Розробка пристрою дистанційного керування приводом електричного двигуна

Тищенко, Олег Сергійович

Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8014

Назва:	Розробка пристрою дистанційного керування приводом електричного двигуна
Автори:	Мартиненко, Сергій Станіславович Тищенко, Олег Сергійович
Ключові слова:	трьохканальний пульт;керування;мікроконтролер;привід крокових двигунів;Ethernet в STM32F107
Дата публікації:	2023
Короткий огляд (реферат):	Мета роботи – проектування трьохканального пульта для керування при-водами крокових двигунів з використанням сучасної елементної бази згідно з вимогами ТЗ, розробка повного пакету конструкторської документації. Проведено аналіз застосування схем трьохканальних пультів для керування приводами крокових двигунів, оглянуто існуючі пристрої та проведено аналіз окремих схем подібних пристроїв. Проведений аналіз технічного завдання та відповідно розроблена структурна схема пристрою, що проектується.
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу):	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8014
Розташовується у зібраннях:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)

Файли цього матеріалу:

Файл	Опис	Розмір	Формат
Б_172_Тищенко_Мартиненко.pdf Restricted Access		893.54 kB	Adobe PDF	Переглянути/Відкрити Запит копії

Показати повний опис матеріалу Перегляд статистики

Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОТРАНСПОРТУ ТА
МАШИНОБУДУВАННЯ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ
ТА КІБЕРБЕЗПЕКИ

Допущений до захисту
“____” червня 2023 р.
Завідувач кафедри РТСК
д.т.н., професор
_________ Палагін В.В.

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітній ступінь)

на тему: Розробка пристрою дистанційного керування приводом електричного
двигуна.

Виконав: студент 4 курсу, групи РТ-95
спеціальності
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
(освітня програма – «Радіотехніка та
робото технічні системи»)
Тищенко О.С.
(прізвище та ініціали)
Керівник Мартиненко С.С.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Ключка К.М.
(прізвище та ініціали)

Черкаси – 2023 року

Черкаський державний технологічний університет
(назва вузу)
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра Робототехнічних і телекомунікаційних систем та кібербезпеки
Освітня програма Радіотехніка та робототехнічні системиї
Спеціальність 172 – «Телекомунікації та радіотехніка»

ЗАТВЕРДЖУЮ
Зав. кафедри РТРС
д.т.н., професор Палагін В.В.

« » 2023 р.

ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу здобувачу освітнього ступеня
«бакалавр»
(назва ступеня)
Тищенку Олегу Сергійовичу
(прізвище, ім'я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка пристрою дистанційного керування приводом
електричного двигуна
затверджена наказом по університету від « 28 » лютого 2023 р. № 45/04
2. Термін здачі студентом закінченого проекту (роботи) 10 червня 2023 р.
3. Вихідні дані до проекту (роботи)
- максимальна напруга вимірювання 36 В;
- мінімльна напруга вимірювання 0,1 В;
- напруга живлення 5 - 35В;
- струм споживання 0,3 А;
- точність вимірювання 1%;
- максимальний струм вимірювання 3 А;
- тип напруги вимірювання Постійна;
- тип мережі для віддаленого контролю даних Wi-fi.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить
розробити)_________________________________________________________________________
Вступ
1. Патентний пошук та огляд існуючих рішень
2. Обґрунтування технічного завдання
3. Розробка структурної схеми
4. Розробка принципової електричної схеми
5. Вибір та опис основних елементів схеми керування
6. Охорона праці.
Висновки

5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Схема електрична структурна; Схема електрична принципова; Плата друкована; Складальне
креслення; Плакат з охорони праці

6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Консультант завдання завдання
видав прийняв
1. Охорона праці Кожем’якін Олексій Сергійович

7. Дата видачі завдання 15.01.2023
Керівник С.С. Мартиненко
(підпис) (ініціали, прізвище)
Студент О.С.Тищенко
(підпис) (ініціали, прізвище)

Календарний план
Пор. Назва етапів дипломного Термін виконання етапів Примітка
№ проекту (роботи) проекту (роботи)

1 Аналіз технічного завдання та огляд 20.01.2023- 31.01.2023
літератури

2 Патентний пошук та огляд 01.02.2023- 20.02.2023
аналогічних рішень

3 Обґрунтування технічного завдання 21.02.2023-01.03.2023

4 Розробка структурної схеми 02.03.2023-20.03.2023
вольтметра

5 Розробка електричної принципової 21.03.2023-14.04.23
схеми електронного пристрою

6 Розрахунок та аналіз схеми 14.04.2023-15.05.20234
електричної принципової

7 Розробка розділу охорони праці 16.05.2023-25.05.2023

8 Оформлення пояснювальної записки 26.05.2023-28.05.2023

9 Оформлення креслень 29.05.2023-05.06.2023

Студент О.С.Тищенко
(підпис)
Керівник проекту С.С. Мартиненко
(підпис)

ЗМІСТ

ВСТУП.................................................................................................. 4
1 ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ .. 6
1.1 Основні види схем керування кроковими двигунами............................ 6
1.2 Огляд прототипу пристрою керування кроковими двигунами.......... 19
2 ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ ..................311
3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ......................................333
4 РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ СХЕМИ......355
5 ВИБІР ТА ОПИС ОСНОВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ
КЕРУВАННЯ....................................................................................377
5.1 Мікроконтролер STM32F107 …………………………………………....37
5.2 Опис мікросхеми RTL8201BL................................................................... 39
5.3 Ethernet в STM32F107................................................................................ 41
5.4 Побудова та параметри мережі CAN.................................................... 455
5.4.1 Побудова мережі CAN ........................................................................... 455
5.4.2 Реалізація інтерфейсу CAN ................................................................... 47
6 ОХОРОНА ПРАЦІ ........................................................................ 49
6.1 Аналіз умов праці інженера-розробника в науково-дослідній
лабораторії......................................................................................................... 49
6.2 Розробка системи пожежної сигналізації в приміщенні
лабораторії………………………………………………………………………54
ВИСНОВОК....................................................................................... 67
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ............................... 69

РТ-95.023029.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Ти щенкоО.С.
Розробка пристрою дистанційного Літ. Арк. Аркушів
Перевір. Мартиненко керування приводом електричного 3 70

Реценз. двигуна

Н. Контр. Ма ртиненко ЧДТУ
Пояснювальна записка
Затверд. Палагін В.В.

