Что же мы такое изобретаем :-)
Jun. 22nd, 2014 08:55 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
slava68Порой требуется выяснить причину происхождения непериодических событий, которые возникают в случае взаимодействия нескольких действующих факторов одновременно. Эти воздействия могут быть не только электрической природы, но и изотермические-изобарические процессы в атмосфере, а так же механическое и/или геологическое воздействие. События могут иметь, как чрезвычайно кратковременный характер, например, разряд молнии, так и растянутый по времени и сочетающий в себе несколько факторов - например, выпадение росы внутри радиоаппаратуры зависит не только от снижения температуры в данной точке, но и от абсолютной влажности воздуха в этом месте. Например, на берегу реки может произойти, а на вершине холма при той же температуре - нет.
Для того, чтобы на этапе разработки исключить вредное влияние подобных помех при конструировании радиоприёмных-радиопередающих систем связи в типовых условиях эксплуатации, хорошо было бы иметь некое подобие "черного ящика", в который записываются все основные параметры работы исследуемого изделия. Далее, при обработке полученных данных на компьютере, можно будет сопоставить на единой временной шкале причины и следствия различных влияющих факторов.
На первом этапе разработки мы ставим себе задачу измерять 8 каналов с различными параметрами:
- температура с точность 0,0625 градуса Цельсия. Неограниченное количество индивидуально адресуемых датчиков температуры DS18b20 (любое количество точек измерения температуры). Датчики подключаются параллельно по двухпроводному интерфейсу OneWire. Данные, с указанием номера датчика, от которого они получены, отображаются на встроенном семисегментном индикаторе с указанием канала измерения, передаются на компьютер через USB (эмуляция COM-порта) для последующей обработки с помощью специальной программы, записываются на встроенную SD-карту в формате: "номер канала, номер датчика, показания датчика, время измерения". Время отсчитывается в миллисекундах от начала работы прибора, но в ближайшей модификации будет установлена микросхема "часы реального времени".
- измерение напряжения питания в диапазоне 0..+5 вольт с точностью 0.0049 вольта. Для этого используется штатный быстродействующий аналого-цифровой преобразователь микропроцессора. Используя внешние делители напряжения и соответственно цепи защиты от перенапряжения можно регистрировать изменение напряжения питания исследуемого прибора в расширенном диапазоне значений х10, х100, х1000 вольт, но и соответственно с пропорциональным уменьшением точности измерения. Измеренные значения, после математического преобразования с целью устранения влияния помех питания нашего измерительного устройства, отображаются на семисегментном индикаторе с указанием канала измерения, пересылаются в компьютер и записываются на SD-карту в формате: "номер канала измерения, значение напряжения, время проведения измерения"
- контроль механического воздействия (перемещения). Алгоритм основан на контроле за непрерывностью лазерного луча. Луч может быть настроен так, что любое, самое маленькое перемещение нарушит связь между источником и приёмником светового сигнала, а это сгенерирует сигнал аварии, который будет отображён и записан на все устройства взаимодействия с оператором с указанием точного времени события. Для того, чтобы яркий или солнечный свет не вносил погрешность в измерения, сигнал лазера сделан модулированным частотой ~500кГц, и сигнал аварии подаётся только при потере частоты на приёмном устройстве. Время реакции системы на пропадание частотного сигнала ~15 миллисекунд. В условиях низкой освещённости для экономии энергии и продления ресурса лазерного излучателя мощность лазера снижается до минимума, при котором обеспечивается надёжный приём фотоприёмником.
- наблюдение за высокочастотными помехами питающей цепи или обнаружение присутствия кратковременных импульсов длительностью до 1/16000000 секунды. Минимальная длительность обнаруживаемого импульса будет определяться ёмкостью цепи измерения, и в реальных условиях она будет больше, что всё равно не помешает нам обнаружить наводки в электрических цепях обусловленные, например, разрядом молнии. При активации этого канала измерений, независимо от состояния всех других каналов измерения, контроль состояния электрической цепи, осуществляется с максимальным приоритетом. Написать программу, которая не пропускала бы ни одного импульса, практически невозможно, и в таких задачах использование внешних прерываний позволяет разгрузить процессор от других операций и не пропустить ожидаемый сигнал. При возникновении события измерения - по переднему/заднему фронту импульса срабатывает аппаратное прерывание INT_0, устанавливается флаг события, а потом обрабатывается время события и его отображение и запись в интерфейс оператора.
