Главная » Монтаж фундамента » Счетчик импульсов на микроконтроллере схема и прошивка. Простой счётчик числа оборотов - Конструкции простой сложности - Схемы для начинающих

Счетчик импульсов на микроконтроллере схема и прошивка. Простой счётчик числа оборотов - Конструкции простой сложности - Схемы для начинающих

Как и триггеры, счетчики совсем необязательно составлять из логических элементов вручную – сегодняшняя промышленность выпускает самые разнообразные счетчики уже собранные в корпуса микросхем. В этой статье я не буду останавливаться на каждой микросхеме-счетчике отдельно (в этом нет необходимости, да и времени займет слишком много), а просто кратко рассажу на что можно рассчитывать, во время решения тех или иных задач цифровой схемотехники. Тех же, кого интересует конкретные типы микросхем-счетчиков, я могу отправить к своему далеко неполному справочнику по ТТЛ и КМОП микросхемам.

Итак, исходя из полученного в предыдущем разговоре опыта, мы выяснили один из главных параметров счетчика – разрядность. Для того, чтобы счетчик смог считать до 16 (с учетом нуля – это тоже число) нам понадобилось 4 разряда. Добавление каждого последующего разряда будет увеличивать возможности счетчика ровно вдвое. Таким образом, пятиразрядный счетчик сможет считать до 32, шести – до 64. Для вычислительной техники оптимальной разрядностью является разрядность, кратная четырем. Это не есть золотым правилом, но все же большинство счетчиков, дешифраторов, буферов и т.п. строятся четырех (до 16) или восьмиразрядными (до 256).

Но поскольку цифровая схемотехника не ограничивается одними ЭВМ, нередко требуются счетчики с самым различным коэффициентом счета: 3, 10, 12, 6 и т.д. К примеру, для построения схем счетчиков минут нам понадобится счетчик на 60, а его несложно получить, включив последовательно счетчик на 10 и счетчик на 6. Может нам понадобиться и большая разрядность. Для этих случаев, к примеру, в КМОП серии есть готовый 14-ти разрядный счетчик (К564ИЕ16), который состоит из 14-ти D-триггеров, включенных последовательно и каждый выход кроме 2 и 3-го выведен на отдельную ножку. Подавай на вход импульсы, подсчитывай и читай при необходимости показания счетчика в двоичном счислении:

К564ИЕ16

Для облегчения построения счетчиков нужной разрядности некоторые микросхемы могут содержать несколько отдельных счетчиков. Взглянем на К155ИЕ2 – двоично-десятичный счетчик (по-русски – «счетчик до 10, выводящий информацию в двоичном коде»):

Микросхема содержит 4 D- триггера, причем 1 триггер (одноразрядный счетчик – делитель на 2) собран отдельно – имеет свой вход (14) и свой выход (12). Остальные же 3 триггера собраны так, что делят входную частоту на 5. Для них вход – вывод 1, выходы 9, 8,11. Если нам нужен счетчик до 10, то просто соединяем выводы 1 и 12, подаем счетные импульсы на вывод 14 а с выводов12, 9, 8, 11 снимаем двоичный код, который будет увеличиваться до 10, после чего счетчики обнулятся и цикл повторится. Составной счетчик К155ИЕ2 не является исключением. Аналогичный состав имеет и, к примеру, К155ИЕ4 (счетчик до 2+6) или К155ИЕ5 (счетчик до 2+8):

Практически все счетчики имеют входы принудительного сброса в «0», а некоторые и входы установки на максимальное значение. Ну и напоследок я просто обязан сказать, что некоторые счетчики могут считать и туда и обратно! Это так называемые реверсивные счетчики, которые могут переключаться для счета как на увеличение (+1), так и на уменьшение (-1). Так умеет, к примеру, двоично-десятичный реверсивный счетчик К155ИЕ6:

При подаче импульсов на вход +1 счетчик будет считать вперед, импульсы на входе -1 будут уменьшать показания счетчика. Если при увеличении показаний счетчик переполнится (11 импульс), то прежде чем вернуться в ноль, он выдаст на вывод 12 сигнал «перенос», который можно подать на следующий счетчик для наращивания равзрядности. То же назначение и у вывода 13, но на нем импульс появится во время перехода счета через ноль при счете в обратном направлении.

Обратите внимание, что кроме входов сброса микросхема К155ИЕ6 имеет входы записи в нее произвольного числа (выводы 15, 1, 10, 9). Для этого достаточно установить на этих входах любое число 0 — 10 в двоичном счислении и подать импульс записи на вход С.

В данном примере применения описывается, как реализовать электронный счетчик электроэнергии на микроконтроллере серии MSP430FE42x. Документ содержит описание некоторых основополагающих принципов и рекомендации по использованию микроконтроллеров серии MSP430FE42x, а также рисунки печатных плат и демонстрационные версии программ.

1 Введение

В данном примере применения описаны схема электрическая принципиальная и программное обеспечение электронного счетчика электроэнергии на микроконтроллере семейства MSP430FE42x. В качестве дополнения предполагается использовать руководство пользователя модуля ESP430CE1.

Микроконтроллеры семейства MSP430FE42x со встроенным сигнальным процессором ESP430CE1 для однофазного счетчика электроэнергии со встроенным аналоговым входным терминалом и температурным датчиком были разработаны специально для использования в устройствах измерения потребляемой мощности. ESP430CE1 выполняет большинство действий по измерению потребления электроэнергии автоматически, не используя ресурсы вычислительного ядра. Это позволяет сохранить ресурсы вычислительного ядра для использования их в других задачах, например для осуществления связи с другими устройствами. ESP430CE1 может работать с различными токовыми датчиками. В качестве токового датчика он может использовать Роговского без дополнительных внешних компонентов шунт, токовые трансформаторы (СТ), включая трансформаторы со связью по постоянному току и большим фазовым сдвигом, или катушки индуктивности. Все параметры могут быть настроены программно, а калибровочные константы могут быть сохранены во Flash памяти микроконтроллера MSP430 и переданы ESP430CE1 при инициации системы.

2 Аппаратная часть

Схема монтажной платы и блок-схема устройства приведены в приложении А и описываются в нижеследующих разделах данного примера применения. Монтажная плата может использоваться с токовыми трансформаторами или шунтами и может быть перестроена. Такая монтажная плата выпускается компанией Softbaugh и имеет серийный номер для заказа DE427. Заказать ее можно на сайте компании Softbaugh, адрес которого в интерненте www.softbaugh.com .

Подключение каналов V1, I1 и I2 показаны на схеме, приведенной в приложении А.

2.1 Использование шунта в качестве преобразователя тока

Рисунок 1. Блок-схема подключения шунта к двухпроводной однофазной сети

2.2 Использование CT в качестве преобразователя тока


Рисунок 2. Блок-схема подключения CT к двухпроводной однофазной сети

2.3 Подключение CT и шунта в качестве преобразователя тока, позволяющее обнаруживать несанкционированного подключения


Рисунок 3. Блок-схема подключения шунта и CT к двухпроводной однофазной сети, позволяющее обнаруживать несанкционированное подключение

2.4 Подключение CT для подключения к трехпроводным однофазным сетям, применяемым в США


Рисунок 4. Блок-схема ANSI электросчетчика, использующегося в трехпроводных однофазных сетях

2.5 Подключение входов датчиков напряжения

Печатная плата оснащена делителем напряжения, рассчитанным на работу в сетях со среднеквадратическим значением напряжения 230 В. Также она содержит схему защиты, рассчитанную на это напряжение.