ВСТУП
Вимоги до виробництва різних механізмів на сучасному етапі та якість
виготовлених виробів забезпечуватись можуть лише на основі автоматизації
побутових електроприводів. Значною мірою успіх автоматизації буде
залежати від технічних засобів її реалізації, які мають індивідуальні
властивості як всіх окремих пристроїв так і елементів, що утворють побутову
електромеханічну систему — автоматизований електропривод. Елементна
база, що забезпечує автоматизацію, відповідно реалізовує необхідні
властивості систем електроприводу. Можна також відмітити, що з розвитком
мікроконтролерної техніки, виникла проблема застосування даної техніки в
керуванні електроприводами. Так як мікроконтролерна техніка на даний час
досить широко розвинулась, тому вона практично витіснила елементи
електроприводу, що морально застарілі. Пояснити це можна тим, що для
керування електродвигунами використовуються електричні апарати, є досить
енергозатратними, громіздкими та вартісними. Як відомо, мікроконтролери
володіють бідьш оптимальнішими характеристиками та при цьому
коштують дешевше.
Кроковий двигун (КД) є одним із видів електричних двигунів, які
досить легко поєднуються з мікропроцесорною технікою. Це можна
пояснити тим, що саме із керуванням напрямком, швидкістю, часом та
послідовністю комутації мікроконтролер справляється досить легко.
Знайшли широке застосування крокові двигуни широко
використовуються в автоматичних інструментах, принтерах, автомобільних
приладових панелях, приводах дисководів та інших приладах, де
вимагаться як висока точність позиціонування так і мікропроцесорне
керування. Таке керування, як відомо, вимагає використання як спеціальної
логіки так і високоточних драйверів. До переваг крокових приводів потрібно
віднести досить низьку ціну, що в 1,5-2 рази менша, ніж ціна сервоприводу.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
4
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Тому кроковий привід може бути недорогою альтернативою сервоприводу і
відповідно найкращим чином підходить для автоматизації як систем так і
окремих вузлів, тобто там, де не потрібна висока динаміка.
На даний момент типів крокових двигунів випускається безліч. Крім
того, що зробити правильний вибір типу двигуна, не менш важливо потрібно
правильно спроектувати як схему керування так і алгоритм його роботи. А це
в свою чергу визначається програмою мікроконтролера. Актуальною та
досить поширеною на основі мікроконтролерів техніка є за рахунок того, що
дають можливість мікроконтролери виконувати дуже складні завдання, що є і
для звичайних аналогових пристроїв недоступним.
Саме розробці пристрою керування приводом електричного крокового
двигунів і присвячена дана кваліфікаційна робота.

Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
5
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

1 ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ
РІШЕНЬ
1.1 Основні види схем керування кроковими двигунами
Однією з найважливіших проблем на даний час, за умови застосування
кроковиих двигунів (КД), є розробка систем керування по положенню ротора
як без зворотного так і з зворотним зв'язком.
На схемі рис. 1.1. представлена досить система керування для КД. Дана
схема для зручності пояснення розділена на дві частини. В даному прикладі
використовується чотирьохфазний КД [4]. Частина системи керування до
двигуна від логічного блоку представлена на рис. 1.1 а).
На логічний блок приходить сигнал керування, що забезпечує подачу
сигналу керувань на комутатор. Це дозволяє перемістити ротор двигуна на
один крок. Логічним станом входу забезпечується напрям обертання. За
умови, коли приходить високий рівень Н, це відповідає обертанню ротора за
годинниковою стрілкою, коли приходить низький рівень L – відповідно це
рівень обертання проти годинникової стрілки. Логічні блоки з не залежним
від напряму вихідним сигналом так можуть використовуватися в деяких
випадках. На схемі (рис. 1.1, а) представлена вся система керування за

1 - логічний блок; 2 - комутатор; 3 - двигун; 4 – вхідний контролер.
Рисунок 1.1 - Схема системи керування КД
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
6
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

умови, що один інкремент руху здійснюється за один крок.
В випадку, коли кроків два чи більше, то необхідно перед логічним
блоком поставити ще один пристрій, який створює відповідний інкремент
ланцюжка вхідних імпульсів. Даний пристрій є вхідним контролером
(рис. 1.1, б). Функцію вхідного контролера у складних випадках виконують
мікропроцесори, які призначені для генерації ланцюжків імпульсів, що
забезпечують . оптимальним чином як прискорення, чи уповільнення руху.
Розглянемо приклад використання мікропроцесора в схемі керування
без зворотного зв'язку. Дана схема вміщує логічний блок , що представляє
собою логічну схему, яка, відповідно до надходження вхідних імпульсів,
керує послідовністю збудження обмоток. Вміщує логічний блок регістра
зрушення і таких ряду логічних схем (функцій), таких як НІ -I, НІ - АБО і та
ін. В якості регістра зсуву на даний час застосовують універсальні схеми.
Але для конкретних цілей необхідний логічний блок можна сконструювати
підбором відповідної інтегральної мікросхеми. Реалізована така мікросхема
на тригеру з логічним входом, що спрацьовує по зворотному фронту сигналу
управління (тригери JK - FF) та логічних схемах. У таблиці. 1.1 приведені
базисні функції як схем так і тригерів.
Наприклад, тригер JK - FF реалізує функцію, що задається таблицею і
яка буде виконуватися в випадку, коли на вхід поступає сигнал Н. Якщо ж на
даний вхід поступить сигнал L, то на виході Q також отримаємо сигнал L, а
на не Q – сигнал Н. Замість складання з набору відповідних інтегральних
мікросхем логічного блоку, також можна використовувати універсальні
логічні блоки, розроблені безпосередньо для КД [5].
За умови приєднання логічного блоку і послідуючого інвертування, для
керування включенням обмоток двигуна, подається вихідний сигнал на вхід
силового інвертора (комутатора).
На рис.1.2 представлена схему керування кроковим електроприводом.
Дана схема яка містить комутатор К та підсилювач потужності (ПП). В свою
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
7
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

чергу ПП реалізований вигляді релейних підсилювачів П1 – П3, які
відключають чи включають обмотки двигуна КД.

