Controle por computador de mecanismos de equipamentos de medição. Esquema, descrição

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Controle computacional de mecanismos de equipamentos de medição. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Um dispositivo de hardware-software para controle de motores de passo, projetado para fornecer medições dos parâmetros de equipamentos eletroacústicos usando ferramentas de software do complexo de medição.

Ao medir as características espaciais (padrões de radiação de construção) de transdutores acustoelétricos e eletroacústicos usando o complexo de medição de computador em tempo real descrito anteriormente [1], é necessário posicionar remotamente com precisão o ângulo do receptor e emissor acústico. Esta tarefa é resolvida de forma mais eficaz com a ajuda de motores de passo. A vantagem dos motores de passo é que eles permitem converter um sinal de controle elétrico em um movimento angular do rotor fixando-o em uma determinada posição sem nenhum dispositivo de feedback. Esta circunstância simplifica muito o projeto das respectivas unidades e a configuração de medição como um todo.

O dispositivo hardware-software proposto é projetado para controle interativo, independente e simultâneo de dois motores de passo. O dispositivo permite definir de forma digital a magnitude e o sentido de rotação dos rotores dos motores de passo. A principal área de aplicação é o controle de unidades mecânicas de equipamentos de medição e instalações experimentais.

O dispositivo consiste em uma unidade de interface de hardware e um programa de controle de computador original. A velocidade máxima de rotação dos rotores do motor é de 100 passos por segundo. A unidade de interface de hardware é conectada ao computador por meio de uma porta de interface paralela padrão (impressora). O programa de controle foi projetado para funcionar no sistema operacional Windows 95/98/Me/NT/2000/2003/XR e tem um tamanho de apenas 320 KB. Deve-se notar que são necessários direitos de administrador para executar o programa no Windows NT/2000/2003/XP.

A unidade de interface é projetada com a maior simplicidade possível nos componentes domésticos mais baratos e comuns. Isso torna possível repeti-lo. Para simplificar o dispositivo, todo o algoritmo de controle é implementado em software. Apenas as funções de correspondência elétrica do computador e do mecanismo são atribuídas ao hardware.

Controle por computador de mecanismos de equipamentos de medição
Fig. 1

O diagrama da interface de hardware entre motores de passo e um computador é mostrado na Fig. 1. O chip DD1 executa simultaneamente as funções de memória buffer e pré-amplificador. O registro das informações fornecidas pela porta paralela do computador [2] ao registrador de armazenamento do microcircuito DD1 é realizado por um pulso negativo gerado por software na entrada CS1 (pino 1). A amplificação final do sinal para alimentação ao enrolamento de controle do motor de passo é realizada por um nó nos transistores 1VT1 e 1VT2 (apenas um dos oito é mostrado no diagrama de circuito, destacado por uma linha pontilhada; os sete restantes estão conectados, respectivamente, às saídas Q2-Q8 do registro DD1). Este esquema de conexão permite que todos os transistores potentes sejam colocados em um dissipador de calor comum sem o uso de isolamento elétrico adicional de seus invólucros, geralmente conectados ao coletor do transistor. Isto torna possível simplificar significativamente o projeto mecânico da unidade de interface. Na ausência de ventilação forçada, a área do dissipador de calor deve ser de aproximadamente 50 cm2 para cada um dos oito poderosos transistores de saída.

O diodo 1VD1 desempenha as funções de amortecimento de oscilações parasitas que ocorrem ao comutar a corrente no enrolamento de controle de um motor de passo.

Esta unidade de interface é projetada para trabalhar com motores de passo de quatro fases DSHI200-3(1) com um passo nominal de 1,8±0,05° (o passo é indicado sem o uso de redutor). Outros motores podem ser usados; para trabalhar com trifásico no programa de controle, é fornecido um interruptor correspondente. A ativação e desativação alternada dos enrolamentos do motor, necessária para sua rotação, é realizada por software. Os diagramas de comutação dos enrolamentos são selecionados ao configurar o programa com base no tipo de motor e nos requisitos para o modo de operação. Os pulsos de tensão são aplicados alternadamente a enrolamentos de um único estator ou a seus pares adjacentes com um deslocamento de um durante cada etapa. Esses modos são selecionados na janela de configurações do programa e são designados "1-1-1-1" e "2-2-2-2", respectivamente. No segundo caso, o torque e os torques de retenção do motor aumentam (pelo menos para DShI200), mas a potência consumida pelo dispositivo e o aquecimento dos motores elétricos aumentam proporcionalmente.

O menu principal do programa é chamado pressionando o botão direito do mouse no título da janela do programa. A janela de configurações do programa é aberta pelo item de menu "Configurações do motor".

