§ PS/2DATA - DATA вывод разъема PS/2
§ PWLED0 - вывод на светодиод и фильтр для сглаживания ШИМ сигнала. Канал 0
§ PWLED1 - вывод на светодиод и фильтр для сглаживания ШИМ сигнала. Канал 1
§ PWLED2 - вывод на светодиод и фильтр для сглаживания ШИМ сигнала. Канал 2
§ PWLED3 - вывод на светодиод и фильтр для сглаживания ШИМ сигнала. Канал 3
§ USB BUS PUP - подтяжка шины D на USB. Подача на этот вывод пяти вольт подтягивает шину D и обеспечивает обнаружение устройства на шине USB.
§ USB BUS PWR - пять вольт с шины USB пропущенные через резистор в 100кОм. Позволяют отследить наличие питание на шине USB.
§ USB DATA + -- Шина данных USB
§ USB DATA - -- Шина данных USB
§ TXA1 - Вывод TX канала А (соединяется с линией ТХ микроконтроллера! Перекрещивание RX и TX идет дальше, на колодке коммутатора)
§ RXA1 - Вывод RX канала А (соединяется с линией RХ микроконтроллера! Перекрещивание RX и TX идет дальше, на колодке коммутатора)
§ TXB1 - Вывод TX канала B (соединяется с линией ТХ микроконтроллера! Перекрещивание RX и TX идет дальше, на колодке коммутатора)
§ RXB1 - Вывод RX канала B (соединяется с линией RХ микроконтроллера! Перекрещивание RX и TX идет дальше, на колодке коммутатора)
§ GND - земля.
Правая сторона:
§ D3…D0 - вход ЦАП по схеме R2R
§ AO - от Analog Output - выход R2R ЦАП. Выход идет с операционного усилителя.
§ VFO - Voltage Filter Out - выход RC фильтра.
§ VFI - Voltage Filter In - вход RC фильтра.
§ AGND - Аналоговая земля.
§ SCL - строб линия шины i2c. Подтянута к CPU POWER.
§ SDA - линия данных шины i2c Подтянута к CPU POWER
§ GND - земля.
§ SS - выбор кристалла, шина SPI. Подключен также к SS выводу SD карты.
§ MOSI - Master Output Slave Input - линия данных шины SPI
§ SCK - строб линия шины SPI
§ MISO - Master Input Slave Output - линия данных шины SPI
§ SS2 - выбор кристалла, шина SPI. Уходит к модулю расширения, позволяя адресовать его по SPI
§ BTN3 - Может быть подключена к кнопке BTN3
§ BTN2 - Может быть подключена к кнопке BTN3
§ BTN1 - Может быть подключена к кнопке BTN3
§ BZR - Buzzer, этот вывод подключен к пищалке. Подавая на него колебания звуковой частоты можно что-нибудь пропищать.
Это что касается выводов модуля. Фактически они совпадают с аналогичными выводами базовой платы. Сам контроллер разведен независимо, объединены только земли, питание и то, без чего не обойтись. Что дает гибкость и возможность подключать выводы как угодно и куда угодно. Схема включения контроллера типовая:
Рисунок 3.4 - Схема включения контроллера
Только самое необходимое. Кварцы вынесены на панельки, что позволяет их менять или убирать если не нужны. Напряжение опоры АЦП связано с питающим через дроссель. Земли цифровая и аналоговая соединены, но это соединение в одной точке и только на модуле. Все остальные выводы выведены на штыри и расположены напротив выводов контроллера. Также некоторые из них продублированы возле UART, PWM или I2C выводов, чтобы можно было удобно подключать их джамперами.
Рис 3.5 - Схема выводов
Желтой подсветкой указаны выводы, которые можно подключать джамперами. Как видно, выведены ШИМ каналы OC0, OC1A, OC1B, OC2. Шина i2c с ее линиями SCL, SDA. SPI с линиями MOSI, MISO (MI на плате), SCK и SS. Причем SS от контроллера продублирована так, чтобы можно было джампером одевать ее на SS или на SS2. Также продублированы выводы UART, позволяя подключать их джамперами либо к каналу А, либо к каналу В.
Справа, напротив выводов OSC1 и OSC2 припаяна цанговая панелька, куда может быть вставлен часовой кварц (идет в комплекте).
С северного торца, под платой, расположена кнопка RESET. А с Южного, также под платой, расположен угловой разъем JTAG'a с которого можно шлейфом вытащить интерфейс на отладчик.
Схемотехника и распиловка модулей осталась без изменений, но была исправлена ошибка, в результате которой SDA и SCL выводы поменялись местами.