Емкостной источник питания способен обеспечивать ток потребления до 4 мА. Необходимо обеспечить, чтобы ток потребления не превысил это допустимое значение. Для этого в демонстрационной схеме был использован светодиод с низким током свечения.

2.6 Подключение входов датчиков тока

На печатной плате имеется место для монтажа SMD резистора, используемого в качестве нагрузки для токового трансформатора, но этот резистор не установлен в поставляемой плате. Замечание: нагрузочный резистор для СТ не установлен, но при подключении СТ его необходимо установить, иначе MSP430 будет поврежден.

2.7 Сглаживающий фильтр

В качестве сглаживающего фильтра рекомендуется использовать резистор номиналом 1 кОм, подключенный последовательно ко входу АЦП, и конденсатор номиналом 33 нФ, подключенный между входом преобразователя и землей. Для исключения влияния синфазных помех рекомендуется использовать сглаживающие фильтры в обоих каналах токового преобразователя.

2.8 Неиспользуемые каналы АЦП

Неиспользуемые каналы АЦП не должны быть ни к чему подключены.

3 Расчет констант для измерителя ESP430CE1

Измерителю необходимы константы, соответствующие примененным трансформаторам и/или шунтам. В данном разделе показан расчет констант для измерителя ESP430CE1.

3.1 Коэффициент преобразования по напряжению

Коэффициент преобразования по напряжению, в соответствии с которым пересчитывается реальное входное напряжение во входное напряжение модуля ESP430CE1 рассчитывается по приведенным ниже формулам:

    V(inp.max) = VoltageGain x V (Line, Nom.) x sqrt(2) x R2 /(R1 + R2)
    kV1 = Voltage (Line, nominal) x 2 x sqrt(2) / (2 15 x (1- (Vref – V(inp.max) x 2)/Vref))

3.2 Коэффициент преобразования по току для шунта

Коэффициент преобразования по току для шунта, в соответствии с которым пересчитывается реальный входной ток в ток модуля ESP430CE1 рассчитывается по приведенным ниже формулам:

    V(I, inp.max) = CurrentGain x Imax x R(Shunt) x sqrt(2)

3.3 Коэффициент преобразования по току для трансформатора тока

Коэффициент преобразования по току для трансформатора тока, в соответствии с которым пересчитывается реальный входной ток в ток модуля ESP430CE1 рассчитывается по приведенным ниже формулам:

    V(I, inp.max) = CurrentGain x Imax / CTRatio x R(Burden) x sqrt(2)
    kI1 = Current (Line, nominal) x 2 x sqrt(2) / (2 15 x (1- (Vref – V(I, inp.max) x 2)/Vref))

3.4 Уровень прерывания по мощности

Уровень прерывания по мощности ESP430CE1 рассчитывается по следующей формуле:

    InterruptLevel = Pulses/kWh x (1000 / 3600) x fADC / (kV1 x kI1 x 4096)

Pulses/kWh определяет сколько прерываний на каждый кВт*ч будет сформировано.

4 Калибровка измерителя

Калибровка электронного счетчика электроэнергии на базе микроконтроллера семейства MSP430 при помощи обычной калибровочной аппаратуры, используемой для калибровки обычных электросчетчиков, возможна, но неэффективна. Вычислительная мощность MSP430 позволяет делать это другими методами, которые приведены ниже.

Основная калибровка может быть инициализирована при помощи команды с0, переданной через UART. Для выполнения этой команды необходимо в файле parameter.h определить входные значения следующих параметров:

    - calVoltage
    - calCurrent
    - calPhi
    - calCosPhi
    - calFreq

Калибровка фазового сдвига между током и напряжением должна быть выполнена с точностью 0.5 градуса, так как ошибка фазового сдвига, возникающая в датчиках, превышает это значение, поэтому более высокая точность не может быть достигнута.

Для калибровки счетчика электроэнергии необходимо разделить тракты измерения тока и напряжения. Это позволяет выполнить калибровку с малыми потерями энергии и определить величины напряжения, тока и фазового сдвига. На рисунке 5 показана схема включения электросчетчика при калибровке.


Рисунок 5. Электронный счетчик электроэнергии на MSP430 с внешними терминалами

4.1 Калибровка при непрерывном измерении

Нормальный рабочий режим ESP430CE1 устанавливается путем посылки вычислительным ядром команды SetMode. Величина измеренной мощности, записанная после каждого измерения в регистр ActEnSPer1 (и в регистр ActEnSPer2 для систем с двумя датчиками), преобразуется вычислительным ядром в сигнал с постоянной частотой, пропорциональный измеренной мощности. Для формирования сигнала с постоянной частотой может быть использован модуль таймера Timer_A.

При калибровке выполняются следующие действия:

  • Вычислительное ядро устанавливает в нулевом контрольном регистре ESP430CE1 флаги Curr_I1, Curr_I2, соответствующие режиму измерения.
  • Регистры параметров инициализируются для измерения мощности в нагрузке. Выполняется это при помощи команды SET_PARAM.
  • После получения команды mSet_Mode ESP430CE1 переходит в режим измерения электроэнергии.
  • Первый результат измерения, находящийся ActEnSPer1 (и ActEnSPer2 в системах с двумя датчиками), не используется, так как неизвестна точка начала.
  • Следующие результаты измерений, находящиеся в ActEnSPer1 (и ActEnSPer2 в системах с двумя датчиками) являются правильными и используются для вычислений.
  • Флаг St_ZCld в нулевом регистре состояния указывает, что при следующей доступной выборке (флаг St_NEVal установлен), новые результаты измерения за прошлый период доступны в регистрах ActEnSPer1 и ActEnSPer2.
  • Вычислительное ядро сбрасывает флаг St_NEVal при помощи команды mCLR_EVENT и выполняет считывание данных (см. описание алгоритма считывания ниже).
  • Если необходимо, например, для вычисления результата за больший период, последние четыре пункта повторяются.

Вышеупомянутые шаги повторяются и во второй калибровочной точке.

Калибровка обоих датчиков должна быть выполнена независимо. При калибровке одного датчика измерителя ток через второй датчик должен быть нулевым. И наоборот.

