Многоканальный дистанционный вольтметр

Напряжение подается на конденсатор С1 и резистор R1, которые образуют реактивное сопротивление. Далее напряжение снимается на два диода (VD1, VD2), на которых происходит выпрямление питающего напряжения. Они образуют однополупериодный выпрямитель. Напряжение ограничивается по амплитуде стабилитроном VD3. Конденсатор C6 установлен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Стабилизатор напряжения (кренка) DD1 используется для стабилизации питающего напряжения +5В микроконтроллера Atmega8. Кварцевый резонатор Z1 образует внешний генератор тактовой частоты номиналом 8 MHz.

Рисунок 3.10 - Схема генератора тактовой частоты

Генератор тактовой частоты обеспечивает упрощение архитектуры, которая может генерировать и распределять различные прецизионные частоты для разных сетей, обеспечивая замену как минимум пяти генераторов. Генераторы поддерживают коррекцию ошибок вперед (FEC), имеют поддержку удержания синхронизации и переключения на другой источник при аварии и прецизионную генерацию частоты - функции, которые являются необходимыми в сетевых коммутаторах, маршрутизаторах и линейных картах.

Рисунок 3.11 - Схема гальванической развязки

Оптопара DA1 служит для передачи импульсного сигнала модулю приема и отображения. Гальванические развязки используются для передачи сигналов, для бесконтактного управления и для защиты оборудования и людей от поражения электрическим током.

Без использования развязки предельный ток, протекающий между цепями, ограничен только электрическими сопротивлениями, которые обычно относительно малы. В результате возможно протекание выравнивающих токов и других токов, способных повреждать компоненты цепи или поражать людей, прикасающихся к оборудованию, имеющему электрический контакт с цепью. Прибор, обеспечивающий развязку, искусственно ограничивает передачу энергии из одной цепи в другую.

Диод VD1 защищает его вход от напряжения минусовой полярности. Дроссель L1 совместно с конденсатором С5, образуют фильтр питания аналоговой части микроконтроллера DD2.

Конденсатор С1 снижает уровень помех на входе АЦП. Пока входное напряжение менее 90 В, значение в регистрах данных АЦП меньше установленного порога и на выходе РА0 микроконтроллера низкий уровень. Поэтому транзистор VT1 закрыт резисторы R8-R26 образуют делитель напряжения с коэффициентом передачи 0,25. В этом случае светодиод HL1 не горит.

Если входное напряжение достигнет значения выше 90В, на выходе РА0 микроконтроллера установится высокий уровень, транзистор VT1 откроется и будет подключен резистор R10, уменьшая коэффициент передачи резистивного делителя напряжения R10, R18 - R26 в десять раз - 0,025. В этом случае светодиод HL1 загорается.

Тактирование МК ATmega8 осуществляется при помощи внешнего генератора на частоте около 8 МГц, а МК ATmega16 при помощи внешнего генератора на частоте около 16 МГц. Стабилизаторы напряжения, установленные на входах модулей, предназначены для защиты нагрузки от резких и значительных перепадов напряжения, также для фильтрации сетевых помех.

В настоящее время устройство применяется для контроля трёх фаз входного напряжения подаваемого на промышленный стабилизатор и трёх фаз снимаемого напряжения. Расстояние от места измерения до места индикации составляет 800 м.

Конструктивно вольтметр выполнен в виде двух модулей - модуля измерения и передачи, располагающегося непосредственно в месте измерения, а так же модуля приёма и индикации, устанавливаемого на рабочем месте. Связь между двумя модулями организуется с помощью пары проводов (в настоящее время используется телефонная пара). Канал связи гальванически развязан от узлов устройства, находящихся под опасным напряжением, передача информации производится токовым сигналом, имеющим значение до 30 мА.

Питание модуля измерения и передачи производится через бестрансформаторный блок питания от первого канала измеряемого напряжения. При падении напряжения на этом канале ниже уровня 90В модуль отключается. Светодиод HL1 служит для индикации процесса передачи информации приёмному модулю. Питание модуля приёма и индикации осуществляется от внешнего источника постоянного напряжения 7-25В.

В нормальном режиме на всех индикаторах отображаются значения измеряемого напряжения, соответствующие определённому каналу. При отсутствии посылок от передатчика в течении более 2-х периодов обновления (примерно 1,4 сек.) на всех индикаторах отображается слово «Err», что сигнализирует о нарушении канала связи, либо неисправности передатчика. Индикация возвращается в нормальный режим после получения очередной посылки. Снижение напряжения по какому-либо из каналов, кроме первого, ниже 100В приводит к индикации прочерка «-» на соответствующем индикаторе, остальные каналы отображаются в нормальном режиме.

В данном исполнении вольтметра производится измерение исключительно сетевого переменного напряжения, однако внеся минимальные изменения в программную часть МК передающего модуля, а так же изменив номиналы резисторов делителей напряжения R5-R10 и R11-R16, возможно измерять и постоянное напряжение по всем или нескольким отдельным каналам.