Таблиця 1.1- Логічні блоки та їх функції

В випадку, коли тригер ТІ знаходяться в нульовому, а тригери Т2 і ТЗ
в одиничному стані, тоді відкривається релейний підсилювач П1 і відповідно
буде протікати струм по обмотці, що відповідає першій фазі. У цьому стані
комірки И21, И41 і И51 підготовлені до пропуску імпульсів з входу І, а із
входу II – відповідно комірки И22, И32, И62.
Якщо по входу І поступають імпульси, то через комірку И41 перший
імпульс поставить тригер Т2 в «0» стан, а також підтвердить стан «0» через
комірку И21 тригера ТІ і через комірку И51 стан « 1 » тригера ТЗ. Після
проходження першого імпульсу, таким чином під струмом будуть
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
8
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

находитися фази 1 до 2. Якщо через комірки И11, И41 і И51 пройде другий
імпульс, то він поставить тригер ТІ в стан « 1 », і відповідно підтвердить « 0 »
стан тригера Т2 і « 1 » стан тригера ТЗ.

Рисунок 1.2 - Схема управління кроковим електроприводом

Струм у фазі 1 після другого імпульсу припиниться, а відповідно фаза 2
залишиться під струмом. При проходженні по входу І шести імпульсів
утримується наступний порядок комутації струмів у фазах: 1-1, 2-2-2, 3-3-3,
1. Якщо по входу II поступають імпульси, то вони через схеми збігів другої
групи И12, И22, И32, И42, И52, И62 потрапляють на тригери і відповідно
забезпечують зворотний порядок комутації 1-1,3-3-3,2-2-2, 1 [6].
Функціональна схема рис. 1.3. показує зв'язок програмно-задаючої та
відтворюючої частин позиційної системи ЧПУ з КД. Через пристрій введення
(ПВ) числова програма П вводиться в лічильник Лч. Схема збігу И1
відкриється після закінчення запису цифрової інформації та формування
команди пуску в прямому (В) або зворотному (Н) напрямі і через комірки И2
і ИЗ імпульси від генератора ГТІ почнуть поступати як на розподільник
імпульсів (РИ) так і одночасно на вхід віднімання лічильника Лч. Лічильник
буде встановлений в нуль коли відпрацює числа кроків, що задається
програмою, а на виході схеми АБО - НІ з'явиться логічна одиниця.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
9
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Встановиться в нульовий стан також тригер Т і припиниться подальше
надходження імпульсів на лічильник і схему управління КД. В циклі
позиціонування може як встановлюватися так і змінюватися швидкість КД за
допомогою блоку завдання швидкості. Даний блок представляє собою
керований дільник частоти (на схемі відсутній).

Рисунок 1.3 - Схема управління кроковим електроприводом із
замкнутим принципом

За замкнутим принципом може також будуватися схема, що подібна
розглянутій. Тоді імпульсним датчиком положення контролюється рух ІО і
відповідно списування по каналу 6 з лічильника здійснюється імпульсами
датчика (штрихові лінії на рис. 1.3).
Від схеми И1 на лічильник канал а в цьому випадку буде відключено.
Поліпшені якості замкнутих систем легше досягаються при використовуванні
регульованих двигунів безперервної дії, проте побудова замкнутих систем
ЧПУ з КД є недоцільна,
Це пояснюється тим, що крокові двигуни мають нижчі енергетичні
показники, ніж регульовані двигуни безперервної дії. Тому не завжди
доцільне їх застосування на великі моменти навантаження. Крім того, із
збільшенням габаритів КД знижується допустима частота, що приводить до
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
10
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

збільшення кроку при заданій швидкості 10. Це знижує якість обробки
виробів.
В якості комутатора в схемі керування використовується інвертор. На
(рис. 1.4, а, б) показаний самий простий способом з'єднання, яким є
безпосереднє з’єднання. За умови, якщо рівень вихідних сигналів логічного
блоку недостатній для управління силовими транзисторами, то необхідно
включити підсилювач між комутатором і логічним блоком, як це показано на
(рис. 1.4, в, г).

а, б - безпосереднє; в, г - між блоком і інвертором ввімкнений
підсилювач.
Рисунок 1.4 - Приклад з'єднання логічного блока та інвертора

Обмотку КД При розробці комутатора представляють на схемі
заміщення послідовним з'єднанням резистора та індуктивності. Як відомо, в
обмотках виникає ЕДС при обертанні ротора. На рис. 1.5 представлена
еквівалентна схема заміщення КД. Обов’язково потрібно враховувати
найгірші умови роботи силових транзисторів для різних значень напруги
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
11
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

живлення та експлуатації двигуна. Як відомо, КД розробляють із врахування
в мінімальному об'ємі отримати максимальну потужність. В результаті опір
обмотки підвищується на 20 - 25 %, так як значення температури може
досягати порядку 100 °С.

Рисунок 1.5 - Еквівалентна схема заміщення для обмоток КД
Через наявність індуктивності L (di/dt) при замиканні транзистора (див.
рис. 1.5) виникає ЕДС самоіндукції, яка в свою чергу може вивести з ладу
транзистор. Тому Існують різноманітні способи зниження як
перенапруження так і захисту транзистора:
- діоди зворотного струму. На рис. 1.6 показано паралельне включення
з обмоткою діода, то відповідно після виключення транзистора струм
обмотки буде замикатися через нього. Для даної схеми не характерні великі
змін струму при виключенні і тому потенціал колектору буде рівний напрузі
живлення Е плюс із врахуванням с падіння напруги на відкритому діоді.
Даний спосіб захисту є досить простий, але протікання струму
протягом деякого часу в обмотці після замикання транзистора, приводить до
появи гальмівного моменту.