4.1.1 Формулы

Калибровка производится за один основной период (или за nper основных периодов) при двух токах нагрузки I1HI и I1LO. Номинальная вычисленная мощность для двух точек калибровки:

    nHIcalc = Cz1 x I1HI x V1 x cos?1 x (nper / fmains) x (fADC / 4096) [шаги 2 ]
    nLOcalc = Cz1 x I1LO x V1 x cos?1 x (nper / fmains) x (fADC / 4096) [шаги 2 ]

Результирующие значения для наклона и смещения:

    Наклон: GainCorr1 = ((nHIcalc – nLOcalc) / (nHImeas – nLOmeas)) x 2 14
    Смещение: Poffset = (((nHImeas x nLOcalc) – (nLOmes – nHIcalc)) / (nHImeas – nLOmeas)) x (fmains / nper) x (4096 / fADC),

где fmains – основная частота в Гц;

    fADC – частота дискретизации АЦП в Гц (обычно 4096 Гц);
    nper – количество основных периодов, использованных при калибровке;
    nHIclac – вычисленная мощность в точке калибровки с высоким током в шагах в квадрате;
    nHImaes – измеренная мощность в точке калибровки с высоким током в шагах в квадрате;
    nLOclac – вычисленная мощность в точке калибровки с низким током в шагах в квадрате;
    nLOmaes – измеренная мощность в точке калибровки с низким током в шагах в квадрате;

4.1.2 Пример калибровки

Для схемы, показанной на рисунке 1, калибровка производится при следующих условиях:

    V1 = 230 В, I1HI= 20 A, I1LO = 1 A, cos?1 = 1, nper = 1, fADC = 2048 Гц, fmains = 50 Гц.
    nHIcalc = Cz1 x I1HI x V1 x cos?1 x (nper / fmains) x (fADC / 4096) = 29,322.80806 x 20 х 230 х 1 х (1 / 50) х (2048 / 4096) = 1,348,849.171 = 14,94F1h [шагов 2 ]
    nLOcalc = Cz1 x I1LO x V1 x cos?1 x (nper / fmains) x (fADC / 4096) = 29,322.80806 x 1 х 230 х 1 х (1 / 50) х (2048 / 4096) = 67,422.458 = 1,0772h [шагов 2 ]

Результат измерения в обеих точках:

    n1Himeas = 14,6040h (ошибка -1 % по сравнению с n1Hicalc = 14,94F1h)
    n1Lomeas = 1,0CB7h (ошибка +2 % по сравнению с n1Localc = 1,0772h)
    GainCorr1 = ((nHIcalc – nLOcalc) / (nHImeas – nLOmeas)) x 2 14 = ((14,94F1h – 1,0772h) / (14,6040h – 1,0CB7h)) x 2 14 = 40С0h

    Poffset = (((nHImeas x nLOcalc) – (nLOmes – nHIcalc)) / (nHImeas – nLOmeas)) x (fmeins / nper) x (4096 / fADC) = (((14,6040h x 1,0772h) – (1,0CB7h – 14,94F1h)) / (14,6040h – 1,0CB7h)) x (50 / 1) x (4096 / 2048) = -215,489 = FFFC,B63Fh

Если точки калибровки исправить с учетом наклона и смещения, тогда:

    ncorr = (nmeas x GainCorr1)) x 2-14 + (Poffset1) x (nper / fmains) x (fADC / 4096) nHIcorr = 14,6040h x 40C0h x 2-14 +FFFC,B63Fh x ((1 x 2048) / (50 x 4096)) = 1,348,890 = 14,951Ah nLOcorr = 1,0CB7h x 40C0h x 2-14 +FFFC,B63Fh x ((1 x 2048) / (50 x 4096)) = 67,441 = 1,0771h

Результирующая ошибка при обеих коррекциях равняется +3.1 Е-5, т.е. 31 ppm.

4.2 Калибровка при помощи ПК

На рисунке 6 показан один из возможных вариантов установки для калибровки электронных счетчиков электроэнергии. Электросчетчики подключены к последовательному порту ПК через последовательный порт USART0, работающий в режиме UART или SPI. Все необходимые для калибровки вычисления выполняются ПК, а MSP430 каждого электросчетчика только запоминает полученные корректировочные величины во встроенной памяти данных или внешней EEPROM памяти.

ПК управляет калибровочной установкой, состоящим из генератора напряжения, генератора тока и фазовращателя, через коммуникационный интерфейс. ПК считывает результаты умножения напряжения и тока, вычисленные встроенными АЦП (или количество импульсов Ws на выходе каждого электросчетчика) и сравнивает это значение со значением, полученным эталонным электросчетчиком, который является частью калибровочной аппаратуры. ПК вычисляет ошибку электросчетчика в одной (например, при номинальном токе) или двух (например, при максимальном и номинальном токе потребления) точках калибровки. По результатам этих ошибок вычисляются индивидуальные корректировочные коэффициенты для наклона и угла смещения и передаются в конкретный электросчетчик, в котором микроконтроллер MSP430 сохраняет эти значения.


Рисунок 6. Калибровка электронных электросчетчиков при помощи ПК

Формулы для вычисления значений калибровочных констант приведены в руководстве пользователя модуля ESP430CE1.

4.3 Самокалибровка

Другой метод калибровки использует способность MSP430 выполнять сложные вычисления. Основное преимущество этого метода калибровки - это простота: Для передачи данных при этом методе не требуется никаких проводных соединений (см. рисунок 7). Уравнения исправления ошибок, используемые измерителем во время теста, такие же, как и приведенные в приведенном выше разделе "Калибровка при непрерывном измерении".

  • Измеритеи, которые будут калиброваться, переводятся в режим калибровки при помощи скрытого переключателя, UART, ключа, входного импульса и т.д.
  • ПК включает калибровочную аппаратуру, которая отдает определенное количество энергии, измеряемое при помощи эталонного измерителя, калибруемым электросчетчикам..
  • Электросчетчики измеряют выданное количество энергии и вычисляют значение электропотребления WEM1 для 100 % номинального тока Inom.
  • После этого калибровочная аппаратура отключается (I = 0, U = 0). Это позволяет при необходимости вычислить и измерить смещение самого АЦП.
  • ПК включает калибровочную аппаратуру, которая снова отдает электросчетчикам определенное количество электроэнергии (например 5 % Inom, 100 % Vnom, cos?=1). После этого аппаратура снова отключается (i = 0, U = 0).
  • Счетчики снова измеряют электроэнергию и вычисляют значение WEM0 для 5 % номинального тока Inom.
  • По двум значениям WEM1 и WEM0, найденным для 100 % и 5 % номинального тока Inom, электросчетчики вычисляют индивидуальные величины смещения и наклона.
  • После калибровки можно провести простой визуальный тест:
    - для обнуления индикаторов электросчетчики сбрасываются - калибровочная аппаратура выдает точно определенное количество энергии (при различных значениях тока, напряжения и cos?) - Визуально проверяется, чтобы на всех электросчетчиках отображалось одинаковая величина измеренного значения потребленной энергии - По показаниям ЖКИ можно определить, что рассчитанные коэффициент наклона и смещения выходят за допустимые пределы.

Пример: если провести калибровку при следующих параметра:

  • 10 000 Ws (100 % Inom, 100 % Vnom, cos? = 1)
  • 5 000 Ws (100 % Inom, 100 % Vnom, cos? = 0.5)

калибруемые электросчетчики должны показать значение Ws, равное 15 900 ± допустимая точность. Если вычисленное значение выходит за допустимые пределы, то электросчетчик признается не прошедшим калибровку.


Рисунок 7. Самокалибровка электросчетчиков

5 Емкостной источник питания

На рисунке 8 показан емкостной источник питания, формирующий одно напряжение Vcc = +3 В. Если его выходного тока недостаточно, то можно использовать выходной буфер на базе NPN транзистора.