- измерение частоты/длительности импульса. Порой, точность измерения не так важна, как само измерение наличия/отсутствия сигнала. Этот канал может следить, например, за несущей частотой передатчика или вращением антенны радиолокационной станции. Может измерять сигналы длиной от 10 микросекунд до 3 минут, т.е. от 0.00001Гц до 1МГц - при наличии сигнала выдаёт его параметры, при отсутствии - сигнал аварии.
Полученные значения отображаются на индикаторе, передаются в компьютер и записываются в log-файл на SD-карте.
- измерение уровня фонового шума и резких звуков. Например, выделение из общего фона звуков выстрелов, пролёта реактивного самолёта. Канал измерения автоматически калибруется каждые 10 секунд, и если превышается заранее заданная граница, то записывает "услышанный" звук в виде 32-разрядного сэмпла на карту, а на компьютер и на индикатор передаёт сигнал о совершившемся событии с указанием точного времени. Позже, звук можно воспроизвести и прослушать на компьютере.
- измерение общей освещённости. Иногда, причиной неисправности радиооборудования может стать солнечная инсоляция. В нашей средней полосе солнце облучает землю с мощностью 1,7кВт на квадратный метр. Если при разработке РЭА была допущена ошибка расчёта теплового режима, то именно солнечный свет может стать тем "спусковым крючком", когда оборудование "неожиданно" выйдет из строя. Наш разрабатываемый прибор позволяет своевременно заметить рост температуры внутри РЭА и сопоставить его с воздействием солнечного излучения. Два канала управления внешними устройствами позволяют, либо изменить обороты вентилятора охлаждения, либо принудительно обесточить исследуемое устройство не дожидаясь выхода его из строя.
Одновременно можно следить за достоверностью включения световой индикации РЭА в тёмное время суток. Данные измерений отображаются на индикаторе, передаются на компьютер и записываются в log-файл на встроенной SD-карте. Дополнительно для удобства оператора и для экономии энергии в автономном режиме работы яркость отображения информации на светодиодном индикаторе изменяется в зависимости от уровня общей освещённости.
- измерение влажности воздуха. При резком изменении погодных условий, особенно в весенне-осенний период, в аппаратуре связи, функционирующей в условиях не отапливаемых помещений или на улице, возможно образование конденсата, приводящего к нарушениям работы высокочастотных цепей. Правильная диагностика момента образования росы может подсказать причину периодической неисправности или некачественной работы радиопередающего оборудования. Предсказание появления большого количества росы внутри оборудования и своевременное отключение питания может уберечь дорогостоящие приборы от выхода из строя. Используя датчик влажности в этом канале измерения, мы протоколируем данные, передавая их на компьютер, записывая в log-файл на карточку, и отображаем на индикаторе для считывания оператором.
- два канала управления внешними устройствами. Один - по типу "сухой контакт", может управлять внешним реле (включить/выключить), второй канал - сильноточный, напряжением 0/+5 вольт использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления внешними устройствами, работающими на постоянном токе, например, может регулировать обороты вентилятора или управлять шаговым двигателем. Любой из каналов управления (или оба) могут быть логически привязаны не только к одному или группе каналов измерения, но и/или к результатам вычисления взаимодействия данных различных каналов измерения.
Концепция развития проекта.
Пилотный проект изготавливается на популярной платформе ARDUINO, центром которой является микроконтроллер ATmega328. Платформа выбрана из соображений большой распространённости и низкой стоимости различных периферийных модулей расширения для неё. Это позволяет на порядок снизить время от появления "идеи" до воплощения в "реальном железе", и если идея оказалась удачной и востребованной, то разработку очень легко портировать на промышленные контроллеры различного исполнения, основанные на этом же поколении микропроцессоров AVR. В нашем случае планируется добавить модуль беспроводной связи Wi-Fi, модуль передачи данных GSM для удаленного мониторинга и управления измерительным прибором.