Рисунок 1.6 - Діодний захист
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
12
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

- діодно-резисторний захист. На рис. 1.7 послідовно з діодом для
швидкого демпфування струму включається резистор. Напруга VСе на
колекторі при відключенні буде дорівнювати наступному значенню:

VCE= Е + IRS+ VFD,

де Е - напруга живлення;
RS - опір резистора;
І - струм в обмотці до виключення транзистора;
VFD - падіння напруги на діоді.

Рисунок 1.7 - Діодно-резисторний захист

Струм затухає тим швидше після виключення транзистора чим більше
RS і вищий потенціал колектору. В цьому випадку до великих перенапружень
на транзисторі приводить швидке зменшення струму в обмотці.
Захист за допомогою стабілітрона. На рис. 1.8 показано, що
включають стабілітрон послідовно із звичним діодом [5].

Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
13
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.8- Захист за допомогою стабілітрона

В цій схемі зменшення струму, в порівнянні з двома попередніми
схемами, відбувається швидше після виключення (рис. 1.9). Особливістю
даного способу є те, що потенціал колектору рівний напрузіа пробою
стабілітрона, яка не залежить від струму, плюс напруга живлення. Це
дозволяє спростити визначення максимуму потенціалу колектору.

1 - діод; 2 - діод і резистор; 3 - діод і стабілітрон.
Рисунок 1.9 - Порівняльні дії різних схем захисту

При розробці також систем управління КД доводиться перебирати різні
варіанти багатофазних послідовностей імпульсів, що подаються на обмотки
двигуна. Відповідно система управління (СУ) на дискретних елементах при
цьому буде достатньо громіздкою. Тому її роблять таким чином, щоб її
можна було легко перепрограмувати під конкретний двигун. Для
використовують РІС - контролерів фірми Місrосhір, прикладом може
служити мікросхема РІС16Р84.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
14
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Даний Контролер має необхідну швидкодію, достатню кількість портів
введення-виведення і допускає багатократне перепрограмування, а також є не
вартісним і не дефіцитним. На рис.1.10 на рисунку приведена електрична
принципова схема СУ на базі даного процесора..
Система управління зібрана на РІС - контролері РІС16Р84А - 04/Р
(DD1). Для забезпечення робочої частот використовується ланцюгом R6С5,
що забезпечує частоту близько 4 МГц. Багатофазна (число фаз від однієї до
шести) послідовність імпульсів формується на виходах RВО - RВ5, що
дозволяє керувати інвертуваннями транзисторів VТЗ - VТ6, VТ9 - VТ12,
VТ15 - VТ18. Різними способами (у діагональ інвертування або від одного з
виходів до загального до виходів яких можна дроту) до виходів транзисторів
можна підключати обмотки КД.

Рисунок 1.10 - Схема електрична принципова системи управління
крокового двигуна на РІС – контролері

Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
15
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

На рисунку 1.10 обмотки КД включені в діагональ інвертування. Це
дозволяє отримати трифазну послідовність імпульсів із змінною полярністю.
Сигнали подаються на входи RАО - RАЗ, дозволяють визначити напрям і
швидкість обертання. Від програми, що записаної в контролер, залежать
логіка і режим роботи двигуна. Забезпечує напругу живлення контролера
(DD1) + 4,7 В ланцюжок R7VD1, який також забезпечує захист джерела
живлення від неправильного підключення, а також дозволяє використовувати
вхідні сигнали з ТТL - рівнями та форсований режим роботи двигуна
(короткочасне підвищення напруги живлення) [2].
Розглянемо ще одну схему керування 4 - фазним КД, яка дозволяє
постійне прискорення чи сповільнення, встановлювання частоти імпульсів
та різні режими комутації фаз.
Мікроконтролер U1 типу АТ90S2313 фірми Аtmel є сновою пристрою
(рис. 1.11). На портах РВ4 - РВ7 програмно формуються сигнали управління
обмотками двигуна.
По два включених паралельно польових транзистора типа КП505А
використовуються для комутації обмоток. Таких транзисторів 8 (VТ1 - VТ8).
корпус ці транзистори мають ТО – 92, опір каналу складає близько 0,3 Ом і
можуть комутувати струм до 1,4 А.
Між затворами і витоками транзисторів включені резистори R11 - R14,
Для того, щоб під час дії сигналу «скидання» мікроконтролера (порти в цей
час знаходяться у z - стані) транзистори залишалися закритими. резистори R6
- R9 встановлені для обмеження струму перезарядки місткості затворів.
Даний контроллер має невисокі швидкісні характеристики, але цього
достатньо при повільному спаді струму фаз, який виникає при шунтуванні
діодами VD2 -VD5 обмоток двигуна. 8 - контактний роз'єм ХРЗ
використовується для підключення крокового двигуна, що має два окремі
виводи від кожної обмотки (як, наприклад, ДШИ).

Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
16
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.11 - Принципова схема керування
4 - фазного крокового двигуна

Якщо використовувати двигуни з внутрішнім з'єднанням обмоток, один
або два загальні контакти роз'єму відповідно будуть залишаться вільними.
Необхідно відзначити, що даний контролер може бути використаний для
управління двигуном з великим середнім струмом фаз. Тільки для цього
необхідно замінити більш потужнішими транзистори VТ1 - VТ8 і діоди VD2
- VD5. Паралельне включення транзисторів в цьому випадку можна не
використовувати. Можна використовувати є МОП - транзистори, що
керуються логічним рівнем. В якості прикладу використовуються КП723Г,
КП727В та інші.
Стабілізація струму здійснюється реалізована програмно за допомогою
ШИМ. Використовуються для цього два датчики струму R15 і R16. Сигнали,
що знімаються з датчиків струму, поступають через ФНЧ R17С8 і R18С9 на
входи компараторів U3A і U3В. Використовуються ФНЧ для запобігання
помилкового спрацьовування компараторів унаслідок дії завад. Опорна
напруга, яка подається на другий вхід кожного компаратора, визначає
піковий струм в обмотках двигуна. Формується дана напруга
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
17
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