Уравнения для разработки приведенных ниже источников питания приводятся в разделе 3.8.3.2 "Емкостной источник питания" примера применения SLAA024. В данной главе описываются другие источники питания и уравнения для их расчета.


Рисунок 8. Емкостной источник питания

5.1 Детектор обнаружения отключения/включения линейного напряжения

Так как детектор падения напряжения ESP430CE1 объединен со счетчиком циклов линейного напряжения, то при пропадании линейного напряжения он не работает. Для обнаружения этого можно отслеживать нахождение VRMS в течение определенного интервала времени ниже заданного порога или использовать внешнюю цепь для детектирования отключения линейного питания. При использовании внешней цепи для снижения потребления можно отключать модуль ESP430CE1.


Рисунок 9. Детектирование наличия линейного напряжения

6.1 Заземление

Правильная трассировка печатной платы очень важна для систем, использующих АЦП с высоким разрешением. Ниже приведены основные рекомендации по трассировке плат.

1. Использование, по возможности, отдельных шин аналоговой и цифровой "земли".

2. Максимально толстые дорожки от источника питания до выводов DVSS, AVSS, DVCC, и AVCC.

3. Установка конденсатора в точке схождения всех линий аналоговой "земли". Установка конденсатора в точке схождения всех цифровых "земель".

4. Конденсатор Cb следует расположить в точке схождения всех шин питания. Это необходимо для обеспечения низкого полного сопротивлению этого конденсатора.

5. AVSS и DVSS терминалы должны быть внешне соединены вместе.

6. AVCC и DVCC терминалы должны быть внешне соединены вместе.

7. Источник питания и накопительный конденсатор Cb должны быть расположен максимально близко друг к другу. Между выводами, подключенным к шинам аналогового и цифрового питания, должны быть установлены конденсаторы Ca и Cb.

8. Для развязки шин аналогового и цифрового питания необходимо использовать катушку индуктивности L. Также можно использовать и резистор, но при использовании катушки индуктивности обеспечивается лучшая фильтрация высоких частот.

9. Если по периметру печатной платы проходит дорожка, то она должна быть подключена к заземляющей шине платы.


Рисунок 10. Заземление аналого-цифрового преобразователя

6.2 Чувствительность к ЭМИ

На рисунке 11 упрощенно показана не оптимальная трассировка: серым выделены участки, способные принимать внешние наводки от внешних источников ЭМИ. Для снижения влияния внешних источников ЭМИ эти участи по площади должны быть минимальными.


Рисунок 11. Трассировка платы, чувствительной к внешним ЭМИ

На рисунке 12 показана печатная плата, имеющая оптимальную трассировку. Участки, являющиеся приемниками ЭМИ, имеют минимальную площадь.


Рисунок 12. Трассировка печатной платы, имеющей минимальную чувствительность к ЭМИ

7 Демонстрационная программа

7.1 Инициализация аналогового терминала

При отключенном модуле ESP430CE1, Вычислительное ядро MSP430 имеет доступ к модулю SD16 модулю. Сначала вычислительное ядро MSP430 должно сделать инициацию входного аналогового терминала. При этом производится установка коэффициента усиления, частоты дискретизации и частоты генератора синхроимпульсов для SD16:

//==================================================================== /** * Подпрограмма инициализации аналогового терминала. * * Настройка модуля сигма-дельта АЦП в качестве аналогового терминала для * резистивного счетчика, определяющего несанкционированное подключение, * использующего токовый трансформатор и шунт в качестве токового датчика * (см. настройку каналов 0 и 1). */ void init_analog_front_end(void) { /** * Сначала проверяется, что встроенный сигнальный процессор отключен, * в противном случае будет невозможно изменить данные в регистре SD16. * */ ESPCTL &= ~ESPEN; /** * После этого выполняются основные настройки аналогового терминала, * которые относятся ко всем каналам: выбор синхроимпульсов (SMCLK), * параметров делителя (в зависимости от частоты SMCLK) и опорного * напряжения. */ SD16CTL= SD16SSEL_1 // Выбор синхроимпульсов: SMCLK // SD16CTL = 0x800 + SD16SSEL_1 // Clock Выбор синхроимпульсов: SMCLK + (Amp:) #if (MCLK_FREQ == 2) | SD16DIV_1 // деление на 2 => Частота синхроимпульсов АЦП: 1.094 МГц #endif #if (MCLK_FREQ == 4) | SD16DIV_2 // деление на 4 => Частота синхроимпульсов АЦП: 1.094 МГц #endif #if (MCLK_FREQ == 8) | SD16DIV_3 // деление на 8 => Частота синхроимпульсов АЦП: 1.094 МГц #endif | SD16REFON; // Использование встроенного ИОН SD16CCTL0 = SD16INCH_0; // I1 SD16CCTL1 = SD16INCH_0; // I2 SD16CCTL2 = SD16INCH_0; // V SD16CONF0 |= 0x70; // SD16CONF1 |= 0x68; // Задержка синхроимпульсов АЦП 40 нс // =================================================================== /** * - Выбор коэффициента усиления АЦП: * - VIN,MAX(GAIN = 1) = 0.5V > VCT(пиковое) * - VIN,MAX(GAIN = 2) = 0.25V < VCT(пиковое) * - VIN,MAX(GAIN = 16) = 0.031V > VShunt(пиковое) * - VIN,MAX(GAIN = 32) = 0.015V < VShunt(пиковое) */ // =================================================================== // Настройка нулевого канала аналогового терминала - Ток 1 SD16INCTL0= I1_Gain; // Установка коэффициента усиления для нулевого канала (I1) SD16CCTL0 |= SD16OSR_256; // Установка коэффициента дискретизации = 256 (по умолчанию) // =================================================================== // Настройка первого канала - Ток 2 SD16INCTL1= I2_Gain; // Установка коэффициента усиления первого канала (I2) SD16CCTL1 |= SD16OSR_256; // Установка коэффициента дискретизации = 256 (по умолчанию) // =================================================================== // Настройка второго канала - Напряжение SD16INCTL2= V_Gain; // Установка коэффициента (V) SD16CCTL2 |= SD16OSR_256; // Установка коэффициента дискретизации = 256 (по умолчанию) /** * \Замечание * Пожалуйста запомните, что коэффициент дискретизации для всех каналов должен * быть идентичным. По умолчанию он равен 256. */ } // Конец init_analog_front_end()

7.2 Инициализация электросчетчика

Перед использованием ESP430CE1 надо настроить. Пример подпрограммы настройки модуля:

