|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Urządzenie dynamiczne światła Wędrująca fala. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / oświetlenie Adnotacja. Urządzenia dynamiki światła (SDU) z programowalnymi algorytmami umożliwiają tworzenie szerokiej gamy efektów dynamiki światła i sterowanie dużą liczbą elementów świetlnych zgodnie z programem. Diody LED z liniową (płynną) regulacją jasności, w przeciwieństwie do diod LED z dyskretną regulacją jasności, wymagają zastosowania osobnego sprzętowego kontrolera PWM dla każdego kanału. Dlatego złożoność takiego urządzenia wzrasta proporcjonalnie do liczby lekkich elementów. W artykule omówiono 16-kanałową wersję SDU z płynną regulacją jasności, która łączy w sobie prostotę rozwiązań obwodów i programową emulację 16 sprzętowych kontrolerów PWM. Ogólne infomracje. Jednoczesne synchroniczne sterowanie jasnością dużej liczby elementów świetlnych zgodnie z prawem liniowym wymaga nie tylko zastosowania osobnego sprzętowego kontrolera PWM dla każdego kanału, ale także synchronizacji działania takich kontrolerów z pewnym przesunięciem fazowym między kanałami. Proponowane urządzenie bazuje na architekturze programowalnego 16-kanałowego sterownika z interfejsem szeregowym, omówionej w [1]. Różnice dotyczą algorytmu odczytu i oprogramowania wbudowanego układu scalonego EEPROM, a także zastosowania bardziej złożonych rejestrów wyjściowych, takich jak 74AC595. Rejestr ten składa się z 16 komórek wyzwalających, z których pierwszych osiem jest częścią rejestru buforowego, a pozostałe osiem jest częścią wyjścia. Zastosowanie interfejsu szeregowego pozwala na zwiększenie liczby elementów świetlnych przy minimalnych kosztach sprzętowych bez znacznego komplikowania obwodów głównego sterownika, a także jednoczesne i synchroniczne sterowanie kilkoma zestawami elementów świetlnych za pośrednictwem linii interfejsu szeregowego, których długość może sięgać 100 m. W najprostszym przypadku SDU realizuje dwa efekty świetlne typu „fala biegnąca” o długości słowa sekwencji PWM 16 bitów. Efekty zmieniają się automatycznie po czterech powtórzeniach lub są wybierane ręcznie przez naciśnięcie przycisku. Wraz ze wzrostem ilości pamięci wykorzystywanej przez układ scalony EEPROM możliwe jest zwiększenie liczby kanałów, liczby efektów, a także długości słowa sekwencji PWM.
Aby zapewnić płynną kontrolę jasności, to urządzenie wykorzystuje zasadę modulacji szerokości impulsu (PWM). PWM to sposób kodowania sygnału cyfrowego poprzez zmianę czasu trwania (szerokości) prostokątnych impulsów częstotliwości nośnej. na ryc. 1 pokazuje typowe przebiegi PWM. Ponieważ przy modulacji szerokości impulsu częstotliwość impulsu, a tym samym okres (T), pozostają niezmienione, to wraz ze spadkiem czasu trwania impulsu (t) zwiększa się przerwa między impulsami (schemat „B” na ryc. 1) i odwrotnie, wraz ze wzrostem czasu trwania przerwy w pulsie maleje (wykres „B” na ryc. 1). W naszym przypadku włączenie diody odpowiada pojawieniu się logicznego poziomu zerowego na wyjściu rejestru, a więc jasność wzrasta wraz ze wzrostem wypełnienia impulsu (wykres „B” na ryc. 1) i odwrotnie, jasność maleje wraz ze zmniejszaniem się cyklu pracy (wykres „C” na fig. 1). Przypomnijmy, że cykl pracy impulsu to stosunek