計測機器機構のコンピュータ制御。スキーム、説明

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計測機器の機構をコンピュータで制御します。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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測定複合体のソフトウェアツールを使用して電気音響機器のパラメータの測定を提供するように設計された、ステッピングモーターを制御するためのハードウェア - ソフトウェアデバイス。

前述のリアルタイムコンピュータ測定複合体 [1] を使用して音響電気変換器と電気音響変換器の空間特性 (建物の放射パターン) を測定する場合、音響受信機と放射機の角度を正確に遠隔配置する必要があります。この問題は、ステッピングモーターの助けを借りて最も効果的に解決されます。ステッピングモーターの利点は、電気制御信号をローターの角運動に変換し、フィードバックデバイスなしで特定の位置に固定できることです。この状況により、それぞれのユニットの設計と測定セットアップ全体が大幅に簡素化されます。

提案されたハードウェア-ソフトウェアデバイスは、XNUMXつのステッピングモーターのインタラクティブで独立した同時制御用に設計されています。このデバイスを使用すると、ステッピングモーターのローターの回転の大きさと方向をデジタル形式で設定できます。アプリケーションの主な領域は、測定機器の機械ユニットと実験設備の制御です。

このデバイスは、ハードウェアインターフェイスユニットと独自のコンピュータ制御プログラムで構成されています。モーターローターの最大回転速度は100ステップ/秒です。ハードウェアインターフェイスユニットは、標準のパラレル（プリンタ）インターフェイスポートを介してコンピュータに接続されます。制御プログラムは、Windows 95/98 / Me / NT / 2000/2003 / XRオペレーティングシステムで動作するように設計されており、サイズはわずか320KBです。 Windows NT / 2000/2003 / XPでプログラムを実行するには、管理者権限が必要であることに注意してください。

インターフェースユニットは、最も安価で最も一般的な国内のコンポーネントで可能な限りシンプルに設計されています。これにより、それを繰り返すことが可能になります。デバイスを簡素化するために、制御アルゴリズム全体がソフトウェアに実装されています。コンピューターとエンジンの電気的マッチングの機能のみをハードウェアに割り当てます。

測定機器機構のコンピュータ制御
図。 1

ステッピングモーターとコンピューターのハードウェアインターフェイスのブロック図を図に示します。 1. DD1 チップはバッファメモリとプリアンプの機能を同時に実行します。コンピュータ [2] のパラレルポートから供給される情報は、CS1 入力 (ピン 1) でソフトウェアによって生成される負のパルスによって DD1 マイクロ回路のストレージレジスタに書き込まれます。ステッピングモーターの制御巻線に供給する信号の最終増幅は、トランジスタ 1VT1 と 1VT2 のノードによって実行されます (回路図では 2 つのうちの 8 つだけが一点鎖線で強調表示されています。残りの 1 つはそれぞれ DD50 レジスタの出力 Q2 ～ QXNUMX に接続されます）。このようなスイッチング方式により、通常はトランジスタのコレクタに接続されるケースの追加の電気絶縁を使用せずに、すべての強力なトランジスタを共通のヒートシンク上に配置することができます。これにより、インターフェース部の機械設計を大幅に簡素化することができる。強制換気がない場合、XNUMX つの高出力出力トランジスタのヒートシンク面積はそれぞれ約 XNUMX cmXNUMX でなければなりません。

ダイオード 1VD1 は、ステッピングモーターの制御巻線の電流を切り替えるときに発生する寄生振動を減衰する機能を実行します。

このインターフェイスユニットは、公称ステップ 200±3° の 1 相ステッピングモーター DShI1,8-0,05(1) で動作するように設計されています (ステップはギアボックスを使用せずに示されています)。他のエンジンを使用できます。制御プログラムで三相を操作するために、対応するスイッチが用意されています。モーター巻線の回転に必要な、モーター巻線の交互のオンとオフの切り替えは、ソフトウェアによって実行されます。モーターのタイプと動作モードの要件に基づいてプログラムをセットアップするときに、巻線スイッチング図が選択されます。電圧パルスは、各ステップ中に 1 つのオフセットで、単一のステータ巻線または隣接するペアに交互に適用されます。これらのモードはプログラム設定ウィンドウで選択され、それぞれ「1-1-2-2」および「2-2-200-XNUMX」と指定されます。 XNUMX 番目のケースでは、モーターのトルクと保持トルクが増加しますが (少なくとも DShIXNUMX の場合)、デバイスによって消費される電力と電気モーターの加熱がそれに応じて増加します。

プログラムのメインメニューは、プログラムウィンドウのタイトル上でマウスの右ボタンを押すことによって呼び出されます。プログラム設定ウィンドウは、「モーター設定」メニュー項目で開きます。