Работа АЦП происходит в два такта:

Первый такт: аналоговые ключи К2 и К3 разомкнуты, ключ К1 замкнут, так что неизвестное напряжение U1 подаётся в интегратор в течении времени T0. Импульсы синхронизации обеспечиваются устройством управления. После фиксированного числа синхроимпульсов общей продолжительностью Т0 ключ К1 размыкается, а ключи К2 и К3 замыкаются, начался второй такт. В этот момент времени значение Uм равно:

Uм=U1*T0\t (3.1)

где t - постоянная времени интегратора.

На вход интегратора подключается опорный входной сигнал, имеющий обратную полярность по отношению к аналоговому входному напряжению U1, так что выходной сигнал интегратора уменьшается от Uм до нуля, и в этот момент устройство управления блокируется до начала следующего цикла сброса. Напряжение на выходе интегратора теперь равно нулю, так что имеем:

0=Uм - Е0*T2/t (3.2)

Из выражения (3.1) и (3.2) получаем

U1=E0*T2/T1 (3.3)

Поскольку E0 и Т1 постоянны, показание счетчика (Т2) дает значение неизвестного аналогово входного сигнала.

Из последнего уравнения видно, что метод двойного интегрирования обеспечивает независимость точности прибора от долговременной нестабильности элементов цепи интегрирования RC, а также от долговременной нестабильности частоты генератора тактовых импульсов.

Медленные изменения величин R, C и частоты повторения счетных импульсов, из которых формируется интервал интегрирования первого такта T1, могут привести лишь к небольшим изменениям общего времени измерения. Это объясняется тем, что влияние указанных изменений взаимно компенсируется на двух интервалах интегрирования. Если, например, возрастает частота появления импульсов, то до момента начала компенсации выходного напряжения интегратора будет проходить меньшее время (T1 уменьшится).

Выходное напряжение интегратора U01 будет несколько меньшим, чем оно было бы при прежней частоте, но на интервале интегрирования опорного напряжения разместится несколько большее число счетных импульсов, так как частота их стала выше.

Таким образом, уменьшение выходного напряжения интегратора будет скомпенсировано. Если сопротивление или емкость цепи интегрирования изменяется, то это приведет к соответствующему изменению измеряемого и опорного напряжений на выходе интегратора, так что эти изменения взаимно компенсируются.

3.4 Индикация информации

Транзисторы VT1-VT9 KT502 играют роль ключей, это принцип динамической индикации для семисегментного индикатора. В любой момент времени горит только одна цифра (та, чей транзистор открыт, через него идет ток от всех сегментов зажженной цифры), остальные не горят, затем открывается другой транзистор, зажигается другая цифра и т.д. Смена цифр происходит с такой частотой, чтобы весь дисплей обновлялся с частотой 50 Гц.

Рисунок 3.12 - Схема подключения блока индикации



Рисунок 3.13 - Размеры индикатора RL-T5624

Таблица 3.5 - Технические характеристики индикатора RL-T5624

Описание:	семисегментный индикатор
Цвет свечения:	красный
Пиковая длина волны:	565 нм
Напряжение:	2.1 В
Ток:	20 мА
Интенсивность свечения:	минимум 8 мкд
Габариты:	22.5 (ширина) х 14.0 (высота) мм

3.5 Энергосбережение

Питание модуля измерения и передачи производится через бестрансформаторный блок питания от первого канала измеряемого напряжения. При падении напряжения на этом канале ниже уровня 90В модуль отключается.

Напряжение подается на конденсатор С1 и резистор R1, которые образуют реактивное сопротивление. Далее напряжение снимается на два диода (VD1, VD2), на которых происходит выпрямление питающего напряжения. Они образуют однополупериодный выпрямитель. Напряжение ограничивается по амплитуде стабилитроном VD3. Конденсатор C6 установлен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Стабилизатор напряжения (кренка) DD1 используется для стабилизации питающего напряжения +5В микроконтроллера ATmega8.



Рисунок 3.14 - Схема питания индикатора

Приложение

Листинг Программы

01./***Использование АЦП.***/

02.

03.#include <avr/io.h>

04.#include <avr/interrupt.h>

05.#include <util/delay.h>

06.

07. // -0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-dp

08.char SEGMENTE[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, 0x80};

09.

10.volatile unsigned char segcounter = 0;

11.volatileint display = 0;

12.

13. // Прерывание по переполнению T2, динамическая индикация

14.ISR (TIMER2_OVF_vect)

15. {

16.PORTD = 0xFF;

17.PORTB = (1 <<segcounter);

18.

