Дистанционный регулятор света – диммер

 

Рисунок 3 - Структура таймера 0 микросхемы А\/Р

 

Получая входные сигналы, счетчик ведет их подсчет и  при переполнении (переходе от кода РРН к коду ООН) генерирует запрос на прерывание. Разрешение или запрещение прерываний от таймера регламентируются установкой или сбросом соответствующего бита в регистре масок прерываний. Таким образом, таймер ТО генерирует метки времени. Интервалы между этими метками зависят от выбора коэффициента деления делителя частоты. В режиме подсчета внешних событий содержимое счетчика инкрементируется от фронтов сигналов, выражающих факт наступления события. Счетчик доступен для записи и чтения в любое время.

Таймер 1 (Т1) тоже называется таймером-счетчиком, но он сложнее, чем таймер ТО, и способен выполнять и дополнительные функции. В его структуре повторяются схемы, входящие в состав таймера ТО, и присутствуют новые блоки, согласна рисунка 4.

Рисунок 4 - Структура таймера-счетчика Т1

 

В части схемы, подобной схеме  таймера ТО, отличие состоит лишь в разрядности счетчика (счетного регистра). В таймере Т1 он не восьмиразрядный, а 16-разрядный. Новыми являются блоки 16-разрядного регистра захвата, двух 16-разрядных компараторов и двух 16-разрядных регистров совпадения (А и В).

К новым функциям относятся  работа в режиме таймера событий  или генератора ШИМ - сигналов. В  первом из этих режимов используется регистр захвата, который в произвольный момент времени, задаваемый сигналом на внешнем входе или сигналом от аналогового компаратора, запоминает текущее состояние счетного регистра (захватывает его). При этом сигнал от внешнего входа защищен от действия помех специальными приемами подавления "дребезга контактов". Кроме того, компараторами фиксируется равенство содержимого счетного регистра и некоторых величин, заданных в регистрах совпадений, что может служить сигналом для определенных действий (сброса счетного регистра, изменения состояния какого-либо вывода МК).

Признаки состояний счетчика (переполнение, совпадение, захват) отображаются в регистре прерываний от таймера  соответствующими флажками, а разрешение или запрещение прерываний задается битами регистра маскирования прерываний. Счетный регистр в любое время доступен для записи и чтения.

В режиме генерации ШИМ  – сигнала (ШИМ - режиме) счетный  регистр работает как реверсивный  счетчик, а сама широтно-импульсная модуляция заключается в выработке  импульсных сигналов с программируемыми частотой и скважностью. В ШИМ - режиме содержимое счетчика изменяется от нулевого до некоторого максимального (ТОР - значения), затем направление счета изменяется и содержимое счетчика, уменьшаясь, возвращается к нулевому значению, после чего такой цикл вновь повторяется, согласна рисунка 5.

 

Рисунок 5 - К пояснению  процесса генерации

ШИМ - сигнала таймером Т1

 

Пренебрегая ступенчатым  характером изменения кода в счетчике, можно считать, что содержимое счетчика изменяется по пилообразному закону. Частота и амплитуда пилообразного сигнала зависят от входной частоты счетчика и его модуля и от ТОР - значения. Код в регистре совпадения может меняться в моменты достижения счетчиком ТОР - значения. Компаратор сравнивает содержимое счетчика с величиной модулирующего воздействия, отображаемого кодом в регистре совпадения, выделяя во времени интервалы по признаку "больше" или "меньше" для указанных кодов.

Сторожевой таймер предназначен для отслеживания ситуаций, в которых МК неправильно выполняет программу, что может быть следствием воздействия помех, особенно опасных при работе МК в окружении мощного силового оборудования. Сторожевой таймер, переполняясь, вызывает сброс МК, если таймер не будет сброшен в течение определенного промежутка времени. Сброс МК означает его перезапуск, после чего начинается новое выполнение программы. Таким образом, сторожевой таймер защищает работу системы от сбоев. Если программа выполняется правильно, она должна периодически сбрасывать сторожевой таймер через промежуток времени, меньший его периода. Для управления работой сторожевого таймера (его включения/выключения и задания периода переполнения, называемого тайм-аутом) используются биты соответствующего управляющего регистра, согласна рисунка 6.