мікроконтролера, що має вбудований таймера, який в свою чергу працює в
режимі 8-бітової ШИМ. Двохланковий ФНЧ R19С10R22С11
використовується для фільтрації сигналу ШИМ. Резистори R19, R22 і R23
одночасно утворюють дільник, який змінює масштаб регулювання струмів
фаз. Максимальний піковий струм в даному випадку відповідає коду 255, і
дорівнює 5,11 А, при напрузі 0,511 В на датчиках струму. Так як постійна
складова на виході ШИМ змінюється в інтервалі від 0 до 5 В, тому
необхідний коефіцієнт розподілу буде дорівнювати приблизно 9,7. В свою
чергу підключені виходи компараторів до входів переривань INT0 і INT1
мікроконтролера [8].
Два логічні входи використовуються для керування роботою двигуна:
FWD (вперед) і REW (назад), які підключені до роз'єму ХР1. Якщо подати на
один з цих входів низький логічний рівень, відповідно двигун починає
обертатися на заданій мінімальній швидкості, і в подальшому може із
заданим постійним прискоренням поступово розігнатись.
Коли двигун досягає заданої робочої швидкості, розгін завершується. В
випадку подачі команди зміни напряму обертання, з тим же прискоренням
двигун гальмується, потім реверсує і знову розгноюється.
До роз'єму ХР2, окрім командних входів, підключені два входи для
кінцевих вимикачів. Якщо на відповідному вході присутній низький
логічний рівень, то кінцевий вимикач вважається таким, що спрацював.
Обертання в даному напрямі буде заборонено. Якщо кінцевий вимикач
спрацьовує під час обертання двигуна, то двигун переходить до гальмування
із заданим прискоренням, і нарешті зупиняється.
Ланцюжками, що складаються з резистора і стабілітрона, R1VD6,
R2VD7, R3VD8 і R4VD9, будуть захищені від перенапружень командні
входи і виходи кінцевих вимикачів.
Формується живлення мікроконтролера за допомогою мікросхеми
стабілізатора. Дана мікросхема також виконує функції монітора живлення.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
18
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Якщо напруга живлення понизиться нижче встановленого порогу, дана
мікросхема для мікроконтролера формує сигнал «скидання». На стабілізатор
подається живлення через діод VD1, який разом з конденсатором С6 зменшує
пульсації. Дані пульсації можуть бути викликані комутаціями щодо
потужнього навантаження, в якості якого і є кроковий двигун. Живлення на
плату подається через 4 - контактний роз'єм ХР4 з подвоєними контактами.
Недоліком даної схеми керування КД є достатньо великий економічно
не вигідний перелік елементів. По-друге, використання паралельної роботи
польових транзисторів VТ1 - VТ8 - їх 8, хоча можна використати всього лиш
4, але із більшим струмом З А. Також досить громіздкою є система
стабілізації напруги, так як необхідне живлення постійного струму[3].

1.2 Огляд прототипу пристрою керування кроковими
двигунами
У загальному випадку, завдання по керуванню кроковими двигунами
(КД) зводиться до комутації його обмоток для обертання валу двигуна в
потрібному напрямку й з потрібною частотою (швидкістю). Це неможливо
зробити без блоку керування. Звичайно кроковий двигун (з редуктором або
без) із блоком керування називають приводом крокового двигуна. Фірми, що
реалізують на ринку КД, як правило, пропонують до них блоки керування із
закінченими мережними інтерфейсами керування: RS-485, CAN, USB,
PROFIBUS, Ethernet, та ін. Крім того, блоки керування КД можуть
управлятися й імпульсними сигналами (наприклад, рівня ТТЛ). У складних
виробах приводи КД можуть застосовуватися в складі закінчених
функціональних вузлів, які управляються розподіленою системою збору
даних і контролю всього виробу. Найчастіше буває так, що функціональний
вузол виготовлений раніше, чим уся система керування виробом. На етапі
пуско-налагоджувальних робіт, при перевірці й настроюванню
функціонального вузла, що містить приводи КД, доцільно застосувати
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
19
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

місцевий пристрій керування (далі пульт), який дозволяє задавати напрямок і
швидкість обертання валу КД. Представлений пристрій керування буде
корисний на етапі макетування й відпрацьовування конструкції виробу.
Розглянемо привод FM-STEPDRIVE фірми SIEMENS, досить широко
представлений на ринку в різних системах автоматизації для обробних
верстатів. FM-STEPDRIVE застосовується для керування кроковими
двигунами SIMOSTEP серії 1FL3, і разом з функціональними модулями FM-
NC, FM 353 і FM357-2 виконує високоточні завдання позиціонування в
діапазоні потужностей від 50 Вт до 600 Вт. Цей привод показовий тим, що в
ньому представлені всі основні сигнали керування: КРОК, НАПРЯМОК,
ДОЗВІЛ і ГОТОВНІСТЬ, які можуть використовуватися в приводах КД
інших фірм.
FM-STEPDRIVE управляється за допомогою імпульсного й
сигнального інтерфейсів.
Через імпульсний інтерфейс подаються: PULSE (вхід) – тактові
імпульси, DIR (вхід) – сигнал напрямку руху, ENABLE (вхід) – сигнал
дозволу роботи, READY1_N (вихід) – сигнал готовності.
Лінії сигнального інтерфейсу:
- L+(24V) – живлення 24 В,
- M (24V GND) – загальне проведення для 24 В,
- GATE_N (вхід) – сигнал дозволу/блокування тактових імпульсів (
при рівні 0 В зчитування сигналів не проводиться),
- READY2 (вихід) – сигнал готовності привода ( для ЧПУ).
Усі ланцюги гальванічно відв'язані від мережі.
Принципова схема пристрою наведено на рисунку 1.12.
Через з'єднувачі пульта Х1, Х2 і Х3 подаються відповідні сигнали
керування приводами FM-STEPDRIVE №1, №2 і №3. У пульті можна
задавати наступні значення частот обертання ротора крокових двигунів (
об./хв): 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 44, 45, 46, 48, 50, 51, 53, 55, 57, 60, 62, 65,
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
20
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