okresu powtarzania impulsów do ich czasu trwania. Cykl pracy jest wielkością bezwymiarową i nie ma jednostek miary, ale można go wyrazić w procentach. To urządzenie wykorzystuje 16-bitową długość słowa sekwencji PWM, co odpowiada 16 stopniom jasności elementów świetlnych. Taka ilość stopni jasności wystarczy do uzyskania wizualnie płynnej zmiany jasności z okresem narastania i opadania „przechodzącej fali” nie przekraczającym jednej sekundy. Wraz ze wzrostem okresu zmiany jasności do dwóch lub trzech sekund przejścia między poziomami jasności (gradacjami) stają się wizualnie zauważalne, co będzie wymagało zwiększenia długości słowa sekwencji PWM. Jednak w większości zastosowań, jeśli nie jest wymagane bardzo powolne odtwarzanie efektu, wystarczy 16 stopni jasności. Do zdalnego sterowania zestawem elementów świetlnych wykorzystywane są trzy linie sygnałowe interfejsu szeregowego: „Data”, „Clk1” i „Clk2”. Pierwsza linia „Data” to sygnał informacyjny, a pozostałe dwie linie – „Clk1” i „Clk2” to odpowiednio sygnały strobujące rejestrów buforowych i wyjściowych, które są częścią układu scalonego 74AC595. Podczas pracy na długich nieskoordynowanych liniach komunikacyjnych pojawiają się problemy z transmisją danych z powodu dobrze znanych odbić sygnału i przesłuchu indukowanego przez sąsiednie przewodniki zawarte w tej samej wiązce. Takie odbicia i interferencje, jakie występują w układzie światłodynamicznym, oznaczają naruszenie efektu estetycznego. Nakłada to ograniczenia na długość linii łączącej i nakłada surowe wymagania na odporność na zakłócenia systemu wykorzystującego interfejs szeregowy. Odporność na zakłócenia takiego systemu zależy od wielu czynników: częstotliwości i kształtu impulsów przesyłanego sygnału, czasu pomiędzy zmianami poziomów (wypełnienia) impulsów, pojemności właściwej przewodów linii wchodzących w skład wiązki , równoważną rezystancję linii, a także impedancję wejściową odbiorników sygnału i impedancję wyjściową przetworników. Efekty długich niedopasowanych linii zaczynają się pojawiać, gdy czasy opóźnienia propagacji sygnału wzdłuż linii i z powrotem zaczynają przekraczać czas trwania frontów narastania i opadania sygnału. Jakiekolwiek niedopasowanie między równoważną impedancją linii a impedancją wejściową bramki logicznej po stronie odbiorczej linii lub impedancją wyjściową sterownika po stronie nadawczej spowoduje wielokrotne odbicie sygnału. Typowe czasy narastania i opadania mikroukładów serii KR1554 są mniejsze niż 5 ns, więc efekty długich niedopasowanych linii zaczynają się pojawiać, gdy ich długość wynosi zaledwie pięćdziesiąt do sześćdziesięciu centymetrów. Znając charakterystyki linii transmisyjnej, takie jak całkowita pojemność wejściowa i pojemność właściwa na jednostkę długości, można obliczyć czas opóźnienia propagacji sygnału na całej długości linii. Typowy czas opóźnienia propagacji wynosi zazwyczaj 5-10 ns/m. Jeśli długość linii łączącej jest wystarczająco długa, a czas trwania zboczy narastania i opadania sygnału jest wystarczająco mały, niedopasowanie między równoważną rezystancją linii a rezystancją wejściową elementu logicznego CMOS po stronie odbiorczej powoduje odbicie sygnału , którego amplituda zależy od chwilowej wartości napięcia przyłożonego do wejścia