モーターコントロールプログラムには、0つの切り替え可能なモーター停止モードがあります。最初の変形では、電圧は、停止後、設定された時間間隔（99 ... XNUMX秒）後にモーター巻線から除去されます。これにより、電気モーターとインターフェースユニットの熱レジームが大幅に促進されますが、後でローターに関連するメカニズムの自発的な動きにつながる可能性があります。 XNUMX番目のモードでは、停止後、モーター巻線からの電圧は除去されません。これは、いわゆる固定モードです。このモードでは、電気モーターが過度に加熱される可能性がありますが、停止後は、ローターとそれに関連する機械装置を確実に固定できます。必要なエンジン停止モードは、問題の状態に基づいて選択されます。たとえば、ウォームギアを使用して回転を伝達する場合、ステッピングモーターのローターを電磁的に固定しなくても、原則として、静止しているデバイスの不動性が保証されます。これらのモードは、プログラム設定ウィンドウの[自動リリース]ボタンで選択します。

このプログラムは、スケール係数 (設定ウィンドウのレート) の導入と、電気モーターごとに個別の初期オフセットを提供します。これにより、ステッピングモーターに機械的に接続されたデバイスの調整可能なパラメーターの実際の値をコンピューター画面に設定して表示できます。たとえば、回転角度を直接度単位で、または動きをミリメートル単位で表します。必要な初期変位を設定するには、ステッピングモーターまたは別の方法 (手動など) を使用して、機械装置を必要な位置に移動します。次に、コントロールパネルの適切なボタン (三角形の感嘆符) を押して、キャリブレーションモードに入る必要があります。デジタルムーブメントインジケータの色が赤に変わります。その後、変位インジケータに対応するパラメータの真の値を設定し、[キャリブレーション] ボタンをもう一度押して、ウィンドウを閉じます。スケーリング係数は、サービス対象のデバイスの設計 (ギアボックスの存在の可能性を考慮して) と電気モーターの公称ステップに基づいて決定されます。

設定ウィンドウには、プログラムに表示される名前と、ステッピングモーターによって調整される特定のデバイスのパラメーターの寸法を編集する機能があります。

エンジン制御プログラムには、制御コマンド入力ストリームとハードウェアインターフェースユニットへのデータ出力ストリームのXNUMXつの独立したコマンドストリームがあります。入力ストリームでは、モーターローターの位置が設定され、機械的に接続されたデバイスのパラメーターの実際の値に縮小された単位で表示されます。出力ストリームでは、モーターローターの真の（現在の）位置が必要な値と継続的に比較され、インターフェースユニットでアクションが発行されて、起こりうる不一致を回避します。このような制御プログラムの構成により、以前に入力した値に到達したかどうかに関係なく、モーターローターの回転角に新しい値を設定できます。後者の場合、モーターローターは回転し続け（方向を変える可能性があります）、新しく設定された位置に到達します。

プログラム内で数値の名前付き値を入力および表示するには、独自の制御および表示要素「デジタルパネル」が使用されます。数値はマウスを使ってビット単位で入力します。必要なインジケータ桁にカーソルを置き、マウスの左ボタンまたは右ボタンを押して必要な値を設定します。左ボタンで数字が減り、右ボタンで数字が増えます。最高ランクへの移行は自動的に行われます。

寸法記号の上にマウスを移動し、マウスの左ボタンまたは右ボタンを押すと、インジケーターの値をそれぞれ 0,5 回増減できます。数値の符号 (インジケーターに表示されている場合) は、同様にマウスボタンを押すと変更されます。ボタンを XNUMX 秒以上押し続けると、動作が自動的に繰り返されます。マウスボタンを押したままカーソルをインジケーターから遠ざけると、マウスのさらなる状態に関係なく自動リピートが継続します。自動繰り返しを停止するには、カーソルを再度インジケーター上に移動し、いずれかのマウスボタンをクリックします。ホイール付きマウスを使用している場合は、それを使用できます。ホイールを手前に回すとインジケーターの数字の値が増加し、手前に回すとその逆になります。最下位桁の自動リピートモードを使用すると、ステッピングモーターの連続回転を公称速度よりも低い速度に設定できます。

ソフトウェアシステムの一部としてデバイスを機能させるために、エンジンの動作の外部（他のプログラムからの）制御が提供されます。制御コマンドは、パラメータを含む特別なWindowsオペレーティングシステムメッセージを、エンジンの動作を直接制御するサーバープログラムにクライアントプログラムから送信することによって送信されます。

作業セッション間の休憩中に、プログラムはすべての設定されたパラメータと現在の状態をコンピュータのハードディスクに自動的に保存して、さらに使用できるようにします。

ハードウェアインターフェイスユニットは、適用されたステッピングモーターを操作するのに十分な電力（70つのDShI200-3モーターで少なくとも1 W）のDC電圧源から電力を供給される必要があります。制御コンピュータの誤動作を防ぐために、制御コンピュータに組み込まれている電源を使用することは許可されていません。チップDDXNUMXは、安定した電源から電力を供給される必要があります。強力な出力キーの電源とは独立していることが望ましいです。

ハードウェアユニットとコンピュータのパラレル (プリンタ) ポートとの接続は、最長 3 m の非シールドリボンケーブルを使用して、信号と「接地」導体を交互に接続します。より長いケーブルの場合は、個別のシールド線を束ねて使用することをお勧めします。

コンピュータに空いているパラレルポートがない場合は、追加のカードを取り付ける必要があります。現在、通常 020 つのパラレルポートを備えたボードが市販されています。これらは、PCI バスを備えたコンピュータだけでなく、ISA バスを備えた古いコンピュータ向けにも作成されています。これらのボードには通常、ポートのベースアドレスを選択するためのスイッチが付いています。たとえば、作成者が使用している TS-378-EP ボード (ISA バス用) では、その上の 278 つのパラレルポートのそれぞれを次のベースアドレスに設定できます: ZVSN、27H、26H、268CH、XNUMXCH、またはXNUMXH。制御プログラムは、上記のアドレスのいずれかをアクティブとして設定することを可能にします。制御プログラムが動作するために、BIOS またはオペレーティングシステムからの追加ポートのサポートは必要ありません。システム内の既存のすべてのポート (並列ポートだけでなく) と競合しないように、追加のポートのアドレスを構成するだけで済みます。

測定機器機構のコンピュータ制御
図。 2

デバイスの全体的な設計は任意です。著者は、厚さ 2 mm のフォイルファイバーグラスでできたプリント回路基板でプロトタイプを作成しました。プリント回路基板の図面とその上の部品の位置を図 2 に示します。 XNUMX a b。印刷された導体はできるだけ広くする必要があります。

出力トランジスタ用の最も単純なヒートシンクは、サイズが130x50x3mmのXNUMX枚のジュラルミンプレートの形で作ることができます。それらは、特別に設けられた穴を通してジュラルミンの角を使用してプリント回路基板に固定されます。結果として得られるヒートシンクの設計は、デバイスケースに固定されています。

図に図３は、著者によって作成された、このデバイスの変形の１つの写真を示している。リブ付きヒートシンク（右側）には、トランジスタに加えて、電源整流器の強力なダイオードも固定されています（絶縁マイカスペーサーを介して）。左側は電源の平滑コンデンサです。

測定機器機構のコンピュータ制御

入力および出力コネクタは、ヒートシンクまたはデバイスケースに固定できます。 RPMM1-50SH1-V コネクタは、入力 (コンピュータへの接続用) として使用されました。 1 つの出力コネクタ (各モーターに 1 つ) - RG5N-1-2。それぞれの隣接する XNUMX つの出力が並列に接続され、電流負荷が軽減されます。一般に、十分に強力な接点を持つ他のコネクタがあるかもしれません。コネクタ接点は、従来のフレキシブルワイヤを使用して、プリント回路基板の対応する導体に接続されます。出力回路の場合、ワイヤの断面積は少なくとも XNUMX mmXNUMX でなければなりません。

トランジスタ KT815 および KT818 は、任意の文字インデックスで使用できます。または、対応する構造の他の強力なトランジスタを使用できます。 KD213 シリーズのダイオードは、KD212 または他の強力なパルスダイオードに置き換えることができます。使用する抵抗器のタイプと電力は問題ではありません。

K589IR12レジスタの代わりに、プリント基板の修正でKR580IR82を使用することができます。このオプションのピン番号は、図 1 に示されています。括弧内は 580。コンピュータのパラレルポートからストレージレジスタ KR82IR11 に供給されるデータの記録は、STB 入力 (ピン XNUMX) のパルスのポジティブエッジに従って実行する必要があることに注意してください。ストロボパルスの極性を変更するために、プログラムは対応するスイッチを提供します (メニュー項目 Slope Positive)。

説明されているデバイスは、調整を必要としません。ステッピングモーターの巻線が強力なスイッチの出力に適切な順序で接続されていることを確認するだけで済みます。これが提供されていない場合、エンジンのローターは、回転するのではなく、その場で単に振動するか、急に回転する可能性があります。

デバイス用のプログラムをダウンロードできます故に.

文学

Shmelev O. コンピュータ測定複合体。 - ラジオ、2007 年、No. 3-7。
Guk M. IBM PC ハードウェア。百科事典。 - S.-Pb.: "Peter Cohn", 1999, p. 632-635。

著者：O。Shmelev、モスクワ; 出版物：radioradar.net

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