68, 71, 75, 78, 83, 88, 93, 100, 107, 115, 125, 136, 150, 166, 187, 214, 250, 300,
375. До приводів FM-STEPDRIVE підключалися двигуни SIMOSTEP
1FL3043 при встановленому дозволі 1000 кроків на оберт.
В інтерфейс пристрою входить клавіатура (кнопки S1...S8), індикатори
HL1...HL6 і блок індикації (дисплей) із чотирьох цифрових семисегментних
індикаторів HG1...HG4. Кнопки клавіатури мають наступне призначення: S1
(▲) – збільшення швидкості ( об./хв) крокового двигуна. Кожне натискання
на кнопку збільшує частоту обертання ротора обраного КД (ряд значень, що
задаються, наведений вище). Утримання кнопки в натиснутому стані більш
трьох секунд, приводить до безперервного збільшення значення обраного
привода через кожні 0.5 с.
S2 (▼) – зменшення швидкості ( об./хв) крокового двигуна. Кожне
натискання на цю кнопку зменшує частоту обертання ротора обраного КД.
Утримання кнопки в натиснутому стані більш трьох секунд приводить до
періодичного зниження швидкості обраного привода через кожні 0.5 с.
S3 (Н) – напрямок обертання вала обраного крокового двигуна:
уперед (за годинниковою стрілкою), назад (проти годинникової стрілки). При
обраному напрямку обертання включаються індикатори HL1, HL2, HL3
(уперед для приводів №1-3) або HL4, HL5, HL6 (назад для приводів №1-3).
S4 (В) – вибір привода (вибір КД) у циклі («привод 1», «привод 2»,
«привод 3») після режиму «привод 3» вибирається режим «привод 1»;
S5 (С1) – кнопка старт/стоп для привода №1;
S6 (С2) – кнопка старт/стоп для привода №2;
S7 (С3) – кнопка старт/стоп для привода №3;
S8 (С) – загальна зупинка усіх приводів, незалежно від того, який
привод був обраний у теперішній момент.
Індикатори дисплея мають наступне призначення (ліворуч праворуч
на рисунку 1): 1 розряд (індикатор НG1) відображає «1» у режимі «привод
1», «2» – у режимі «привод 2», «3» – у режимі «привод 3».
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
21
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.12а – Принципова схема пристрою керування
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
22
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.12 б – Принципова схема пристрою керування

2 розряд (індикатор НG2) відображає розряд значення сотень об./хв у
всіх перерахованих режимах.
3 розряд (індикатор НG3) відображає розряд значення десятків об./хв
у всіх режимах.
4 розряд (індикатор НG4) відображає розряд значення одиниці об./хв
у всіх режимах.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
23
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Відразу після подачі живлення пристрій переходить у режим роботи
«привод 1». На дисплеї индикується значення 35 об./хв (мінімальне
значення), ротор крокового двигуна привода №1 не обертається. Для запуску
двигуна необхідно нажати на кнопку S5 (С1). Кнопками S1, S2 (▲,▼)
встановлюється необхідне значення ( об./хв.) швидкості обертання КД,
кнопкою S3 – напрямок його обертання. При цьому включаються,
відповідно, індикатори HL1 (уперед) або HL4 (назад). Усі задані параметри
для даного привода зберігаються при переході на інший режим пульта
(«привод 2» або «привод 3»).
Розглянемо головні функціональні вузли принципової схеми пульта.
Основою пристрою служить мікроконтролер DD4 із частотою синхронізації
10 МГц, що задається кварцовим резонатором ZQ1. Мікроконтролер
управляє роботою всього пристрою вцілому. Клавіатура зібрана на кнопках
S1...S8. Для визначення натискання кнопок клавіатури задіяний вивід 7
мікроконтролера. Резистори R1...R3, R5, R9, R13 обмежують струм
індикаторів HL1...HL3, HL4, HL5, HL6. Динамічна індикація зібрана на
регістрі DD5, транзисторах VT1...VT4 і цифрових семисегментних
індикаторах HG1...HG4. Тактова частота (сигнал PULSE) на три приводи КД
надходить із програмувального таймера DD3 КР580ВИ53.
Канал 0 таймера формує послідовність тактових імпульсів для
привода №1, канал 1 – для привода №2, і канал 2 – для привода №3. Усі три
канали працюють у режимі 3 (режим генератора меандру). Коефіцієнт
розподілу задається однобайтним числом. Тактова частота F1, рівна
приблизно 6.25 кГц, надходить на входи каналів таймера (виводи 9, 15, 18
DD3) від генератора, зібраного на мікросхемі DD6. Резистором R29
здійснюється регулювання частоти. Живляча напруга на пульт надходить
через з'єднувач Х4. Конденсатор С4 фільтрує пульсації в ланцюзі живлення
+5V.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
24
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

У режимі 3 кожний канал таймера працює як дільник вхідних
сигналів на N (N – коефіцієнт розподілу, який може ухвалювати значення від
0 до 255). При цьому тривалість позитивного й негативного півперіодів
вихідного сигналу для парних N рівна Тс N/2, де Тс – період сигналу тактової
частоти, для непарних N позитивний півперіод рівний Тс (N + 1)/2, а
негативний – Тс (N – 1)/2.
У режимі 3 канали не виконують свої функції при записі в лічильники
числа N = 3.
Тому реалізоване програмне обмеження N>4. Перезавантаження
лічильника під час рахунку не впливає на поточний період, однак наступний
період буде відповідати вже новому встановленню ліку. Мінімальна частота
кожного каналу визначається мінімальною частотою обертання ротора КД, і
для нашого випадку (35 об./хв) рівна приблизно 595 Гц, максимальна ( для
375 об./хв) – 6.25кГц. Для обчислення частоти обертання ротора в обертах у
хвилину в програмі закладена формула F=1500/N, де N – вищевказаний
коефіцієнт розподілу в каналі таймера DD3 (4 <N< 42). Вихідними даними
для одержання цієї формули є частота генератора 6.25 кГц і кількість кроків
на один оберт крокового двигуна (1000). Десяті частки, отримані при
розподілі двухбайтного двійкового числа 1500 на однобайтне двійкове N, у
програмі відкидаються.
Розглянемо взаємодію пульта й привода FM-STEPDRIVE через
імпульсний інтерфейс на прикладі привода №1, що підключається до
з'єднувача Х1 пульта. Сигнали керування на приводи через з'єднувачі Х1...Х3
надходять із регістру DD2 і інверторів DD1.1 – DD1.3. На входи інверторів
подаються сигнали тактової частоти із програмувального таймера DD3. З
контакту 7 з'єднувача Х1 сигнал READY1_N надходить на вхід 8
мікроконтролера DD4. При нульовім значенні на дисплеї пульта (відразу
після подачі живлення й ініціалізації) сигнал ENABLE установлений в «лог.
0», сигнал READY1_N – в «лог. 1». Після завдання із клавіатури якого-
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
25
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