Existem dois modos de parada do motor comutáveis no programa de controle do motor. Na primeira variante, a tensão é removida dos enrolamentos do motor após um intervalo de tempo definido (0...99 s) após a parada. Isso facilita muito o regime térmico do motor elétrico e da unidade de interface, mas pode levar posteriormente ao movimento espontâneo do mecanismo associado ao rotor. No segundo modo, após a parada, a tensão do enrolamento do motor não é removida - este é o chamado modo de fixação. Este modo pode levar ao aquecimento excessivo do motor elétrico, mas depois de parar, garante uma imobilidade confiável do rotor e do dispositivo mecânico associado a ele. O modo de parada do motor necessário é selecionado com base nas condições do problema. Por exemplo, se uma engrenagem helicoidal for usada para transmitir rotação, a imobilidade do dispositivo em repouso, como regra, será garantida mesmo sem fixação eletromagnética do rotor do motor de passo. Esses modos são selecionados na janela de configurações do programa com o botão Auto Release.

O programa prevê a introdução de fatores de escala (Taxa na janela de configurações) e o deslocamento inicial separadamente para cada um dos motores elétricos. Isso permite definir e exibir na tela do computador os valores reais dos parâmetros ajustáveis dos dispositivos conectados mecanicamente aos motores de passo. Por exemplo, o ângulo de rotação diretamente em graus ou o deslocamento em milímetros. Para definir o deslocamento inicial necessário, mova o dispositivo mecânico para a posição desejada usando um motor de passo ou de outra forma (por exemplo, manualmente). Então você precisa entrar no modo de calibração pressionando o botão apropriado (ponto de exclamação em um triângulo) no painel de controle. A cor do indicador de movimento digital ficará vermelha. Depois disso, você deve definir o valor verdadeiro do parâmetro correspondente no indicador de deslocamento e pressionar o botão "Calibração" novamente, depois fechar a janela. Os fatores de escala são determinados com base no projeto (levando em consideração a possível presença de uma caixa de engrenagens) do dispositivo em manutenção e o passo nominal do motor elétrico.

A janela de configurações oferece a capacidade de editar o nome e a dimensão dos parâmetros de dispositivos específicos regulados por motores de passo exibidos no programa.

Existem dois fluxos de comando independentes no programa de controle do mecanismo: o fluxo de entrada do comando de controle e o fluxo de saída de dados para a unidade de interface de hardware. No fluxo de entrada, a posição dos rotores do motor é definida e exibida em unidades reduzidas aos valores reais dos parâmetros dos dispositivos conectados mecanicamente. No fluxo de saída, a posição real (atual) dos rotores do motor é continuamente comparada com o valor necessário e uma ação é emitida na unidade de interface para evitar uma possível incompatibilidade. Esta construção do programa de controle permite definir um novo valor para o ângulo de rotação dos rotores do motor, independentemente de o valor inserido anteriormente ter sido atingido ou não. Neste último caso, o rotor do motor continuará a girar (possivelmente mudando de direção) para alcançar a posição recém-definida.

Para inserir e exibir valores numéricos nomeados no programa, é utilizado o elemento original de controle e indicação "Painel Digital". Os valores numéricos são inseridos bit a bit usando o mouse. Coloque o cursor no dígito indicador necessário e defina o valor necessário pressionando o botão esquerdo ou direito do mouse. O botão esquerdo diminui e o botão direito aumenta o número. A transferência para o posto mais alto ocorre automaticamente.

Se você passar o cursor sobre os símbolos de dimensão, pressionando o botão esquerdo ou direito do mouse você poderá diminuir ou aumentar respectivamente o valor do indicador dez vezes. O sinal do número (se estiver mostrado no indicador) é alterado pressionando os botões do mouse da mesma forma. Quando o botão é pressionado por mais de 0,5 s, a ação é repetida automaticamente. Se você afastar o cursor do indicador enquanto o botão do mouse estiver pressionado, a repetição automática continuará independentemente do estado posterior do mouse. Para interromper a repetição automática, mova novamente o cursor sobre o indicador e clique em qualquer botão do mouse; Se você estiver usando um mouse com roda, poderá usá-lo. Girar o volante na direção oposta a você aumenta o valor do número indicador e vice-versa - ao girá-lo em sua direção. O modo de repetição automática em dígitos de ordem inferior permite definir a rotação contínua dos motores de passo a uma velocidade inferior à nominal.

Para o funcionamento do dispositivo, como parte dos sistemas de software, é fornecido o controle externo (de outros programas) da operação dos motores. Os comandos de controle são transmitidos enviando mensagens especiais do sistema operacional Windows contendo parâmetros de programas clientes para o programa servidor que controla diretamente a operação dos mecanismos.

Durante os intervalos entre as sessões de trabalho, o programa salva automaticamente todos os parâmetros definidos e o estado atual no disco rígido do computador para uso posterior.