После окончательного определения необходимого функционального состава программно-аппаратного комплекса возможно изготовление самостоятельной печатной платы с микроконтроллером или использование готового решения промышленного контроллера, например, для взрывозащищенного, глубоководного и даже космического исполнения.
Ну, типа, всё :-) кто прочитал, тот молодец :-)
Для того, чтобы на этапе разработки исключить вредное влияние подобных помех при конструировании радиоприёмных-радиопередающих систем связи в типовых условиях эксплуатации, хорошо было бы иметь некое подобие "черного ящика", в который записываются все основные параметры работы исследуемого изделия. Далее, при обработке полученных данных на компьютере, можно будет сопоставить на единой временной шкале причины и следствия различных влияющих факторов.
На первом этапе разработки мы ставим себе задачу измерять 8 каналов с различными параметрами:
- температура с точность 0,0625 градуса Цельсия. Неограниченное количество индивидуально адресуемых датчиков температуры DS18b20 (любое количество точек измерения температуры). Датчики подключаются параллельно по двухпроводному интерфейсу OneWire. Данные, с указанием номера датчика, от которого они получены, отображаются на встроенном семисегментном индикаторе с указанием канала измерения, передаются на компьютер через USB (эмуляция COM-порта) для последующей обработки с помощью специальной программы, записываются на встроенную SD-карту в формате: "номер канала, номер датчика, показания датчика, время измерения". Время отсчитывается в миллисекундах от начала работы прибора, но в ближайшей модификации будет установлена микросхема "часы реального времени".
- измерение напряжения питания в диапазоне 0..+5 вольт с точностью 0.0049 вольта. Для этого используется штатный быстродействующий аналого-цифровой преобразователь микропроцессора. Используя внешние делители напряжения и соответственно цепи защиты от перенапряжения можно регистрировать изменение напряжения питания исследуемого прибора в расширенном диапазоне значений х10, х100, х1000 вольт, но и соответственно с пропорциональным уменьшением точности измерения. Измеренные значения, после математического преобразования с целью устранения влияния помех питания нашего измерительного устройства, отображаются на семисегментном индикаторе с указанием канала измерения, пересылаются в компьютер и записываются на SD-карту в формате: "номер канала измерения, значение напряжения, время проведения измерения"
- контроль механического воздействия (перемещения). Алгоритм основан на контроле за непрерывностью лазерного луча. Луч может быть настроен так, что любое, самое маленькое перемещение нарушит связь между источником и приёмником светового сигнала, а это сгенерирует сигнал аварии, который будет отображён и записан на все устройства взаимодействия с оператором с указанием точного времени события. Для того, чтобы яркий или солнечный свет не вносил погрешность в измерения, сигнал лазера сделан модулированным частотой ~500кГц, и сигнал аварии подаётся только при потере частоты на приёмном устройстве. Время реакции системы на пропадание частотного сигнала ~15 миллисекунд. В условиях низкой освещённости для экономии энергии и продления ресурса лазерного излучателя мощность лазера снижается до минимума, при котором обеспечивается надёжный приём фотоприёмником.
- наблюдение за высокочастотными помехами питающей цепи или обнаружение присутствия кратковременных импульсов длительностью до 1/16000000 секунды. Минимальная длительность обнаруживаемого импульса будет определяться ёмкостью цепи измерения, и в реальных условиях она будет больше, что всё равно не помешает нам обнаружить наводки в электрических цепях обусловленные, например, разрядом молнии. При активации этого канала измерений, независимо от состояния всех других каналов измерения, контроль состояния электрической цепи, осуществляется с максимальным приоритетом. Написать программу, которая не пропускала бы ни одного импульса, практически невозможно, и в таких задачах использование внешних прерываний позволяет разгрузить процессор от других операций и не пропустить ожидаемый сигнал. При возникновении события измерения - по переднему/заднему фронту импульса срабатывает аппаратное прерывание INT_0, устанавливается флаг события, а потом обрабатывается время события и его отображение и запись в интерфейс оператора.
