Zaloguj się
Wszystkie
12 maja 2025
107
- pomiar czasu w przedziale 0…999 999 godzin,
- możliwość zliczania w górę lub w dół, od zadanej wartości do zera,
- zadawanie wartości progowej, po której następuje załączenie przekaźnika,
- możliwość wyboru rodzaju bodźca uaktywaniającego odmierzanie: załączenie zasilania układu lub wykrycie poboru prądu przemiennego o dostatecznie wysokim natężeniu,
- możliwość regulacji progu detekcji prądu,
- nastawy przechowywane w nieulotnej pamięci EEPROM,
- zewnętrzne wejście zerujące + przycisk monostabilny na płytce,
- dwa wyjścia (NO i NC) przekaźnika o obciążalności do 8 A,
- alfanumeryczny wyświetlacz LCD o organizacji 2 wiersze po 16 kolumn,
- zasilanie napięciem stałym 12 V (lub 24 V po modyfikacji).
– Panie majster, ta tokarka coś rzęzić zaczyna, kiedy ona była w serwisie?
– Y, no ten… W zeszłym roku, patrząc po fakturach. Licząc dziennie po jakieś cztery godziny pracy, po pięć dni w tygodniu, to minęło coś koło…
– No to będzie już tysiąc godzin? Bo tak mam w DTR. Panie majster, bo jak tu behapowiec wpadnie, to będzie lipa.
Po co się tak męczyć? Po to wynaleziono tranzystor, a potem całe mnóstwo innych elektronicznych cudeniek, aby sobie upraszczać życie, a nie je komplikować. Do czynności tak banalnej, a jednocześnie żmudnej, jak mierzenie czasu pracy jakiejś maszyny przemysłowej, wystarczą łatwo dostępne dzisiaj podzespoły. Ba, przedstawiony w tym artykule układ jest na tyle zaawansowany, że potrafi nawet zatrzymać dalszą pracę maszyny po upływie określonego czasu, jeżeli taka potrzeba by zachodziła.
Budowa
Do pomiaru czasu i obsługi wyświetlacza służy mikrokontroler US2 typu ATmega8A. Ten popularny model procesora pozostaje w ciągłej produkcji, ponadto ma wystarczające peryferia do realizacji tego zadania. Jego rdzeń jest taktowany sygnałem o częstotliwości 4 MHz, dla którego wzorcem jest rezonator kwarcowy Q1. Wbudowany w mikrokontroler generator wzbudza drgania kryształu kwarcu, przez co układ może odmierzać czas z dużą dokładnością, co jest jego głównym zadaniem. Kondensatory 15 pF ułatwiają wzbudzenie oscylacji Q1. Nieopodal jego wyprowadzeń zasilania znajdują się cztery kondensatory, które filtrują napięcie zasilające z tętnień o szerokim widmie częstotliwościowym. Ich źródłem mogą być zarówno tranzystory wchodzące w skład struktury US2, jak i okoliczne elementy.
Aby móc wygodnie zadawać żądane wartości, w układzie znalazły się trzy przyciski monostabilne S1…S3. Wewnętrzne rezystory podciągające, które udostępnia mikrokontroler, zostały zrównoleglone dodatkowymi, znajdującymi się w strukturze drabinki RN1, co zwiększa odporność na zakłócenia. Do zaprogramowania pamięci Flash służy złącze J4, na które wyprowadzono sygnały interfejsu ISP, znanego z układów z rodziny AVR. Rezystory z drabinki RN1 ustalają ich potencjał względem masy, zapewniając tym samym możliwość rozładowania wyprowadzeń złącza J4 z nagromadzonych ładunków elektrostatycznych. Na płytce są również dwie zworki, JP1 i JP2, umożliwiające ręczny wybór trybu pracy, o czym dalej.
W prosty sposób zostało zabezpieczone wejście zerujące, którego zaciski znajdują się w złączu J5. Rezystor R18 zapewnia ograniczenie prądu diod zabezpieczających wejście mikrokontrolera, ponieważ w przewodach łączących płytkę z przyciskiem mogą indukować się zakłócenia. Rezystor R17 ustala napięcie między rozwartymi stykami odpowiadające wysokiemu stanowi logicznemu. Tę samą funkcję co styk zewnętrzny, spełnia również przycisk S4 znajdujący się na płytce – nie trzeba zatem koniecznie podłączać oddzielnego przycisku do zerowania.
Detekcja prądu pobieranego przez nadzorowane urządzenie jest realizowana przez przekładnik prądowy, podłączony do zacisków złącza J1. Zapewnia on bardzo dobrą izolację galwaniczną między układem a mierzonym obwodem. Generowany w jego uzwojeniu prąd odkłada na rezystorze R1 napięcie, które jest prostowane jednopołówkowo przez prosty układ zawierający wzmacniacz operacyjny US1A. Wzmocnienie tego prostownika wynosi –10 V/V dla połówek ujemnych oraz +1 V/V dla połówek dodatnich (ponieważ następuje zatykanie diody D1), więc tylko połówki ujemne grają tutaj główną rolę. Układ mógłby działać bez diody D1, lecz stanowi ona bardzo proste rozwiązanie problemu niezerowego napięcia wyjściowego wzmacniacza operacyjnego – po prostu musi ono wzrosnąć do około 600 mV, aby dioda zaczęła przewodzić, co będzie miało przełożenie na dalszą część układu. W przeciwnym wypadku, kiedy wyjście wzmacniacza operacyjnego próbuje osiągnąć potencjał możliwie bliski potencjałowi masy (w praktyce 20…30 mV), dioda pozostaje zatkana, a potencjał jej katody wynosi 0 V. Kondensator C1 zawęża pasmo przenoszenia prostownika aktywnego, przez co układ jest mniej wrażliwy na zakłócenia wywoływane przez impulsy pochodzące chociażby od iskrzących styków lub przetwornic impulsowych.
Tak uzyskany unipolarny sygnał napięciowy trafia na prosty komparator, którego funkcję pełni drugi wzmacniacz operacyjny US1B, znajdujący się w tej samej strukturze co US1A. Porównuje on wartość chwilową sygnału z wyjścia prostownika z napięciem stałym, ustalonym przez położenie ślizgacza potencjometru P1. Z uwagi na występujący offset napięciowy wzmacniacza operacyjnego zastosowano rezystor R5, który pozwala na ustawienie minimalnego napięcia wynoszącego około 25 mV. Odpowiada ono minimalnej wartości szczytowej sygnału, która spowoduje zadziałanie odmierzania czasu. Z kolei zbyt wysoka regulacja „w górę” zakresu byłaby po prostu niewygodna i dlatego zastosowano ograniczenie w postaci rezystora R6. Przy użytych wartościach elementów (jak na schemacie) przekłada się to na ustalenie progu zadziałania układu w przedziale od 0,24 A do 24 A wartości skutecznej pobieranego przez układ prądu, przy założeniu kształtu czysto sinusoidalnego. Możliwość regulacji progu zadziałania jest wygodna w sytuacji, kiedy nadzorowane urządzenie pobiera niewielki prąd w stanie spoczynku, niezaliczającym się do jego czasu pracy. Impulsy generowane przez komparator pobudzają wejście mikrokontrolera, a dopasowaniem potencjałów zajmuje się rezystor R7, na którym odkłada się nadmiar napięcia – płynący przez niego prąd jest odprowadzany do dodatniej linii zasilającej 5 V.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