19.switch (segcounter)

20. {

21.case 0:

22.PORTD = ~(SEGMENTE [display% 10000 / 1000]);

23.break;

24.case 1:

25.PORTD = ~((SEGMENTE [display% 1000 / 100])|0x80); // добавляемдесятичнуюточку

26.break;

27.case 2:

28.PORTD = ~(SEGMENTE [display% 100 / 10]);

29.break;

30.}

31.if ((segcounter++) > 2) segcounter = 0;

32.}

33.

34.volatile unsigned long value;

35.volatile unsigned intadc_counter;

36.

37./***Прерывание по окончанию преобразования АЦП***/

38.ISR (ADC_vect)

39. {

40.value = value + (ADC*11/4);

41.adc_counter++;

42.}

43.

44./***Главнаяфункция***/

45.int main (void)

46. {

47.DDRD = 0xFF;

48.DDRB = (1 << PB0)|(1 << PB1)|(1 << PB2)|(1 << PB3);

49.PORTD = 0x00;

50.PORTB = 0x00;

51.DDRC = 0x00;

52.

53.TIMSK |= (1 << TOIE2); // разрешение прерывания по таймеру2

54.TCCR2 |= (1 << CS21); // предделитель на 8

55.

56.ADCSRA = (1 << ADEN) // разрешение АЦП

57.|(1 << ADSC) // запуск преобразования

58.|(1 << ADFR) // непрерывный режим работы АЦП

59.|(1 << ADPS2)|(1 << ADPS1)|(0 << ADPS0) // предделитель на 64 (частота АЦП 125kHz)

60.|(1 << ADIE); // разрешение прерывания

61.

62.ADMUX = (1 << REFS1)|(1 << REFS0) // внутренний ИОН 2,56V

63.|(0 << MUX3)|(0 << MUX2)|(0 << MUX1)|(0 << MUX0); // вход ADC0

64.

65._delay_ms(50);

66.

67.sei(); // глобально разрешаем прерывания

68.

69.while(1)

70. {

71.if (adc_counter> 300) // вычисляем среднее значение АЦП

72. {

73.display = value/adc_counter;

74.adc_counter = 0;

75.value = 0;

76.}

77._delay_ms(50);

78.}

79.}

Исходный код для индикатора с общим катодом

01./***Использование АЦП. Цифровой вольтметр***/

02.

03.#include <avr/io.h>

04.#include <avr/interrupt.h>

05.#include <util/delay.h>

06.

07. // -0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-dp

08.char SEGMENTE[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, 0x80};

09.

10.volatile unsigned char segcounter = 0;

11.volatileint display = 0;

12.

13. // Прерывание по переполнению T2, динамическая индикация

14.ISR (TIMER2_OVF_vect)

15. {

16.PORTD = 0x00;

17.PORTB = ~(1 <<segcounter);

18.

19.switch (segcounter)

20. {

21.case 0:

22.PORTD = SEGMENTE [display% 10000 / 1000];

23.break;

24.case 1:

25.PORTD = (SEGMENTE [display% 1000 / 100])|0x80; // добавляемдесятичнуюточку

26.break;

27.case 2:

28.PORTD = SEGMENTE [display% 100 / 10];

29.break;

30.}

31.if ((segcounter++) > 2) segcounter = 0;

32.}

33.

34.volatile unsigned long value;

35.volatile unsigned intadc_counter;

36.

37./***Прерывание по окончанию преобразования АЦП***/

38.ISR (ADC_vect)

39. {

40.value = value + (ADC*11/4);

41.adc_counter++;

42.}

43.

44./***Главнаяфункция***/

45.int main (void)

46. {

47.DDRD = 0xFF;

48.DDRB = (1 << PB0)|(1 << PB1)|(1 << PB2)|(1 << PB3);

49.PORTD = 0x00;

50.PORTB = 0x00;

51.DDRC = 0x00;

52.

53.TIMSK |= (1 << TOIE2); // разрешение прерывания по таймеру2

54.TCCR2 |= (1 << CS21); // предделитель на 8

55.

56.ADCSRA = (1 << ADEN) // разрешение АЦП

57.|(1 << ADSC) // запуск преобразования

58.|(1 << ADFR) // непрерывный режим работы АЦП

59.|(1 << ADPS2)|(1 << ADPS1)|(0 << ADPS0) // предделитель на 64 (частота АЦП 125kHz)

60.|(1 << ADIE); // разрешение прерывания

61.

62.ADMUX = (1 << REFS1)|(1 << REFS0) // внутренний ИОН 2,56V

63.|(0 << MUX3)|(0 << MUX2)|(0 << MUX1)|(0 << MUX0); // вход ADC0

64.

65._delay_ms(50);

66.

67.sei(); // глобально разрешаем прерывания

68.

69.while(1)

70. {

71.if (adc_counter> 300) // вычисляем среднее значение АЦП

72. {

73.display = value/adc_counter;

74.adc_counter = 0;

75.value = 0;

76.}

77._delay_ms(50);

78.}

79.}

Размещено на Allbest.ru