- измерение частоты/длительности импульса. Порой, точность измерения не так важна, как само измерение наличия/отсутствия сигнала. Этот канал может следить, например, за несущей частотой передатчика или вращением антенны радиолокационной станции. Может измерять сигналы длиной от 10 микросекунд до 3 минут, т.е. от 0.00001Гц до 1МГц - при наличии сигнала выдаёт его параметры, при отсутствии - сигнал аварии.
Полученные значения отображаются на индикаторе, передаются в компьютер и записываются в log-файл на SD-карте.
- измерение уровня фонового шума и резких звуков. Например, выделение из общего фона звуков выстрелов, пролёта реактивного самолёта. Канал измерения автоматически калибруется каждые 10 секунд, и если превышается заранее заданная граница, то записывает "услышанный" звук в виде 32-разрядного сэмпла на карту, а на компьютер и на индикатор передаёт сигнал о совершившемся событии с указанием точного времени. Позже, звук можно воспроизвести и прослушать на компьютере.
- измерение общей освещённости. Иногда, причиной неисправности радиооборудования может стать солнечная инсоляция. В нашей средней полосе солнце облучает землю с мощностью 1,7кВт на квадратный метр. Если при разработке РЭА была допущена ошибка расчёта теплового режима, то именно солнечный свет может стать тем "спусковым крючком", когда оборудование "неожиданно" выйдет из строя. Наш разрабатываемый прибор позволяет своевременно заметить рост температуры внутри РЭА и сопоставить его с воздействием солнечного излучения. Два канала управления внешними устройствами позволяют, либо изменить обороты вентилятора охлаждения, либо принудительно обесточить исследуемое устройство не дожидаясь выхода его из строя.
Одновременно можно следить за достоверностью включения световой индикации РЭА в тёмное время суток. Данные измерений отображаются на индикаторе, передаются на компьютер и записываются в log-файл на встроенной SD-карте. Дополнительно для удобства оператора и для экономии энергии в автономном режиме работы яркость отображения информации на светодиодном индикаторе изменяется в зависимости от уровня общей освещённости.
- измерение влажности воздуха. При резком изменении погодных условий, особенно в весенне-осенний период, в аппаратуре связи, функционирующей в условиях не отапливаемых помещений или на улице, возможно образование конденсата, приводящего к нарушениям работы высокочастотных цепей. Правильная диагностика момента образования росы может подсказать причину периодической неисправности или некачественной работы радиопередающего оборудования. Предсказание появления большого количества росы внутри оборудования и своевременное отключение питания может уберечь дорогостоящие приборы от выхода из строя. Используя датчик влажности в этом канале измерения, мы протоколируем данные, передавая их на компьютер, записывая в log-файл на карточку, и отображаем на индикаторе для считывания оператором.
- два канала управления внешними устройствами. Один - по типу "сухой контакт", может управлять внешним реле (включить/выключить), второй канал - сильноточный, напряжением 0/+5 вольт использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления внешними устройствами, работающими на постоянном токе, например, может регулировать обороты вентилятора или управлять шаговым двигателем. Любой из каналов управления (или оба) могут быть логически привязаны не только к одному или группе каналов измерения, но и/или к результатам вычисления взаимодействия данных различных каналов измерения.
Концепция развития проекта.
Пилотный проект изготавливается на популярной платформе ARDUINO, центром которой является микроконтроллер ATmega328. Платформа выбрана из соображений большой распространённости и низкой стоимости различных периферийных модулей расширения для неё. Это позволяет на порядок снизить время от появления "идеи" до воплощения в "реальном железе", и если идея оказалась удачной и востребованной, то разработку очень легко портировать на промышленные контроллеры различного исполнения, основанные на этом же поколении микропроцессоров AVR. В нашем случае планируется добавить модуль беспроводной связи Wi-Fi, модуль передачи данных GSM для удаленного мониторинга и управления измерительным прибором.
После окончательного определения необходимого функционального состава программно-аппаратного комплекса возможно изготовление самостоятельной печатной платы с микроконтроллером или использование готового решения промышленного контроллера, например, для взрывозащищенного, глубоководного и даже космического исполнения.
Ну, типа, всё :-) кто прочитал, тот молодец :-)
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2014-06-22 07:00 pm (UTC)no subject
Date: 2014-06-22 09:01 pm (UTC)