 

Рисунок 6 - Структура сторожевого  таймера

 

Сторожевой таймер имеет  независимый генератор тактовых сигналов (в МК АVR частота независимого генератора при напряжении питания 5 В равна 1 МГц, а при напряжении питания 3 В это 350 кГц). Независимый генератор сохраняет рабочее состояние сторожевого таймера даже в режиме глубокого понижения мощности Роwer Down, так что этот таймер может быть использован для "пробуждения" микроконтроллера, т. е. вывода его из состояния Роwer Down. Сбросы таймера происходят под воздействием команды WDR, а импульсы сброса/запуска контроллера выбираются мультиплексором с одного из восьми выходов счетчика. Коэффициенты деления входной частоты счетчика для этих выходов различны, а периоды тайм-аута в зависимости от выбора того или иного выхода составляют 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 или 2048 мс. Величина таймаута выбирается трехразрядным кодом WDP0 – WDP2, загруженным в регистр WDTCR. Включение сторожевого таймера производится установкой бита WDE в том же управляющем регистре.

 

2. Специальная часть

 

1. Принцип работы схемы

 

В основе схемы лежит микроконтроллер  фирмы Мicrochip Р1С12Р629 . Задача микроконтроллера обработка сигналов поступающих с кнопки управления SW1 и от инфракрасного датчика U2 и управление симистором.

Элементы R2, С2 и L1 необходимы для подавления помех, вырабатываемых устройством. Питание инфро - красного приёмника идет через RC-фильтр на элементах C6, R9. Резисторы R3 и R4, конденсаторы C1, C2 и C4, диод D2 и стабилитрон D1 составляют схему питания всего устройства. Пьезоизлучатель LS1 необходим для подачи звуковых сигналов.

Управление устройством  посредством ПДУ.

В основном состоянии устройство на управляющие сигналы ПДУ не реагирует, и вы можете им пользоваться для управления бытовой техникой.

Для начала работы с устройством, направьте на него ПДУ и нажмите  любую кнопку. Удерживайте ее в  нажатом состоянии примерно в течение 2,5 секунд (время задержки в 2,5 секунды можно позже изменить), по истечении которых устройство издаст короткий звуковой сигнал и освещение один раз мигнет, если свет включен. Теперь устройство готово к приему команд.

Теперь непосредственно  само управление:

Короткое нажатие на кнопку.

Быстро нажмите и отпустите  кнопку (время нажатия не более 0.5 секунды). Если освещение было включёно, то оно выключится; и на оборот, если освещение выключено - включится на полную яркость.

Непрерывное нажатие.

Нажмите кнопку и удерживайте  ее в нажатом положении. Произойдет плавное изменение яркости света  в сторону увеличения или уменьшения.

Для смены направления  изменения яркости отпустите  кнопку, а затем вновь нажмите  и удерживайте непрерывно. Как  только нужный уровень освещения достигнут, отпустите кнопку. Устройство запомнит этот уровень.

Двойное нажатие на кнопку.

Быстро нажмите кнопку, отпустите, опять быстро нажмите  и отпустите. Период времени между  нажатиями на кнопку должен быть больше 0.2 секунды и меньше 0.5 секунды.

После завершения управления, устройство готов к приёму команд в течение ещё 4 секунд с момента последнего нажатия на кнопку.

По истечению 4 секунд устройство произведет короткий звуковой сигнал и один раз мигнёт светом. После  этого можно использовать ПДУ  по его прямому назначению.

Управление устройством  с помощью местной кнопки.

Управление с помощью  местной кнопки аналогично управлению с помощью ПДУ, с одним лишь отличием, ненужно удерживать 2,5 секунды  для вхождения в режим.

Из-за наличия в микроконтроллере так называемой «холодной» памяти, настройки устройства сохраняются даже при исчезновении напряжения в сети.

Изменение времени задержки для перехода в режим управления устройство.

Изначально время задержки, в течение которого устройство нечувствительно к пульту дистанционного управления, составляет 2,5 секунды. Это значение можно изменить. Для этого нажмите кнопку на ПДУ и удерживайте ее в течение одной минуты. После этого устройство издаст короткий звук, это свидетельствует о том, что вы вошли в данный режим. Отпустите кнопку и следующим нажатием

установите желаемое время  задержки. Время задержки будет равна  длительности удержания кнопки и  ограничена 40 секундами.

Сборка.

При программировании микроконтроллера, необходимо запомнить калибровочную  константу, которая находится по адресу 3FF и имеет вид 34хх (например, 347F). Если калибровочная константа отсутствует в ячейке 3FF, то это приведет к неработоспособности устройства.