elementu oraz współczynnika odbicia, który z kolei zależy od równoważnej rezystancji linii i rezystancji wejściowej bramki wejściowej. Ponieważ impedancja wejściowa układów scalonych serii KR1554 jest wielokrotnie większa od równoważnej rezystancji linii wykonanej ze skrętki lub przewodu ekranowanego, napięcie odbite na wejściu odbiornika podwaja się. Ten odbity sygnał rozchodzi się wzdłuż linii z powrotem do nadajnika, gdzie jest ponownie odbijany, a proces jest powtarzany, aż sygnał zostanie całkowicie stłumiony. Szczególnie podkreślamy, że odbicia nie są w żaden sposób związane z częstotliwością nadawanych impulsów sygnałowych, a jedynie spowodowane są dużą stromością frontów nadawanych impulsów zegarowych. Aby zwalczyć odbicia w profesjonalnych obwodach, podczas pracy na długiej linii (100 m lub więcej), stosuje się specjalne sterowniki, które zmniejszają stromość czoła przesyłanych impulsów zegarowych, a tym samym eliminują błędy transmisji danych. Do pracy na linii o stosunkowo krótkiej długości (od 10 do 100 m) całkiem odpowiednie są standardowe układy logiczne serii KR1554 (74ACxx). Ze względu na dużą obciążalność, obciążenie pojemnościowe może być sterowane bezpośrednio. Zbalansowana (symetryczna) charakterystyka wyjścia prądowo-napięciowego (transferowego) elementów tych mikroukładów umożliwia uzyskanie prawie takich samych czasów narastania i opadania czoła. Dodatkowo potężne elementy buforowe oparte na wyzwalaczach Schmitta z histerezą, których minimalna wartość wynosi około 0,9 V przy napięciu zasilania 4,5 V, mogą służyć do przesyłania sygnałów do linii i odbioru, co stwarza dodatkowy margines odporności na zakłócenia . Aby skompensować odbity sygnał w tym urządzeniu, stosuje się tak zwane integratory lub integrujące łańcuchy RC. Zapotrzebowanie na nie pojawia się tylko przy pracy na linii dłuższej niż 10 m w warunkach zwiększonego poziomu zakłóceń. W autorskiej wersji urządzenia na liniach o długości do 10 m nie zastosowano kondensatorów pokazanych na schematach rejestrów wyjściowych liniami przerywanymi. Linia komunikacyjna o długości do 10 m prowadzona jest wiązką 5 przewodów, w tym „Zasilanie „+12V”” i „Przewód wspólny”. W tym przypadku nie obserwuje się żadnych awarii, nawet bez kondensatorów całkujących. Przy długości linii sygnałowej od 10 do 100 m wzrasta przesłuch indukowany przez sąsiednie przewody. W takim przypadku każda linia sygnałowa: „Data”, „Clk1” i „Clk2” musi być wykonana osobną skrętką, a na płytkach rejestrów wyjściowych należy zainstalować kondensatory pokazane na schemacie liniami przerywanymi. W tym przypadku zdalne rejestry i girlandy zasilane są z osobnego zasilacza „+12V”.
Schemat. Light dynamic device (Rys. 2) składa się z płyty głównej kontrolera i dwóch płyt rejestru zdalnego, które są połączone z płytą główną za pomocą trzech linii interfejsu szeregowego. Wspólny przewód (nie pokazany na schemacie) jest również częścią linii łączącej i jest wykonany z drutu linkowego o przekroju co najmniej 1 mm2. Przewód łączący zakończony jest 9-pinowym wtykiem DB-9. Na płytce drukowanej znajduje się pasujące złącze XN1 (również nie pokazane na schemacie). Płyta kontrolera głównego zawiera: obwód resetowania na wyzwalaczu Schmitta DD1.4 oraz elementy C3-R6-R7; główny generator na