небудь значення для привода 11 мікроконтролер установлює ENABLE в «лог.
1». По цьому сигналу привод FM-STEPDRIVE установлює READY1_N в
«лог. 0». Мікроконтролер аналізує рівень сигналу, що надходить на вхід 8.
При «лог. 0» на цьому вході на виводі 11 таймера (вхід дозволу рахунку
каналу 0) буде присутній «лог. 1». При цьому рахунок каналу 0 дозволений.
Мікроконтролер управляє даним входом таймера через регістр DD5. Сигнал
на вивід 11 таймера надходить із виводу 12 регістру DD5. Якщо привод 11
виставив READY1_N в «лог. 1», на вході 11 таймера буде рівень «лог. 0»
рахунок, що забороняє, каналу 0 таймера. На виході каналу 0 (вивід 10
таймера) буде встановлена «лог. 1».
Відповідно, сигнал PULSE (контакт 1 з'єднувача Х1) після інвертора
DD1.1 прикмет значення «лог. 0».
Зовсім аналогічно вихідні сигнали READY1_N приводів 11 і 12
формуються каналами 1 і 2 таймера.
Програмне забезпечення мікроконтролера DD4 складається із трьох
основних частин: процедури ініціалізації, основної програми, що працює в
замкненому циклі й підпрограми обробки переривань від таймера TF0. В
основній програмі відбувається обчислення частоти обертанні роторів
крокових двигунів і перетворення, що вийшов двухбайтного двійкового
числа в десяткові двоїчно-кодовані (BCD) числа для відображення інформації
на дисплеї пульта. У підпрограмі обробки переривань від таймера в кожному
циклі відбувається опитування клавіатури, перекодування двоїчно-
десяткового числа в код семисегментного індикатору й запис інформації з
порту P1 мікроконтролера в регістри DD2 і DD5. Запис у регістри
відбувається по фронту імпульсів, що подавайтеся, відповідно, з виводів 3 і 6
мікроконтролера.
Таймер TF0 формує запит на переривання через кожні 3400 мкс і
виконує функцію лічильника часу, формуючи тимчасові інтервали, необхідні
для відображення розрядів у динамічній індикації блоку.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
26
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Відразу після подачі живлення на виводі 1 мікроконтролера DD4
через ланцюг R16, С1 формується сигнал апаратного скидання
мікроконтролера. Далі йде ініціалізація програми, у якій задаються
параметри роботи динамічної індикації, програмувального таймера DD3 і
режими приводів FM-STEPDRIVE. Потім запускається таймер TF0 і
дозволяється робота пристрою по описаному вище алгоритму. У підпрограмі
опитування клавіатури байт, виведений у порт Р1 мікроконтролера, являє
собою код «нуль, що біжить». Після запису цього байта в порт Р1
мікроконтролер аналізує сигнал на вході 7 (Р3.3). При натисканні будь-якої
кнопки на вході 7 з'являється «лог. 0». Таким чином, кожна кнопка
клавіатури «прив'язана» до свого розряду байта. Натисканням кнопки S4
інкрементується регістр R2, і, тим самим, задається один із трьох режимів
роботи пульта. При натисканні на кнопку S1 установлюється прапор, що
дозволяє збільшувати поточне значення частоти обертання вала КД обраного
привода, індицируємого на дисплеї пульта. Одночасно запускається
лічильник на регістрі R3.
Якщо кнопка втримується натиснутої більш трьох секунд, значення,
відображуване на дисплеї, збільшується безупинно з періодичністю 0.5 с.
Лічильник, що формує інтервал 0.5 с, організований на регістрі R4.
При відпусканні кнопки S1 усі лічильники обнуляються. Точно в
такий же спосіб організована робота кнопки S2 для зменшення поточного
значення частоти обертання вала КД. При натисканні на S2 поточне значення
на дисплеї блоку зменшується. Лічильники, що підтримують алгоритм
роботи кнопки S2, організовані на регістрах R5 і R6. Одночасно зі зміною на
дисплеї пульта числа для поточного каналу міняється коефіцієнт розподілу,
записуваний у відповідний канал таймера DD3.
З виходів регістру DD5 (виводи 2, 5, 6, 9) через ключі на транзисторах
VT1...VT4 управляються індикатори HG1...HG4. Сигналами з виводів 12, 15 і
16 регістру DD5 дозволяється робота каналів 0, 1, 2 таймера DD3. Адреси
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
27
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