При распайке деталей обратите внимание, чтобы элементы находились на своих местах; диод, стабилитрон, транзистор, тиристор и электролитические конденсаторы припаяйте, строго соблюдая полярность. Не впаивайте сам микроконтроллер в плату, а установите так называемую панельку под нее. Тем самым вы избежите порчи микроконтроллера.

О деталях.

Резисторы любые: R4 - 2 Вт; R2 - 1 Вт; R3 - 0,5 Вт., остальные резисторы - 0,125 Вт. Конденсаторы С3, С4 - высоковольтные на напряжение не менее 400 Вольт. Инфракрасный датчик U2 - TSOP1130, TSOP1138. Дроссель L1 может быть любой рассчитанный на ток 2. Его можно изготовить и самостоятельно. Для этого необходим медный изолированный провод диаметром от 0,5 до 1мм., который наматывают на стержне диаметром 1см. до достижения длины дросселя, необходимой для впаивания в печатную плату. Регулятор можно установить вместо обычного выключателя.

 

2. Основные понятия надежности

 

Вычислительные системы  – это совокупность вычислительных средств, включающих в себя не менее двух вычислительных машин или процессов, предназначенных для обработки цифровой информации с заданным алгоритмом.

Качеством называется совокупность свойств определяющих пригодность использования системы по назначению.

Оценка качества содержит два момента:

1. Нельзя устанавливать единый обобщенный показатель качества;
2. Отсутствие методики установления требований показатель качеств на все случаи жизни.

Основными понятиями, связанными с  надежностью являются:

a) Исправность – состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем требованиям, установленным как в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций, так и в отношении второстепенных параметров, характеризующих удобства эксплуатации, внешний вид и т. п.;

б) Неисправность – состояние изделия, при котором оно в данный момент времени не соответствует хотя бы одному из требований, характеризующих нормальное выполнение заданных функций;

в) Работоспособность – состояние изделия , при котором, при котором оно в данный момент времени соответствует всем требованиям, установленным в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций;

г) Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате изделием его работоспособностям;

д) Полный отказ – отказ, до устранения которого использование изделия по назначению становится невозможным.

е) Частичный отказ – отказ до устранения которого остается возможность частичного использования изделия;

ж) Безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого интервала времени;

з) Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность (с возможными перерывами для технического обслуживания и ремонта) до разрушения или другого предельного состояния. Предельное состояние может устанавливаться по изменениям параметров, по условиям безопасности и т. п.;

и) Ремонтопригодность – свойство изделия, выражающееся в его приспособленности к проведению операций технического обслуживания и ремонта, т. е. к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов;

к) Сохраняемость – свойство изделия сохранять исправность и надежность в определенных условиях и транспортировки;

л) Восстанавливаемость – свойство изделия восстанавливать начальные значения параметров в результате устранения отказов и неисправностей, а также восстанавливать технический ресурс в результате проведения ремонтов;

м) Надежность (в широком смысле) – свойство изделия, обусловленное безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью самого изделия и его частей и обеспечивающее сохранение эксплуатационных показателей изделия в заданных условиях.

Показатели  надежности являются:

1. Безопасность работы

(1)

 

б) Среднее время безотказной работы

(2)

 

в) Средняя наработка на отказ

(3)

 

г) Частота отказа

(4)

 

3. Расчетная часть

 

1. Расчет биполярных транзисторов

 

Токи проводящего транзистора VT1 определяются уравнениями

 

(5)

 

I_б=(5-0,7)/(1*10³)=0.0043 (A)

 

Рисунок 7 - Транзисторный переключатель

 

(6)

 

I_k=10/200=0,05 (А)

 

"Ускоряющий" конденсатор  С1 применяется для обеспечения более быстрого переключения транзистора УТ1. Его основная функция заключается в пропускании обратного тока после запирания транзистора для удаления накопленного этим транзистором заряда Qт.

Скорость переключения увеличивается, если транзистор введен в насыщение  менее глубоко, однако, чтобы обеспечить ситуацию, при которой транзистор всегда насыщен при наихудших условиях, т.е. при относительно низком напряжении насыщения на коллекторе, необходимо, чтобы уровни сигналов были близки к тем, которые указаны в технических характеристиках транзистора.