elementach DD1.1 ... DD1.3; obwód generacji impulsu synchronizacji DD6.1, DD4.2…DD4.4, DD7.1, DD7.2; licznik adresu DD6.2 multiplekser próbkujący DD9 oraz liczniki DD2.2, DD3.2, DD5.1, DD5.2 adresowanie IC EEPROM DD8; pasek LED wskazujący numer strony pamięci (HL1…HL4, zielony), wskaźnik zwiększania/zmniejszania jasności (HL5, żółty) oraz wskaźnik numeru efektu dynamicznego światła (HL6, czerwony). Rejestratory DD11, DD12 oraz linia LED HL7…HL22 są zainstalowane na płycie głównej w celu monitorowania pracy urządzenia. Jako sterowniki translacji sygnału zastosowano wydajne elementy buforowe oparte na wyzwalaczach Schmitta typu KR1554TL2 (74AC14). Jako układ pamięci można użyć nie tylko pamięci EEPROM typu AT28C16, ale także typu RPZU KR573RF2 (RF5). Do opracowania programu sterującego wykorzystano sterownik ze zintegrowanym programatorem, omówiony w [2] i [3]. Możliwe jest również napisanie alternatywnego oprogramowania sterującego za pomocą „Virtual Programmer” („Light Effects Dumper”), ale w tym przypadku konieczne jest ponowne przypisanie linii adresowych układu scalonego EEPROM (EPROM) podczas programowania go za pomocą standardowy programista. Ta funkcja jest obsługiwana przez wszystkich profesjonalnych programistów przemysłowych i większość średniozaawansowanych programistów. Konieczność ponownego przypisania linii adresowych podczas programowania pamięci EEPROM wynika z faktu, że przy opracowywaniu programatora omówionego w [2] i [3] początkowo wybrano inną (odwrotną) kolejność linii adresowych dla wygody śledzenia płytka drukowana. Dla konkretnego kontrolera [2] i [3] zmiana przypisania linii adresowych nie wpływa w żaden sposób na działanie, ponieważ dane odczytywane są w tej samej kolejności, w jakiej zostały zapisane. Podczas opracowywania CDS „podróżującej fali” zachowano kolejność numeracji linii adresowych, aby zapewnić kompatybilność tego urządzenia z programatorem [2] i [3]. Ale tabela pokazuje wariant oprogramowania układowego efektów dynamicznych oświetlenia, wygenerowany za pomocą programu „Virtual Programmer” („Light Effects Dumper”), dzięki czemu czytelnicy mogą przeglądać oprogramowanie układowe za pomocą programu „Virtual Simulator” („Light Effects Reader”) , dostępnego pod linkiem [4 ], oraz zapoznać się bliżej z zasadami działania urządzenia oraz opracowaniem programu sterującego. Zasada działania. Po włączeniu zasilania układ całkujący C3-R6 wraz z wyzwalaczem Schmitta DD1.4 generuje krótki impuls dodatni, który zeruje liczniki DD2.1...DD6.2 (z wyjątkiem DD3.1, który jest nie używany), a tym samym resetuje kontroler do pierwotnego stanu. Impulsy oscylatora głównego DD1.1 ... DD1.3 o częstotliwości około 130 kHz (dokładniej 131072 Hz) synchronizują licznik DD6.1, a następnie DD6.2 i pozostałe liczniki adresów. Patrząc w przyszłość, powiedzmy, że jeden pełny cykl zwiększania-spadania jasności „fali biegnącej” w czasie równym dwóm sekundom odpowiada częstotliwości oscylatora głównego dokładnie 131072 Hz. Ta wartość wynika z częstotliwości aktualizacji rejestru wyjściowego wynoszącej 128 Hz, co znacznie przewyższa ergonomiczną wartość 85 Hz. Taka częstotliwość aktualizacji danych jest konieczna, aby wyeliminować migotanie elementów świetlnych i stworzyć iluzję płynnej zmiany jasności.