//==================================================================== /** * Инициализация ESP430CE1. * */ void init_esp_parameter(unsigned char flashvars) { volatile unsigned int timeout; // /\ Предотвращение "оптимизации" переменных. // Копирование значений инициализации в ОЗУ if (flashvars) s_parameters = s_parameters_flash; /** * Проверяем, что встроенный сигнальный процессор * активизирован, */ ESPCTL |= ESPEN; MBCTL = 0; /** * и не находится в режиме измерения или калибровки, */ if ((RET0 & 0x8000) != 0) { // Перевод встроенного сигнального процессора в режим ”Idle” MBOUT1= modeIDLE; // ESP_IDLE; MBOUT0= mSET_MODE; timeout= 0xffff; while (((RET0 & 0x8000) != 0) && (timeout?? > 0)) ; } /** * и готов принять сообщение, запрашивающее * версию программного обеспечения. */ MBOUT0= mSWVERSION; timeout= 0xffff; do { while (((MBCTL & IN0IFG) == 0) && (timeout?? > 0)) ; if (timeout == 0) { display_error(); return; } } while (MBIN0 != mSWRDY); firmware_version= MBIN1; // Запись версии программы. /** * После этого производится инициализация параметров. * * Control 0: выполняется установка для: * - Канал измерения тока I2 ? детектирования несанкционированного подключения * - Расчет абсолютного значения активной энергии * (отрицательная энергия расценивается как несанкционированное подключение) * - Переключение алгоритма для удаления постоянной составляющей тока I1 * - Переключение алгоритма для удаления постоянной составляющей тока I2 */ set_parameter(mSET_CTRL0, defSET_CTRL0); /** * \установка номера измерения: * т.е. 4096 * 50Hz. => прерывание раз в секунду */ set_parameter(mSET_INTRPTLEVL_LO, s_parameters.pSET_INTRPTLEVL.w); set_parameter(mSET_INTRPTLEVL_HI, s_parameters.pSET_INTRPTLEVL.w); /** * Номинальная основная частота: * т.е. 50 Гц. */ set_parameter(mSET_NOMFREQ, defSET_NOMFREQ); /** * Коррекция фазовой ошибки: * Установка фазовой ошибки для тока 1/2 от номинальной основной частоты для * токового трансформатора по его техническим характеристикам * Фазовая ошибка шунта равна нулю. */ set_parameter(mSET_PHASECORR1, (int)s_parameters.pSET_PHASECORR1); set_parameter(mSET_PHASECORR2, (int)s_parameters.pSET_PHASECORR2); /** Настройка параметров для двух токов: * Токовый трансформатор: * * Имеется две возможности настройки значений двух * токов: */ set_parameter(mSET_ADAPTI1, defSET_ADAPTI1); // = 1 * POW_2_14 = 16384 set_parameter(mSET_ADAPTI2, defSET_ADAPTI2); // = 1 * POW_2_14 = 16384 /** Установка настроенного коэффициента усиления: */ set_parameter(mSET_GAINCORR1, s_parameters.pSET_GAINCORR1); set_parameter(mSET_GAINCORR2, s_parameters.pSET_GAINCORR2); /** Установка настроенного смещения: */ set_parameter(mSET_V1OFFSET, s_parameters.pSET_V1OFFSET); set_parameter(mSET_I1OFFSET, s_parameters.pSET_I1OFFSET); set_parameter(mSET_I2OFFSET, s_parameters.pSET_I2OFFSET); // set_parameter(mSET_POFFSET1_LO, s_parameters.pSET_POFFSET1_LO); // set_parameter(mSET_POFFSET1_HI, s_parameters.pSET_POFFSET1_LO); /** Настроенные параметры становятся текущими: */ #if withStartCurrent == 1 set_parameter(mSET_STARTCURR_INT, s_parameters.pSET_STARTCURR_INT); set_parameter(mSET_STARTCURR_FRAC, s_parameters.pSET_STARTCURR_FRAC); #else set_parameter(mSET_STARTCURR_INT, 0); set_parameter(mSET_STARTCURR_FRAC, 0); #endif /** Параметры регулировки для периода удаления постоянной составляющей: */ set_parameter(mSET_DCREMPER, defSET_DCREMPER); } // End of init_esp_parameter()} // Конец подпрограммы init_esp_parameter()

7.3 Программа Demo 1

Demo 1 – простая демонстрационная программа, которая инициализирует ESP430CE1 для измерения электрической энергии и вывода результата на индикатор. При этом происходит мигание светодиода. Эта программа может работать с отладочным комплектом Kickstart производства компании IAR.

Ниже приведены файлы демонстрационной программы их назначение:

Файл Назначение и функции
Main.c Управляет инициализаций системы и вызывает функции для индикации обновленного значения, запрашиваемого подпрограммами обработки прерывания:
  • Init FLL and System Clock
  • Init Basic Timer and Real time Clock
  • Init LCD
  • Init analog front end
  • Init ESP430CE1 Parameters
  • Start Measurement
FET4xx_RTCwLCD.s43 Основная подпрограмма для обслуживания ЖКИ и RTC
Display.c Подпрограмма высокого уровня для ЖКИ
FLL.c Подпрограмма установки ФАПЧ и системы синхронизации
PortFunc.c Подпрограмма обработки прерывания по порту Port1
TimerA.c Подпрограмма инициализации и обслуживания таймера Timer_A. Timer_A используется для формирования импульсов
EMeter.c EMeter.c Содержит подпрограмму инициализации и подпрограмму обслуживания аналогового терминала, ESP430CE1 и прерывания от ESP430CE1
FE427_Measure_v3.ewp
FE427_Measure_v3.eww 		Файлы проектов для программы Workbench версии 3 производства компании IAR
FE427_Measure.ewp
FE427_Measure.eww 		Файлы проектов для программы Workbench версии 2 производства компании IAR
FE427_Measure.hzp
FE427_Measure.hzs 		Файлы проектов для программы CrossStudio производства компании Rowley

Блок – схема демонстрационной программы приведена на рисунке 13.


Рисунок 13. Блок – схема демонстрационной программы

7.4 Генерация импульса электропотребления

Этот импульс может быть использован для индикации определенного уровня потребленной энергии. Для формирования этого выходного сигнала может использоваться три метода.

7.4.1 Непосредственное использование выхода сигнала прерывания по уровню

В первом методе непосредственно используется выход источника прерывания модуля ESP430 по заданному уровню. Реализация этого метода весьма проста и не требует задействования дополнительных аппаратных или программных ресурсов. Но ввиду того, что измеряется энергия синусоидальных колебаний, этот сигнал может иметь некоторые переходные колебания.

Активизируется этого метода:

    // *define TIMERA_PULSE_OUTPUT
    // *define WITH_AVERAGING

7.4.2 Использование выхода модуля таймера Timer_A

Во втором методе для удаления переходных колебаний используется модуль таймера Timer_A. Этот метод приемлем для формирования импульсов с частотой до 30 Гц. Перед использованием этого метода в файле parameter.h необходимо сделать следующие установки.

    *define TimerAClock TASSEL_1/* ACLK = 32 кГц
    *define TACLOCK 32768ul
    *define CLOCKSPERPERIOD (TACLOCK/defSET_NOMFREQ)

Активизация метода производится следующим образом:

    *define TIMERA_PULSE_OUTPUT
    // *define WITH_AVERAGING

7.4.3 Использование выхода модуля таймера Timer_A при усреднении

В третьем методе используется только модуль таймера Timer_A для усреднения по времени и формирования импульсов несущей частоты.

Активизация этого метода производится следующим образом:

    *define TIMERA_PULSE_OUTPUT
    *define WITH_AVERAGING

7.5 Управление

Имеется две кнопки, которые используются для выполнения следующих функций:

  • S_A: Выключение модуля ESP430CE1 и перевод MSP430 в режим пониженного потребления. Часы реального времени при этом продолжают работать.
  • S_B: Переключение между режимами индикации.