Раньше для наброса на шину i2c AVR модуля нужно было подключать так:
Рисунок 3.6 - Шина AVR модуля
Теперь все несколько упростилось:
Рисунок 3.6 - Шина AVR модуля (упрощенная)
ATmega328P - микроконтроллер семейства AVR, как и все остальные имеет 8-битный процессор и позволяет выполнять большинство команд за один такт.
Память:
? 32 kB Flash (память программ, имеющая возможность самопрограммирования)
? 2 kB ОЗУ
? 1 kB EEPROM (постоянная память данных)
Периферийные устройства:
? Два 8-битных таймера счетчика с модулям сравнения и делителями частоты
? 16-битный таймер/счетчик с модулем сравнения и делителем частоты, а также с режимом записи
? Счетчик реального времени с отдельным генератором
? Шесть каналов PWM (аналог ЦАП)
? 6-канальный ЦАП со встроенным датчиком температуры
? Программируемый последовательный порт USART
? Последовательный интерфейс SPI
? Интерфейс I2C
? Программируемый сторожевой таймер с отдельным внутренним генератором
? Внутренняя схема сравнения напряжений
? Блок обработки прерываний и пробуждения при изменении напряжений на выводах микроконтроллера
Специальные функции микроконтроллера:
? Сброс при включении питания и программное распознавание снижения напряжения питания
? Внутренний калибруемый генератор тактовых импульсов
? Обработка внутренних и внешних прерываний
? 6 режимов сна (пониженное энергопотребление и снижение шумов для более точного преобразования АЦП)
Напряжения питания и скорость процессора:
? 1.8 - 5.5 В при частоте до 4 МГц
? 2.7 - 5.5.В при частоте до 10 МГц
? 4.5 - 5.5 В при частоте до 20 МГ
3.4 Другие элементы системы управления
Индикаторная лампа. В качестве индикатора состояния подводного робота и наличия препятствий на траектории движения робота в проектируемой системе управления используется специальная индикаторная лампа, показанная на рис. 3.6.
Рисунок 3.6 - Индикаторная лампа
Это светодиодная лампа в патроне из черного пластика, со встроенным резистором. Для подключения используются выводы для пайки. Её основные технические характеристики:
- Напряжение: 12 В
- Максимальный ток:30 мА
- Яркость:красный: 25 мк,
желтый: 12 мкд,
зеленый: 20 мкд
- Диаметр светодиода: 10 мм
LCD дисплей Sharp LQ035Q3DW02. Новые дисплеи со светодиодной подсветкой сочетают высокую нагрузочную способность, которая требуется для промышленных устройств, с преимуществами светодиодной подсветки. Сюда относятся, в том числе, быстрота реакции светодиодов даже при очень низких температурах и хорошая регулируемость яркости светодиодов во всем диапазоне.
Еще одним важным преимуществом светодиодной подсветки является низкое рабочее напряжение. Благодаря этому становится ненужным использование высоковольтного инвертора, который требуется для питания ламп холодного свечения. Это делает возможным применение новых дисплеев Sharp там, где высокое напряжение нежелательно, например, во взрывоопасных зонах. Высокое качество изображения новых промышленных ЖК-дисплеев Sharp обеспечивается, в том числе, и с помощью высокой яркости светодиодной подсветки до 550 кд/м2.
Для того чтобы обеспечить работу дисплеев при тех рабочих температурах, которые требуются для многих промышленных устройств, Sharp разработала корпус новых ЖК-дисплеев с эффективным теплоотводом специально для светодиодной подсветки. Теплопроводы отводят тепло светодиодов и их схем управления к задней наружной стенке панели, откуда оно легко выводится в окружающую среду.
Новые промышленные ЖК-дисплеи прошли испытания, и как все дисплеи серии Strong2, соответствуют требованиям промышленной спецификации с рабочей температурой в пределах от -30°C до 80°C при сроке службы до 50.000 часов. При переводе обычных ЖК-дисплеев на светодиодную подсветку часто просто заменяют блок люминесцентных ламп на модуль со светодиодами, который плохо отводит тепло в окружающую среду. Поэтому ЖК-дисплеи с подсветкой на светодиодах в такой упрощенной конструкции чаще всего рассчитаны на работу только при невысоких рабочих температурах и имеют сокращенный срок службы.