Schemat czasowy tworzenia impulsów synchronizacji pokazano na ryc.3. Widać z niego, że na każdy impuls synchronizacji rejestrów wyjściowych („Clk2”), jaki powstaje na wyjściu elementu DD7.2 (pin 6), przypada 16 impulsów synchronizacji rejestrów buforowych („Clk1 "), które są częścią układu scalonego 74AC595. Co więcej, dodatnie zbocze impulsu synchronizacji („Clk1”), które powstaje na wyjściu elementu DD4.3 (pin 6), wypada w środku znanej transmisji bitów danych. Synchronizacja rejestru bufora w momentach przypadających na środek znajomości, jak ustalono z doświadczenia, zgodnie z wynikami testów podstawowej wersji sterownika [1], odpowiada maksymalnej odporności na zakłócenia przy pracy na nieskoordynowanych liniach świetna długość. Jednocześnie nie ma potrzeby stosowania integratorów na wejściach zdalnych rejestrów. Już pierwszy ujemny impuls, licząc od momentu włączenia zasilania, powstały na wyjściu elementu DD4.3 (pin 6), swoim zboczem opadającym (spadek dodatni) zapisuje bit danych odczytany z pierwszej komórki EEPROM pod adresem zerowym (0000h) do pierwszego wyzwala rejestry buforowe wchodzące w skład układu scalonego DD11 i DD14 z jednoczesnym przesunięciem informacji w kierunku rosnących bitów. Zawartość rejestrów wyjściowych zawartych w IC DD11, DD12, DD14, DD16 nie ulega zmianie, a paski LED wyświetlają aktualną kombinację światło-dynamika. Jak wspomniano powyżej, długość słowa sekwencji PWM wynosi 16 bitów, dlatego aby wyświetlić jeden poziom (stopniowanie) jasności na linii 16 diod LED, konieczne jest przesłanie pakietu danych 16 x 16 = 256 bitów informacji do rejestrów, co warunkowo odpowiada jednej stronie adresowej przestrzeni EEPROM. Tak więc pełny cykl pojawiania się zajmuje 32 strony przestrzeni adresowej lub 8K, z czego pierwsze 16 stron (4K) to pół cyklu zwiększania jasności, a druga połowa to również 16 stron (również o rozmiarze 4K) półcykl spadku jasności, licząc względem pierwszego kanału. Ujemne zbocze każdego dodatniego impulsu z wyjścia 2 (pin 4) licznika DD6.1 zwiększa stan licznika DD6.2 o jeden, a zatem łączy się z wyjściem multipleksera DD9 jego wejście dziesiętne odpowiadające binarny odpowiednik kodu, który z kolei jest podłączony do wyjścia odpowiednich danych bitowych IC EEPROM DD8. Po wpisaniu 16 bitów danych do rejestrów buforowych układu scalonego DD11, DD12, DD14, DD16, zboczu opadającym (zboczu dodatnim) impulsu ujemnego generowanego na wyjściu elementu DD7.2, zawartość rejestrów buforowych IC DD11, DD12, DD14, DD16 są nadpisywane w odpowiednich rejestrach wyjściowych. Jednocześnie nowa kombinacja została ustalona na liniach LED HL7 ... HL22 i HL23 ... HL38. Ale całkowita (całkowa) wartość jasności odpowiada dokładnie szesnastu pakietom 16-bitowym, tj. 16 x 16 = 256 bitów danych przesyłanych do rejestrów przez linie szeregowe, jak wspomniano powyżej. Zmianę poziomów (stopni) jasności sygnalizuje linia diod HL1...HL4, która wyświetla stan licznika DD3.2 w kodzie binarnym. Jak widać z obwodu elektrycznego (rys. 2), impulsy zliczające dochodzą na wejście DD3.2 z wyjścia DD2.2 po podzieleniu przez osiem za pomocą licznika DD2.1. Taki podział częstotliwości impulsów wyjściowych DD2.2 jest niezbędny do wolniejszego wzrostu jasności niż można by uzyskać bez podziału częstotliwości za pomocą licznika DD2.1. Liczniki DD3.2 i DD5.1 adresują pierwszą połowę przestrzeni IC EEPROM DD8 w stanie zerowym licznika DD5.2 oraz drugą połowę przestrzeni adresowej IC EEPROM DD8 w stanie pojedynczym tego licznika. Tryb wyboru efektów świetlnych - ręczny lub automatyczny - ustawia się przełącznikiem SA1. W pozycji pokazanej na schemacie efekty zmieniają się automatycznie po czterech powtórzeniach. Osiąga się to poprzez podanie impulsów zliczających z wyjścia trzeciej cyfry DD5.1 (pin 5) na wejście licznika DD5.2. W dolnym, zgodnie ze schematem, położeniu przełącznika SA1, po naciśnięciu przycisku SB5.2 na wejściu licznika DD1 odbierane są krótkie impulsy dodatnie. Liczniki stanu DD5.1 i DD5.2 wskazują odpowiednio żółte (HL5) i czerwone (HL6) diody LED.