7.5.1 Файл Parameter.h

Все конфигурационные настройки выполняются в файле parameter.h. К ним относятся:

  • Уровень выходного импульса.
  • Коэффициенты передачи по напряжению и току
  • Конфигурационные параметры для модуля ESP430CE1

#define для withDisplay позволяет масштабировать код для различных функций и размеров. Код использует функции с плавающей точкой для выхода UART и калибровки. Включение одной из этих двух частей увеличит размер кода.

Определение шунта, *define shunt, позволяет выбрать к чему будет подключен вход I1 - к шунту или трансформатору тока.

Для упрощения расчета основных параметров, используемых в файле parameter.h, можно использовать файл для Excel FE427_Settings.xls. После ввода требуемой информации в белые поля все параметры будут рассчитаны и отображены. По нажатию кнопки "Save Parameter to File" все параметры будут сохранены в файл ‘Test_Parameter.h’.

Этот файл с рассчитанными параметрами будет включен в исходный код вместо заданных по умолчанию в файле ‘Parameter.h’ параметров если снять ремаркирование со строки ‘#define Test’ в самом файле ‘Parameter.h’.

7.6 Демонстрационная программа Demo 2

Демонстрационная программа Demo 2 устанавливается как комплексное приложение, включающее в себя UART и некоторые подпрограммы автокалибровки, которые сохраняют параметры во flash память. Для вычисления электропотребления вместо функции формирования потребления по превышению заданного уровня используются возвращаемые модулем ESP430CE1 значения. Программа Demo 1 выполняет инициализацию модуля ESP430CE1, вывод данных на индикатор и осуществляет управление светодиодом индикации включения. Эта демонстрационная программа слишком большая, чтобы использоваться при помощи комплекта Kickstart компании IAR.

Демонстрационная программа Demo 2 включает в себя все файлы, содержащиеся в программе Demo 1, и файлы, приведенные в нижеследующей таблице:

7.6.1 Связь по UART

    Формат передаваемых данных: 57600 / 8 N 1
    Каждая команда должна заканчиваться символом "CR".
    Команда ’h’ выводит в окне терминала приведенный ниже текст помощи:

    Версия программного обеспечения MSP430FE427: 0114
    Команды UART:

      SHxx: Установка часов
      SMxx: Установка минут
      SSxx: Установка секунд
      SDxx: Установка дня
      SOxx: Установка месяца
      SYxx: Установка года
      Dx: Установка режима индикатора
      D1: Отключение
      D2: Время
      D3: Дата
      D4: Напряжение (В)
      D5: Ток (A)
      D6: Пиковое напряжение (В)
      D7: Пиковое значение тока (A)
      D8: Частота (Гц)
      D9: CosPhi
      DA: Температура
      DB: Мощность (кВт)
      DC: Электропотребление (кВт * ч)
      H: показать текст помощи
      Tx: установка тестового режима
      R: сброс системы
      Mx: Выполнение тестовых измерений в течение x*50 циклов
      I: Инициализация
      C0: Автокалибровка U / I / P / фазового сдвига
      C1: Калибровка уровня прерывания
      C2: Калибровка фазовой коррекции 1
      C3: Калибровка фазовой коррекции 2
      C4: Калибровка смещения V1
      C5: Калибровка смещения I1
      C6: Калибровка смещения I2
      C9: Сохранение параметров во flash памяти
      СА: Калибровка коэффициента передачи по напряжению
      СВ: Калибровка коэффициента передачи по току
      СС: Калибровка коэффициента передачи по мощности
      +: Увеличение калибровочного значения
      -: Уменьшение калибровочного значения

7.6.2 Калибровка

Основная часть процесса калибровки может быть выполнена при помощи UART команды "C0".

Для выполнения этой команды в файле parameter.h должны быть определены входные параметры:

  • calVoltage
  • calCurrent
  • calPhi
  • calCosPhi
  • calFreq

По UART команде "C9" рассчитанные значения могут быть сохранены во flash памяти.

7.6.3 Файл Parameter.h

Все конфигурационные настройки выполняются в файле parameter.h:

  • Установка уровня выходного импульса
  • Коэффициенты по напряжению и току
  • Параметры настройки модуля ESP430CE1

#defines для withUARTComm, withCalibration, withDisplay позволяют изменять код для различных функций и размеров. Включение одной из этих двух частей увеличит размер кода.

Конструкция выполнена только на одной микросхеме К561ИЕ16. Так как, для его правильной работы нужен внешний генератор тактовых импульсов, то в нашем случае мы его заменим простым мигающим светодиодом. Как только подадим напряжение питание на схему таймера, емкость С1 начнет заряжаться через резистор R2 поэтому на выводе 11 кратковременно появится логическая единица, сбрасывающая счетчик. Транзистор, подсоединенный к выходу счетчика, откроется и включит реле, которое через свои контакты подключит нагрузку.


Здесь используется второй триггер микросхемы К561ТМ2, который в первой схеме не задействован. Он включается последовательно первому триггеру образуя двухразрядный двоичный счетчик, отличающийся от «типового» только наличием цепи задержки R3-C2 в первом триггерном звене. Теперь состояние выходов триггеров будет меняться соответственно двоичному коду. При включении питания оба триггера устанавливаются в нулевое состояние, чтобы это происходило вход R второго триггера соединен с таким же входом первого. Теперь цепь C1-R2 действует на оба триггера, обнуляя их при подаче питания. С первым нажатием кнопки в единичное состояние устанавливается триггер D1.1, -включается лампа Н1.

Первый из описываемых далее счетчиков представляет собой генератор случайного числа. Его можно использовать для определения очередности ходов в различных игровых ситуациях, в качестве лототрона и др. В генераторе используются интегральные схемы серии К155. На элементах DD1.1 -DD1.4 интегральной схемы К155ЛН1 собран генератор прямоугольных импульсов с рабочей частотой порядка нескольких килогерц.


При нажатии на тумблер SB1 замыкаются контакты кнопки и импульсы с выхода генератора следуют на вход первого из 4 последовательно соединенных JK- триггеров. Их входы включены так, что JK-триггеры по сути работают в счетном режиме. Вход каждого триггера соединен с инверсным выходом предыдущего, поэтому все они переключаются с достаточно приличной частотой, в соответствие с ней вспыхивают и светодиоды HL1...HL4.

Этот процесс идет до тех пор, пока нажата SB1. Но как только ее отпускают, как все триггеры окажуться в каком-то устойчивом состоянии. При этом будут гореть только те светодиоды, которые подсоединены к выходам триггеров которые окажуться в нулевом состоянии 0.

Каждому светодиоду задается свой числовой эквивалент. Поэтому для определения выпавшей комбинации необходимо просуммировать числовые значения горящих светодиодов.

Схема генератора случайного числа настолько проста, что не требует никакой наладки и начинает работать сразу с подачей питания. Вместо JK-триггеров в конструкции можно применить двоичный счетчик К155ИЕ5.