Технические характеристики дисплея:
- Размер экрана дисплея 3,5дюйма
- Разрешение 320хRGBх24
- Размеры (ШxВxГ) 76.9х63.9х3.5мм
- Яркость 450 кд/мІ
- Контрастность 500:1
- Цвета 262.144 цветов
- Температурный диапазон -10…70°C
- Питание 3.3В DC
3.5 Работа системы управления
Алгоритм работы микропроцессора при компьютерной реализации регулятора (2.7), (2.8) приведен на рис. 3.7.
Рисунок 3.7 Алгоритм цифровой реализации устройства управление
Алгоритм, приведенный на рис. 3.7, содержит ряд стандартных для цифровой реализации устройств управления операций (блоков). Это операции ввода значений постоянных данных, считывание текущих значений переменных, преобразование их в дискретную форму и сглаживание, выдача найденных значений управления на исполнение и т.п. Вычисленные значения подаются через ЦАП и соответствующие приводы на исполнительные устройства объекта управления. При разработке рассматриваемого алгоритма предполагалось, что период опроса датчиков меньше периода .
3.6 Ввод и обработка информации
Информация начинает поступать на микроконтроллер после активирования системы. В первую очередь поступают данные с систем определения глубины. Следующие сигналы поступают после начала движения робота с датчиков скорости.
Именно после получения информации с обоих видов датчиков, контроллер начинает производить расчеты. При этом осуществляется обработка данных, поступающих от датчиков. Эта обработка заключается в выполнении следующих операций.
Проверка на достоверность. Благодаря выполнению этого алгоритма, обнаруживаются и устраняются импульсные помехи, выявляется обрыв или короткое замыкание в канале связи и формируется сообщение о нарушениях оператору-технологу.
В зависимости от того, меняется ли технологическая переменная во времени или остается постоянной, требования по проверке будут отличаться. Если переменная по ходу технологического процесса изменяется и известна допустимая скорость этого изменения, то проверку на достоверность осуществляют по условию:
, (3.4)
где i - номер датчика;
k - номер отсчета;
VDi - допустимая скорость изменения технологической переменной xi;
Tvi - временной интервал проверки на достоверность по скорости изменения, связанный со временем опроса датчиков соотношением:
. (3.5)
Величина j не должна быть меньше 3-х, поскольку заключение о недостоверности сигнала принимается после 3-х кратного нарушения условия (3.4).
В случае постоянства технологической переменной должны быть известны верхняя и нижняя допустимые границы её отклонений, определяемые, обычно, из технологических инструкций и по условиям эксплуатации. Следовательно, выход единичного измерения или серии измерений за указанные границы должен рассматриваться как нарушение. Чтобы его обнаружить, необходимо выполнить проверку следующего неравенства:
(3.6)
Проверка сигналов на достоверность заключается в следующем: если условия (3.4) или (3.6) не выполняются, то содержимое счетчика нарушений увеличивается на 1, неверное значение показаний датчика заменяется последним достоверным, и проверяется следующее показание датчика. Процедура проверки повторяется. Если трижды подряд не выполняется неравенство 3.4) или (3.6), то по знаку разностей или ( - та граница, по которой не выполняется условие (13)) принимается решение об обрыве в i-м канале или неисправности датчика этого канала. Фиксируется время нарушения, его причина и включается резервный канал или резервный датчик.
Сглаживание. Обычно по ходу технологических процессов возникают помехи с частотами, близкими или равными частотам полезного сигнала. Примером такой помехи могут быть погрешности измерения. Устранить их аппаратными фильтрами не удается, но можно ослабить, и весьма существенно, программным путем, реализуя алгоритм скользящего или экспоненциального сглаживания.
Алгоритм скользящего среднего имеет вид, представленный на рис. 3.8.
Алгоритм экспоненциального сглаживания представлен на рис. 3.9.
Рисунок 3.8 - Алгоритм скользящего среднего
Рисунок 3.10 - Алгоритм экспоненциального сглаживания
В данной системе, исходя из полученных данных, целесообразно использовать МК модели ADAM-5511.
Конструкция АДАМ-5511.
3.7 Алгоритм вычисления управляющих воздействий
Устройство управления обычно выполняет серию шагов необходимых для максимально эффективной работы САУ и построена таким образом, чтобы обеспечить высокое быстродействие.
В данной работе необходимо найти алгоритмы работы микроконтроллера для систем управления скоростью и глубиной погружения подводного робота. Найдем сначала алгоритм цифровой реализации устройства управления для системы управления глубиной погружения, которое описывается уравнениями (3.3), (3.4). При этом воспользуемся соотношениями (3.2) и (3.3). Так как в уравнении выхода (3.4) входные величины отсутствуют, то относительный порядок этого регулятора не меньше единицы, т.е. условие (3.4) выполняется.