенствования учебной лабораторной установки по исследованию и измерению параметров микроэлектродвигателей. Позволяет студентам получить знания и практические навыки в разработке, отладке и анализе работы электромеханических устройств с применением электродвигателей постоянного тока.

Устройство представляет собой отдельный самостоятельный блок, способный работать от источника постоянного тока напряжением 8..22 В. Для работы устройства также требуется сигнал с оптического датчика скорости вращения, либо датчика Холла.

Принципиальная электрическая схема разработанного устройства представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Электрическая принципиальная схема

Основные узлы предлагаемого устройства – это преобразователь частота-напряжение, компаратор, генератор ШИМ, стабилизатор опорного напряжения 5 В, силовой ключ. Преобразователь частота-напряжение выполнен на специализированной микросхеме тахометра DA1 LM2917 фирмы Texas Instruments. Выходное напряжение прямо пропорционально входной частоте. Зависимость линейная. Сигнал с датчика частоты, подключенного к коаксиальному разъему Х1 СР-50, через токоограничивающий резистор R2 поступает на положительный вход 1 встроенного в микросхему компаратора. На отрицательный вход 11 подается напряжение смещения 0.6 В, сформированное цепью R5-VD1. Таким образом пороговое напряжение срабатывания составляет 0.6 В. Конденсаторами С1-С2 и резистором R3 настраивается диапазон входных частот, а также крутизна кривой преобразования. Преобразованный в напряжение сигнал с выхода 5 через резистор R8 поступает на положительный вход 1, встроенного в микросхему ШИМ-контроллера DA2 TL494 (KA7500), компаратора напряжения. Сигнал сравнивается с напряжением на отрицательном выводе 2, которое устанавливается переменным резистором R7 ручной регулировки частоты вращения микроэлектродвигателя. Стоит отметить что микроcхема DA2 также в своем составе содержит стабилизатор опорного напряжения 5 В (выв. 14). В данной схеме он используется для создания напряжения сравнения на выводе 2 для предотвращения ухода частоты вращения от заданного значения в связи с просадкой напряжения питания и т.д. Разностный сигнал с компаратора поступает на встроенный в микросхему генератор ШИМ-сигнала. В результате изменяется ширина импульса генерируемого ШИМ-сигнала, который с выходов 9,10 поступает на затвор мощного полевого ключа VT1, в цепь истока которого непосредственно и включен микроэлектродвигатель к клеммам Х2.1 и Х2.2. Частота ШИМ определяется номиналами R10, C5 и в данном случае составляет 1 кГц.

Диод VD2 служит для защиты схемы от переполюсовки, VD3 – от высоковольтных выбросов на обмотках электродвигателя.

Питание устройства осуществляется от лабораторного источника питания. Для подключения предусмотрен кабель с разъемами типа “banana”. Напряжение питания может быть изменено в диапазоне 9...22 В в зависимости от типа подключаемого электродвигателя.

Внешний вид устройства показан на рисунке 2.

Рис. 2. Внешний вид устройства

Литература

1. LM2907/LM2917 Frequency to Voltage Converter - Texas Instruments www.ti.com/lit/ds/snas555b/snas555b.pdf;

2. TL494 (Rev. E) - Texas Instruments www.ti.com/lit/ds/symlink/tl494.pdf;

3. http://istochnikpitania.ru/index.files/Nov_sxem.files/Nov_sxem190.htm

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

Н.Г.Котляр, В.С. Цымбалюк

Электроакустический датчик

Электроакустический датчик предназначен для фиксирова­нии всплеска звукового сигнала определенной частоты при механических воздействиях на тот или иной предмет.

В последнее время все большую популярность завоевывают элек­троакустические датчики разрушения стекла. Удобство их эксплуатации заключается не только в отсутствии необ­ходимости приклеивать датчики на стекло, но и возможности охра­ны одним прибором нескольких стеклянных проемов очень больших площадей.

Данное устройство разрабатывается с целью решения проблемы ложных срабатываний, а также регулировки работы датчика в зависимости от толщины стекла и предотвращения проникновения злоумышленника.

Принцип работы датчиков подобного рода основан на фиксирова­нии всплеска звукового сигнала определенной частоты, возникающего при разрушении стекла. Спектр звукового сигнала разрушающегося стекла весьма разнообразен, но все же максимальное количество час­тотной составляющей имеется, и расположена она между 4,2 и 4,9 кГц.

Структурная схема электроакустического датчик представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема электроакустического датчика

Технические характеристики:

- напряжение питания от 10 до 26 В;

- потребляемый ток от 40 до 90 мА;

- время установки в дежурный режим не более 2 с;

- время фиксации сигнала тревоги от 30 до 240 с.

Прибор состоит из предварительного линейного усилителя, актив­ного фильтра, формирователя сигнала тревоги и таймера срабатывания. В качестве микрофона используется электретный микрофон импортного производства.

На транзисторе VT2 собран первый каскад активного фильтра и представляет собой низкодобротный фильтр, имеющий небольшой коэффициент усиления. Выбор именно этого схемотехнического ре­шения обоснован тем, что на начальных этапах усиления необходимо захватить немного больший диапазон частот, чтобы в дальнейшем имелся небольшой запас частотных составляющих усиливаемого сигнала.

На микросхеме DA2 собран высокодобротный фильтр с регулируемой полосой пропускания. Использование именно этого фильтра позволяет изменением одного номинала в широких пределах изменять полосу пропускания . Последовательное соединение обоих фильтров позволило избавиться от низкочастотной и высокочастотной составляющих звукового сигнала — на выходе появляется только сигнал, необходимый для контроля.

При отсутствии сигнала с фильтра-усилителя на втором входе DD2.4 присутствует уровень лог. 0, что будет поддер­живать на выходе этого элемента уровень лог. 1. Уровень 0 с выхода DD2.2 «удержит» лог. 1 на выходе DD2.3, и это состояние не изме­нится, пока не появится звуковой сигнал требуемой частоты и уровня. Уровень лог. 1 на выходе элемента DD2.4, пройдя токоограничивающий резистор R16, откроет транзистор VT3, и контакты реле К1 замкнутся, что восстановит шлейф (линию) сигнализации.

Как только произойдет разрушение стекла в зоне чувствительно­сти прибора, звуковой сигнал вызовет появление лог. 1 на входе DD2.4 и на его выходе сформируется «0». Это повлечет появление «1» на выходе DD2.2, а поскольку на первом входе DD2.3 уже имеется лог. 1, то на его выходе появится уровень «0». Таким образом, триггер изменит свое состояние, и даже при пропадании звукового сигнала он будет оставаться в этом состоянии, поскольку лог. 0 с выхода DD2.3 не позволит изменить уровень выходного напряжения DD2.2. С появлением на выходе DD2.4 лог. 0 транзистор VT3 закроется, реле К1 разомкнет свои контакты и прибор, следящий за целостно­стью шлейфа сигнализации, выдаст сигнал тревоги.