Автомат обладает двумя идентичными каналами, каждый из которых содержит тактовый генератор на элементах DD1.1 -DD1.4 (DD2.1 - DD2.4), четырех разрядный двоичный счетчик DD3, DD5 (DD4, DD6), схемы управления на DD8.1, DD8.2 (DD8.3, DD8.4), узлы индикации DD10.1 (DD10.2).


Объединяет оба канала модуль контроля (DD7), реализующих формулу «исключающее ИЛИ». Логика работы DD7 очень проста: если на вход элемента приходят два одинаковых логических уровня, то на его выходе формируется уровень логического 0, иначе 1.

В момент включения питания и нажатия на кнопку «Сброс» (SB1) триггеры DD3...DD6 переключаются в единичное состояние и светодиоды тухнут. Параллельно на выходах DD8.1 и DD8.3 формируется логическая 1, разрешающая запуск тактовых генераторов. Импульсы с их выходов, следуют на триггеры и провоцируют их синхронное переключение. Вспыхивают и соответствующие светодиоды. Скоростью переключения последних можно упровлять сопротивлениями R1 и R2, расположенными в пультах игроков.

Если играющий, считая, что состояния светодиодов обоих каналов равнозначны, нажимает на кнопку SB2. Тогда на выходе элемента DD8 формируется логический ноль, запирающий генераторы и фиксирующий состояния триггеров. Уровень единицы, формируется на выходе DD8.2 и блокирует переключение триггера на DD8.3, DD8.4 и разрешая работу индикации. Благодаря этому можно выяснить, кто из двух играющих быстрее нажмет на кнопку.

Логические уровни с инверсных выходов триггеров следуют на узел контроля DD7.1 - DD7.4, где происходит сравнение. Если они равнозначны, то на выходах элементов узла контроля появляется уровень логического нуля.

Инвертируясь DD9.1- DD9.4, он вызывает возникновение высокого уровня на выходе схемы ИЛИ (VD1-VD4). Таким образом, обе единицы одновременно будут только на входе DD10.1. На его выходе формируется логический ноль и начинает гореть светодиод HL9 фиксирующей победу игрока, нажавшего на кнопку SB2.

Если при нажатии SB2 логические уровни были разными, то на выходе схемы ИЛИ формируется уровень нуля. При этом единичный уровень поступает только на вход DD10.2, и зажигание соответствуюшего светодиода фиксирующего победу другого игрока.

Аналогично схема будет вести себя и в случае если первой нажать кнопку SB3. Время переключения DD8.1 - DD8.4 достаточно низкое поэтому вероятность сбоя почти исключена.

Схема имеет узел автоматического отключения питания через полчаса, но при желании его можно отсоединить и раньше, коснувшись пальцем сенсора.

Для сборки конструкции необходимо семь транзисторов и три ИМС: К155ЛАЗ, и К155ИЕ8.

Приставка состоит из узла звукового сигнализатора на VT1, VT2 и DD1 - DD3 и узла коммутации питания на VT3-VT7.


Схема звукового сигнализатора состоитиз тактовый генератор на DD1.1, DD1.2 и VT1. Он генерирует прямоугольные импульсы с частотой следования около 1 Гц.

После включения питания тактовый генератор начинает посылать тактирующие импульсы, а импульс сброса, формируемый цепью R4, С2, сбрасывает счетчик и триггер, управляющий коэффициентом деления.

Уровень логической единицы, идет с шестого выхода триггера DD3.1, и блокирует диод VD1, включая тональный генератор на DD1.4 и транзисторе VT2. Параллельно импульсы, следуют на десятый вход элемента DD1.4 с тактового генератора частотой один Гц, включая и в отключая тональный генератор, формирующий прерывистый звуковой сигнал.

Кроме того уровень логической 1, идущий с выхода 6 триггера, задает коэффициент деления счетчика равный шестнадцати. После поступления на вход счетчика 17-го импульса на выходе шесть DD2 формируется положительный импульс, переключающий DD3.1 в единичное состояние. С выхода 6 низкий уровень этого триггера блокирует работу тонального генератора и устанавливает коэффициент деления счетчика 64. После прихода следующих 64 импульсов на выходе счетчика генерируется положительный импульс, переключающий триггер DD3.1 в нулевое состояние. Выходной сигнал триггера разрешает работу тонального генератора и устанавливает коэффициент деления равный шестнадцати. Таким образом, приставка через каждые 64 секунды генерирует прерывистый тональный звуковой сигнал длительностью 16 секунд. В таком режиме приставка может работать до выключения питания.

Питание схемы звуковой сигнализации происходит через «электронный выключатель» и устройство автоматической коммутации питания, на транзисторах VT3-VT7. Кроме того этот модуль, ограничивает ток, потребления приставки в дежурном режиме на уровне микроампер, что позволяет не использовать в конструкции механический выключатель питания.

Для включения приставки кратковременно замыкаем точки А и Б. При этом на базу VT3 через сопротивление R9 идет положительный потенциал напряжения и составной транзистор образованный на VT4-VT5 отпирается, обеспечивая ток делителя напряжения на резисторах R10, R11. Падение напряжения на R10 и участке коллектор - эмиттер VT5 отпирает составной транзистор VT6- VT7.

Напряжение питания через VT7 проходит на узел звуковой сигнализации. Параллельно через R6, R7 и участок коллектор - эмиттер VT3 заряжается емкость С4. За счет падения напряжения в цепи заряда емкости составной транзистор VT4-VT5 поддерживается открытым, обеспечивая работу составного транзистора VT6-VT7.

По мере заряда емкости С4 потенциал в точке R6, VD2, С4, R7 падает и при определенной величине составной транзистор VT4- VT5 запирается, заним и закрывается VT6-VT7, отключая цепь питания звуковой сигнализации.

Емкость С4 быстро разряжается и приставка переходит в спящий режим. Время работы задается сопротивлением R6 и емкостью С4 и для указанных номиналов время составляет 30 мин. Можно отключить питание и вручную, коснувшись сенсорных контактов E1, Е2.

Отрицательный потенциал напряжения через сопротивление поверхности кожи и R8 попадает на базу транзистора VT3, отпирая его. Напряжение на коллекторе резко падает и запирает составной транзистор VT4-VT5, который закрывает VT6, VT7.

Счётчик на микроконтроллере довольно прост для повторения и собран на популярном МК PIC16F628A с выводом индикации на 4 семисегментных светодиодных индикатора. Счётчик имеет два входа управления: «+1» и «-1», а также кнопку «Reset». Управление схемой нового счётчика реализовано таким образом, что как бы долго или коротко не была нажата кнопка входа, счёт продолжится только при её отпускании и очередном нажатии. Максимальное количество поступивших импульсов и соответственно показания АЛС - 9999. При управлении на входе «-1» счёт ведётся в обратном порядке до значения 0000. Показания счётчика сохраняются в памяти контроллера и при отключении питания, что сохранит данные при случайных перебоях питающего напряжения сети.