Budowa i szczegóły. Sterownik główny zmontowany jest na płytce drukowanej wykonanej z dwustronnego włókna szklanego o wymiarach 140 x 90 mm i grubości 1,5 mm (Rys. 4), a rejestry wyjściowe (Rys. 5) mają wymiary 90 x 30 mm ( Ryc. 6). W urządzeniu zastosowano rezystory stałe typu MLT-0,125, rezystory dostrajające - SP3-38b, kondensatory niepolarne (C1...C3, C8...C10, C12...C14) typu K10-17, tlenkowe (C4 ... C7, C11, C15) - K50-35 lub importowane. Na płycie głównej sterownika zamontowane są super jasne diody LED o średnicy 3 mm (HL1…HL6) i 5 mm (HL7…HL22), a czterokolorowe super jasne diody KIPM-15 o średnicy 10 mm mm są umieszczone w naprzemiennej kolejności w odległej girlandzie.
Biorąc pod uwagę różnicę spadków napięcia na diodach spolaryzowanych w kierunku przewodzenia (dla czerwonej i żółtej wartość ta wynosi 2,1 V, a dla niebieskiej i zielonej - 3,0 V), należy szeregowo z diodami podłączyć odpowiednie rezystory ograniczające: 220 i 150 Ohm . Aby sterować potężnym obciążeniem, rejestry wyjściowe muszą być uzupełnione o przełączniki tranzystorowe lub triakowe. Istnieje możliwość zastosowania bezpośrednio na miejscu układu pamięci EEPROM typu AT28C16-15PI typu RPZU typu KR573RF2 lub KR573RF5 bez zmiany schematu płytki drukowanej. Liczniki typu KR1564 IE23 (74HC 4520N) można zastąpić licznikami K561 IE10 (CD4520AN), za wyjątkiem układów scalonych DD3, DD5, do wyjść których podłączone są diody sygnalizacyjne. Multiplekser DD9 typu KR1564 KP7 (74HC 151) zastąpi KR1564 KP15 (74HC 251). Linia przyłączeniowa o długości do 10 m wykonana jest z wiązki 4 przewodów linkowych o przekroju 0,35 mm2 (dla linii sygnałowych) i 1 mm2 (przewód „wspólny”) w izolacji i długości 10 m. do 100 m linie sygnałowe należy wykonać w osobnych skrętkach, a na płytkach rejestrów wyjściowych zamontować kondensatory całkujące o pojemności nie większej niż 150 pF.
Przygotowanie do pracy urządzenia zmontowanego ze sprawnych części i bez błędów polega na wpisaniu firmware do układu scalonego EEPROM (EPROM) za pomocą standardowego programatora. W takim przypadku konieczna jest programowa zmiana kolejności linii adresowych EEPROM IC poprzez wybranie odpowiedniej opcji w programie. Przed zaprogramowaniem układu EEPROM plik tekstowy programu (patrz tabela) musi zostać przekonwertowany do formatu binarnego za pomocą jednego z darmowych programów konwertujących, np. [5]. Możesz wybrać żądaną prędkość odtwarzania dla dynamicznych efektów świetlnych za pomocą rezystora trymera R3 na płycie głównej kontrolera. Źródła informacji
Autor: Odinets A.L.
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ sekcja serwisu Jednostki Sprzętu Krótkofalowego. Wybór artykułów ▪ artykuł Automatyczny zawór spustowy pompy elektrycznej. Rysunek, opis ▪ Dlaczego w londyńskich schroniskach dla bezdomnych naciągnięto liny? Szczegółowa odpowiedź ▪ Artykuł ogrodowy Ruty. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ Artykuł Cywilna łączność radiowa. Transwertery. Informator
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony