Контроллер оборудования на базе ПК

Здесь представлен проект контроллера оборудования на базе Windows, который может управлять до восьми электрических устройств с помощью персонального компьютера. Подключение компьютера к внешним устройствам становится необходимым в нашей повседневной жизни для автоматизации. Но для связи с устройством нам нужен общий протокол связи, такой как последовательный COM-порт, USB или беспроводное соединение. Здесь мы использовали протокол последовательной связи для управления устройствами.

Рис. 1: Авторский прототип

Многие современные персональные компьютеры не имеют последовательных COM-портов, но они все еще используются в промышленных машинах или научных инструментах. Этот проект был вдохновлен строительным проектом «Коммутация нескольких устройств через параллельный порт ПК», опубликованным в майском выпуске EFY ​​за 2008 год. Параллельные порты больше не используются, а также недоступны на ПК и ноутбуках. Итак, мы разработали этот проект для последовательного порта, который до сих пор используется для связи на некоторых ПК. Авторский прототип представлен на рис.1. Принципиальная схема и работа контроллера оборудования Принципиальная схема представлена ​​на рис. 2. Он состоит из микроконтроллера AT89C2051 (IC1), драйвера MAX232 (IC2), восьми драйверов опто-TRIAC MOC3041 (от IC3 до IC10), восьми TRIAC BT136 (от TRIAC1 до TRIAC8), разъем последовательного COM-порта DB9, стабилизатор напряжения 5 В (IC11) и несколько других общих компонентов.

Источник питания. Напряжение сети переменного тока 230 В, 50 Гц понижается трансформатором X1 для обеспечения вторичного выхода 12 В, 500 мА. Выход трансформатора выпрямляется двухполупериодным выпрямительным модулем BR1, фильтруется конденсатором C6 и регулируется IC 7805 (IC11). Конденсатор C7 обходит пульсации, присутствующие в регулируемом питании. Регулируемое напряжение 5 В используется для питания микроконтроллера, драйвера MAX232, драйверов опто-TRIAC MOC3041 и TRIAC BT136. LED1 указывает на наличие источника питания.

Микроконтроллер. AT89C2051 - это низковольтный высокопроизводительный 8-разрядный КМОП-микроконтроллер с 2 Кбайт программируемой флэш-памяти и стираемой постоянной памяти. Устройство изготовлено с использованием энергонезависимой памяти высокой плотности Atmel и совместимо со стандартным набором команд MCS-51. Он имеет 128 байт ОЗУ, 15 линий ввода-вывода, два 16-битных таймера / счетчика, пятивекторную двухуровневую архитектуру прерывания, полнодуплексный последовательный порт, прецизионный аналоговый компаратор, встроенный генератор и схему синхронизации. . кристалл 11,0592 МГц используется в качестве внешнего источника синхронизации. Вы можете использовать два конденсатора 33 пФ вместе с кристаллом, чтобы получить правильную частоту колебаний. В схеме контроллера оборудования управление устройствами осуществляется через его выводы порта с P1.0 по P1.7. Управление осуществляется пользователем с ПК с помощью пользовательского интерфейса, показанного на рис. 7. Микроконтроллер подключается к ПК через драйвер MAX232, как показано на рис. 2.

Рис.2: Схема контроллера оборудования на базе ПК

MAX232. Последовательный выход компьютера подключен к IC2 драйвера MAX232 через разъем DB9, как показано на рис. 2. ИС MAX232 используется для безошибочной передачи данных на большие расстояния. Он имеет два внутренних зарядных насоса, которые преобразуют + 5 В в ± 10 В для работы драйвера RS232. Контакты 11 и 12 IC2 подключены к контактам 3 и 2 микроконтроллера IC1 соответственно. Команды последовательных данных от ПК принимаются микроконтроллером IC1 через драйвер IC2. Затем микроконтроллер запускает независимые драйверы опто-TRIAC для устройств, соответствующих полученной команде. Последовательный порт RS232 когда-то был стандартной функцией персонального компьютера, который использовался для подключения к модемам, принтерам, мышам, хранилищам данных, источникам бесперебойного питания и другим периферийным устройствам. Теперь, когда он устаревает, для подключения к периферийным устройствам RS232 необходимо использовать внешний преобразователь USB-RS232. MOC3041. opto-TRIAC MOC3041 - это драйвер TRIAC со встроенным детектором перехода через ноль. Оптически изолированный драйвер TRIAC с переходом через нуль - эффективное решение для сопряжения портов микроконтроллера с нагрузками переменного тока. Для каждой нагрузки используется набор драйверов TRIAC и TRIAC. Когда конкретная нагрузка включается с помощью персонального компьютера, включается конкретный TRIAC-драйвер соответствующего устройства / нагрузки. Это действие вводит ток затвора в TRIAC (BT136). BT136. TRIAC BT136 - твердотельный переключатель, используемый для переключения электрических устройств. Это 3-контактное устройство, обычно выпускаемое в пластиковом корпусе TO220. Он имеет три терминала - MT1, MT2 и G (затвор).

Рис.3: Односторонняя печатная плата фактического размера для управления электрооборудованием на базе ПК.

Рис.4: компоновка компонентов печатной платы

TRIAC может быть запущен током, идущим в ворота. Чтобы создать ток срабатывания, на затвор должно быть подано положительное или отрицательное напряжение по отношению к клемме MT1. После срабатывания устройство продолжает работать до тех пор, пока ток не упадет ниже определенного порога, называемого током удержания. Когда ток затвора прекращается, и если ток, протекающий между двумя основными клеммами, больше, чем то, что называется током фиксации, устройство продолжает проводить. После включения TRIAC снятие напряжения на затворе не переведет TRIAC в выключенное состояние. Единственный способ отключить TRIAC - это уменьшить ток затвора ниже удерживающего тока или уменьшить ток до нуля, сняв напряжение на MT1 и MT2. При наличии достаточного тока внутреннего светодиода (MOC3041) симистор будет повторно запускаться каждые полупериод напряжения сети переменного тока до тех пор, пока внутренний светодиод не выключится и силовой симистор не пройдет через точку нулевого тока. Внутренний светодиод включается пользователем с ПК, который, в свою очередь, запускает соответствующий TRIAC, и устройство, подключенное через TRIAC, включается. Таким образом, каждое электрическое устройство или прибор управляется с помощью твердотельного переключателя с использованием TRIAC и опто-TRIAC.

Рис. 5: Экран приветствия

Рис.6: COM-порт

Рис.7: Основная панель управления

Здесь последовательная связь используется для связи с микроконтроллером IC1, и микроконтроллер управляет драйверами устройств. Для последовательной передачи данных по протоколу RS232 микроконтроллер и ПК должны иметь одинаковую скорость передачи данных. Здесь скорость передачи фиксирована на уровне 9600 бит в секунду. С восемью битами данных и одним стоповым битом четность устанавливается как «нет», а управление потоком осуществляется аппаратно как в микроконтроллере, так и в компьютере. Это базовая настройка для последовательной передачи данных, используемая в этом проекте контроллера оборудования. В этом проекте используются две программы. Один - это код прошивки для микроконтроллера, а другой - программа пользовательского интерфейса. Keil µVision используется для кодирования прошивки микроконтроллера и генерации шестнадцатеричного кода. Шестнадцатеричный код можно записать в микроконтроллер с помощью любой совместимой платы программатора от Atmel, например программатора TopView. Программа пользовательского интерфейса для управления устройствами с ПК разработана с использованием Visual Basic (VB) 2008, который был выбран потому, что он удобен для разработки приложений с графическим интерфейсом пользователя (GUI). Восемь кнопок включения и выключения используются для управления восемью уникальными нагрузками. До восьми устройств можно управлять друг за другом или включать / выключать одновременно. Состояние включения или выключения устройства также отображается индикатором в программе VB. Односторонняя печатная плата фактического размера для схемы контроллера электрического оборудования на базе ПК показана на рис. 3, а компоновка ее компонентов - на рис. 4. Соберите схему на печатной плате, чтобы сэкономить время и избежать ошибок сборки. . Тщательно соберите компоненты и дважды проверьте, нет ли в цепи ошибок короткого замыкания. Запишите шестнадцатеричный код в микроконтроллер с помощью подходящего программатора. Используйте базы IC, особенно для микроконтроллера, на печатной плате. Подключите собранную схему к имеющемуся на задней панели компьютера COM-порту. Запустите программу VB, и вы увидите экран приветствия, показанный на рис. 5. Вам необходимо ввести последовательный COM-порт на следующем экране. В этом примере мы использовали COM 4, как показано на снимке экрана на рис. 6. Нажатие кнопки «ОК» приведет вас к главной панели управления, где вы можете управлять приборами с помощью мыши, щелкнув кнопку соответствующего устройства. как показано на снимке экрана на рис. 7. Вы можете управлять устройствами по отдельности или всеми восемью одновременно. Если вы нажмете кнопку «load1», вы увидите низкое напряжение на выводе 12 порта микроконтроллера. Тогда будет включено первое устройство. Кратковременно нажмите переключатель сброса S1, если устройство не включается. Для получения дополнительных сведений об устранении неполадок см. Контрольные точки, перечисленные в таблице.

Скачать исходный код: Нажмите здесь