Принципиальная схема реверсивного счётчика на микроконтроллере PIC16F628A:

Сброс показаний счётчика и одновременно состояния памяти в 0, осуществляется кнопкой «Reset». Следует помнить, что при первом включении реверсивного счётчика на микроконтроллере, на индикаторе АЛС может высветиться непредсказуемая информация. Но при первом же нажатии на любую из кнопок информация нормализируется. Где и как можно использовать эту схему - зависит от конкретных нужд, например установить в магазин или офис для подсчёта посетителей или как индикатор намоточного станка. В общем думаю, что этот счётчик на микроконтроллере кому-нибудь принесёт пользу.

Если у кого-то под рукой не окажется нужного индикатора АЛС, а будет какой-нибудь другой (или даже 4 отдельных одинаковых индикатора), я готов помочь перерисовать печатку и переделать прошивку. В архиве на форуме схема, плата и прошивки под индикаторы с общим анодом и общим катодом. Печатная плата показана на рисунке ниже:

Имеется также новая версия прошивки для счётчика на микроконтроллере PIC16F628A. при этом схема и плата счётчика остались прежними, но поменялось назначение кнопок: кнопка 1 - вход импульсов (например, от геркона), 2 кнопка включает счёт на вычитание входных импульсов, при этом на индикаторе светится самая левая точка, 3 кнопка - сложение импульсов - светится самая правая точка. Кнопка 4 - сброс. В таком варианте схему счётчика на микроконтроллере можно легко применить на намоточном станке. Только перед намоткой или отмоткой витков нужно сначала нажать кнопку "+" или "-". Питается счётчик от стабилизированного источника напряжением 5В и током 50мА. При необходимости можно питать от батареек. Корпус зависит от ваших вкусов и возможностей. Схему предоставил - Samopalkin

Все знают для чего существует микрокалькулятор,но оказывается кроме математических вычислений он способен и на многое другое. Обратите внимание, если нажать кнопку «1», затем «+» и далее нажимать «=», то с каждым нажатием на кнопку «=» число на дисплее будет увеличиваться на единицу. Чем не цифровой счетчик?

Если к кнопке «=» подпаять два проводка, их можно будет использовать как вход счетчика, например, счетчика витков для намоточного станка. И ведь, счетчик может быть и реверсивным, для этого нужно сначала набрать на дисплее число, например, число витков катушки, а затем нажать кнопку « - », и кнопку «1». Теперь при каждом нажатии на «=» число будет уменьшаться на единицу.

Однако, нужен датчик. Самый простой вариант, - геркон (рис.1). Геркон проводами подключаем параллельно кнопке «=», сам геркон стоит на неподвижной части намоточного станка, а магнит закрепим на подвижной, так что бы за один оборот катушки магнит один раз проходил возле геркона, вызывая его замыкание.

Вот и все. Нужно намотать катушку, делаем «1+» и далее с каждым оборотом, то есть, с каждым витком показания дисплея будут увеличиваться на единицу. Нужно отмотать катушку, - набираем на дисплее микрокалькулятора число витков катушки, и делаем «-1», далее с каждым оборотом размотки катушки показания дисплея будут уменьшаться на единицу.

Рис.1. Схема подключения геркона к калькулятору.

А, предположим, нужно измерить большое расстояние, например, длину дороги, размер земельного участка, длину маршрута. Берем обычный велосипед. Правильно, - на вилке крепим неметаллический кронштейн с герконом, а магнит закрепляем на одной из спиц велосипедного колеса. Затем, измеряем длину окружности колеса, и выраженную её в метрах, например, получилась длина окружности колеса 1,45 метра, так и набираем «1,45+», после чего с каждым оборотом колеса показания дисплея будут увеличиваться на 1,45 метра, и в результате на дисплее будет видно пройденное велосипедом расстояние в метрах.

Если есть неисправный китайский кварцевый будильник (обычно механизм у них очень не долговечный, а вот электронная плата весьма надежна), можно взять от него плату и по схеме показанной на рисунке 2 сделать из неё и калькулятора секундомер.

Питание на плату будильника поступает через параметрический стабилизатор на светодиоде HL1 (светодиод должен быть с прямым напряжением 1,4-1,7V, например, красный АЛ307) и резисторе R2.

Импульсы формируются из импульсов управления шаговым двигателем часового механизма (катушки должны быть отключены, плата используется самостоятельно). Эти импульсы через диоды VD1 и VD2 поступают на базу транзистора VТ1. Напряжение питания платы будильника всего 1,6V, при этом уровни импульсов на выходах для шагового двигателя еще ниже.

Чтобы схема нормально работала, необходимы диоды с низким уровнем прямого напряжения, такие как ВАТ85, или германиевые.

Эти импульсы поступают на транзисторный ключ на VТ1 и VТ2. В коллекторной цепи VТ2 включена обмотка маломощного реле К1, контакты которого подключены параллельно кнопке «=» микрокалькулятора. Когда есть питание +5V контакты реле К1 будут замыкаться с частотой 1 Гц.

Чтобы запустить секундомер нужно предварительно сделать действие «1+», затем выключателем S1 включить питание схемы формирователя импульсов. Теперь с каждой секундой показания дисплея будут увеличиваться на единицу.

Чтобы остановить счет достаточно выключить питание формирователя импульсов выключателем S1.

Чтобы был счет на уменьшение, нужно сначала набрать на дисплее микрокалькулятора исходное число секунд, а потом сделать действие «-1» и включить питание формирователя импульсов выключателем S1. Теперь с каждой секундой показания дисплея будут убывать на единицу, и по ним можно будет судить, сколько времени осталось до некоторого события.

Рис.2. Схема превращения китайского бодульника в секундомер.

Рис.3. Схема счетчика пересечений ИК-луча с применением калькулятора.

Если использовать инфракрасный фотодатчик, работающий на пересечение луча, можно приспособить микрокалькулятор считать какие-то предметы, например, коробки, перемещающиеся по транспортерной ленте, либо, установив датчик в проходе, считать входящих в помещение людей.

Принципиальная схема ИК-датчика отражения для работы с микрокалькулятором показана на рисунке 3.

Генератор ИК-сигнала выполнен на микросхеме А1 типа «555» (интегральный таймер) Он представляет собой генератор импульсов частотой 38 кГц, на выходе которого включен через ключ инфракрасный светодиод. Частота генерации зависит от цепи C1-R1, при налаживании подбором резистора R1 нужно установить на выходе микросхемы (вывод 3) частоту близкую к 38 кГц. Светодиод HL1 помещают с одной стороны прохода, надев на него непрозрачную трубку, которая должна быть точно направлена на фотоприемник.

Фотоприемник выполнен на микросхеме HF1 - это стандартный интегральный фотоприемник типа TSOP4838 для систем дистанционного управления телевизоров и другой домашней техники. Когда на этот фотоприемник попадает луч от HL1, на его выходе - ноль. При отсутствии луча -единица.

Таким образом, между HL1 и HF1 ничего нет - контакты реле К1 разомкнуты, а в момент прохождения какого-либо объекта - контакты реле замыкаются. Если на микрокалькуляторе сделать действие «1+», то с каждым прохождением объекта между HL1 и HF1 показания дисплея микрокалькулятора будут увеличиваться на единицу, и по ним можно будет судить, сколько коробок отгружено или сколько человек вошло.

Крюков М.Б. РК-2016-01.



Поделиться:

Похожие статьи