A unidade de interface de hardware deve ser alimentada por uma fonte de tensão CC com potência suficiente para operar os motores de passo aplicados (pelo menos 70 W para dois motores DShI200-3). É inaceitável usar a fonte de alimentação integrada no computador de controle para evitar mau funcionamento do último. O chip DD1 deve ser alimentado por uma fonte estabilizada, preferencialmente independente da fonte de alimentação de chaves de saída potentes.

A conexão da unidade de hardware com a porta paralela (impressora) do computador é realizada por um cabo de fita não blindado de até 3 m de comprimento com condutores alternados de sinal e "terra". Para cabos mais longos, recomenda-se usar um feixe de fios blindados individuais.

Se o seu computador não tiver uma porta paralela não utilizada, você deverá instalar uma placa adicional. Atualmente, as placas são produzidas em massa, geralmente contendo duas portas paralelas. Eles são feitos para computadores com barramento PCI e para computadores mais antigos com barramento ISA. Essas placas geralmente possuem switches para selecionar endereços de porta base. Por exemplo, na placa TS-020-ER usada pelo autor (para o barramento ISA), cada uma das duas portas paralelas localizadas nela pode ser configurada para os seguintes endereços base: ZVSN, 378Н, 278Н, 27СН, 26СН ou 268Н. O programa de controle permite definir qualquer um dos endereços acima como ativos. O suporte para portas adicionais do BIOS ou do sistema operacional não é necessário para que o programa de controle funcione. Basta escolher a configuração do endereço das portas adicionais de forma a eliminar conflitos com todas as portas já existentes no sistema (não apenas as paralelas).

Controle por computador de mecanismos de equipamentos de medição
Fig. 2

O design geral do dispositivo pode ser arbitrário. O autor fez um protótipo em uma placa de circuito impresso feita de folha de fibra de vidro com espessura de 2 mm. Um desenho de uma placa de circuito impresso e a localização das peças nela são mostrados na fig. 2aB. Os condutores impressos devem ser tão largos quanto possível.

Os dissipadores de calor mais simples para transistores de saída podem ser feitos na forma de duas placas de duralumínio de tamanho 130x50x3 mm; eles são fixados na placa de circuito impresso usando cantos de duralumínio através de orifícios especialmente fornecidos. O design resultante para os dissipadores de calor é fixado na caixa do dispositivo.

Na fig. 3 mostra uma fotografia de uma das variantes deste dispositivo, feita pelo autor. No dissipador de calor com nervuras (à direita), além dos transistores, também são fixados poderosos diodos do retificador da fonte de alimentação (através de espaçadores isolantes de mica). À esquerda estão os capacitores de suavização da fonte de alimentação.

Controle por computador de mecanismos de equipamentos de medição

Os conectores de entrada e saída podem ser fixados em dissipadores de calor ou no gabinete do dispositivo. O conector RPMM1-50SH1-V foi usado como entrada (para conexão a um computador). Dois conectores de saída (um para cada motor) - RG1N-1-5, em cada um dos quais duas saídas adjacentes são conectadas em paralelo para reduzir a carga de corrente. Em geral, pode haver outros conectores com contatos suficientemente potentes. Os contatos do conector são conectados aos condutores correspondentes da placa de circuito impresso com um fio flexível convencional. Para circuitos de saída, a seção transversal dos fios deve ser de pelo menos 1 mm2.

Os transistores KT815 e KT818 podem ser usados com qualquer índice de letras ou outros transistores poderosos da estrutura correspondente podem ser usados. Os diodos da série KD213 podem ser substituídos por KD212 ou outros diodos de pulso potentes. O tipo e a potência dos resistores usados não importam.

Ao invés do registro K589IR12, é possível utilizar o KR580IR82 com a correção da placa de circuito impresso. A numeração dos pinos para esta opção é mostrada na fig. 1 entre parênteses. Deve-se observar que a gravação dos dados fornecidos da porta paralela do computador para o registrador de armazenamento KR580IR82 deve ser realizada de acordo com a borda positiva do pulso na entrada STB (pino 11). Para alterar a polaridade do pulso estroboscópico, o programa fornece uma chave correspondente (item de menu Slope Positive).

O dispositivo descrito não requer nenhum ajuste. É necessário apenas certificar-se de que os enrolamentos dos motores de passo estejam conectados às saídas dos interruptores potentes na ordem correta. Se isso não for fornecido, o rotor do motor, em vez de girar, provavelmente simplesmente vibrará no lugar ou girará em solavancos.

Programas para o dispositivo podem ser baixados por isso.

Literatura

Shmelev O. Complexo de medição de computador. - Rádio, 2007, nº 3-7.
Guk M. Hardware IBM PC. Enciclopédia. - S.-Pb.: "Peter Cohn", 1999, p. 632-635.

Autor: O. Shmelev, Moscou; Publicação: radioradar.net

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