таймера вибираються сигналами з виводів 16 і 19 регістру DD2. Оскільки
таймер працює тільки в режимі запису, його вивід 22 (RD) підключений до
шини живлення +5V. У пам'яті даних мікроконтролера з адреси 30Н по 3BН
організований буфер відображення для динамічної індикації. По
функціональнім призначенню адресний простір буфера можна умовно
розбити на три групи. Кожна група, відповідно з кількістю розрядів, займає
чотири комірки пам'яті:
- 30Н...33H – адреси поточних значень частоти обертання вала КД (
об./хв) для привода 11. Індицируються в режимі «привод 1». За адресою 30Н
зберігається число 1.
- 34Н...37Н – адреси поточних значень частоти обертання вала КД (
об./хв) для привода 12. Індицируються в режимі «привод 2». За адресою 34Н
зберігається число 2.
- 38Н...3ВН – адреси поточних значень частоти обертання вала КД (
об./хв) для привода 13. Індицируються в режимі «привод 3». За адресою 38Н
зберігається число 3.
Зазначені адреси завантажуються в регістр R0 мікроконтролера. У
підпрограмі обробки переривань від таймера TF0 (мітка OT) кожний байт
функціональної групи після перекодування виводиться в порт Р1
мікроконтролера. Для включення індикаторів HG1...HG4 необхідно
встановити «лог. 0», відповідно, на виводах 2, 5, 6 або 9 регістру DD5. Так
наприклад, для того, щоб у режимі «привод 1» на індикаторі HG1
индициювалась «1», необхідно двійководесятичне число, розташоване за
адресою 30H перекодувати, вивести в порт Р1 мікроконтролера, і записати
«лог. 0» у перший розряд регістру DD5 (вивід 2). По черзі записуючи в порт
Р1 мікроконтролера перекодовані байти з функціональної групи буфера
відображення й «лог. 0» у відповідний розряд регістру DD5, ми одержуємо
режим динамічної індикації.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
28
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Зрозуміло, що кожний розряд індикатору пристрою «прив'язаний» до
своєї адреси у функціональній групі. На регістрі R1 реалізований лічильник
розрядів.
При кожнім звертанні до підпрограми обробки переривань регістри
R0 і R1 інкрементируються. При ініціалізації в R0 завантажується адреса 30H
(режим «привод 1»), а в R1 число 1. У гнізді ОЗП з адресою 20Н перебуває
байт, що управляє розрядами динамічної індикації й входами дозволу
рахунку каналів 0, 1, 2 таймера DD3.
Байт записується в регістр DD5 відразу після опитування клавіатури.
Молодша тетрада в цьому байті являє собою код «нуль, що біжить» для
почергового включення розрядів динамічної індикації.
Цикл індикації, як ми вже відзначали, рівний 3.4 мс. За адресою 21Н у
ОЗП перебуває байт, який управляє сигналами імпульсних інтерфейсів
приводів (сигнали DIR і ENABLE) і задає адреси каналів у таймері DD3.
Даний байт у циклі підпрограми обробки переривань виводиться в регістр
DD2. Написана на асемблері програма займає порядку 1 Кбайт flash-пам'яті.
Конструктивно пульт виконаний у вигляді функціонально
закінченого модуля. Фотографія макета пульта представлено на рисунку 1.13.

Рисунок 1.13 Зовнішній вигляд макету пульта
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
29
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

У пристрої використані резистори З2-33Н-0.125. Підійдуть будь-які
інші з такою ж потужністю розсіювання й погрішністю 5%. Резистор R29
типу СП5-16ВВ.
Конденсатори З1, З4 – ДО50-35, З2, З3 – ДО1017а. У всіх мікросхем
між ланцюгом +5V і загальним провідником корисно встановити блокувальні
конденсатори ДО 17-Н900.1мкФ. Мікроконтролер DD4 типу АТ89С4051-
24PI.
У дисплеї виділений розряд індикатору (HG1) поточний режим, що
відображає, роботи пристрою на тлі інших розрядів інтерфейсу. Тому для
нього обраний семисегментний індикатор червоного кольору HDSPF001
(можна використовувати HDSP-F151).
Індикатори HG2...HG4 типу HDSP-F501 мають зелений колір
світіння. Світлодіоди HL1...HL6 можуть бути будь-якими з IПР = 10 мА.
Споживання струму по шині +5 В не перевищує 100 мА. У схемі
немає ніяких настроювань і регулювань, крім невеликого підстроювання
частоти генератора на мікросхемі DD6, і якщо монтаж виконаний правильно,
вона починає працювати відразу після подачі напруги живлення. Спочатку
слід перевірити працездатність пульта, не підключаючи до нього приводи.
Для цього необхідно подать «лог. 1» на контакти 7 з'єднувачів Х1...Х3
(сигнали READY1_N_N). Потім, підключивши приводи, перевірити
працездатність, починаючи з першого. Підключати приводи до пульта, а
також крокові двигуни до привода, можна тільки при виключеному
живленні.

Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
30
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

2 ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
Згідно технічного завдання в даній дипломній роботі необхідно
розробити пристрій дистанційного керування приводом електричного
двигуна.
В якості електричного двигуна використаємо кроковий двигун
SIMOSTEP серії 1FL3.
В пристрої керування, що розробляється, необхідно реалізувати
наступні характеристики:
Режими роботи кроковими двигунами SIMOSTEP серії 1FL3:
- збільшення швидкості( об./хв) крокового двигуна;
- зменшення швидкості ( об./хв) крокового двигуна;
- вибір привода (вибір КД) у циклі («привод 1», «привод 2», «привод
3»);
- напрямок обертання валу обраного крокового двигуна: уперед (за
годинниковою стрілкою), назад (проти годинникової стрілки);
- старт/стоп для привода №1;
- старт/стоп для привода №2;
- старт/стоп для привода №3;
- загальна зупинка усіх приводів, незалежно від того, який привод був
обраний у теперішній момент.
Канал для збору інформації з ПК через лінію CAN з наступними
характеристиками:
а) можливість прийому інформації на швидкості до 1Мбіт/с;
б) вхідний опір 120 Ом;
в) забезпечити електричний розв’язок мережі CAN від основної схеми
пристрою.
Канал для збору інформації з ПК через лінію стандарту Ethernet.
Пристрій повинен бути побудований на сучасній елементарній базі,
що обумовить досить малий розмір кінцевого виробу.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
31
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Пристрій повинен мати можливість проводити налагодження через
мережу Ethernet або CAN.
Вхідна напруга живлення 5В, струм споживання до 500мА.
Приведені характеристики вказують на доцільність даної розробки.

Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
32
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ
На основі технічного завдання на розробку пристрою дистанційного
керування приводом електричного двигуна, було розроблено структурну
схему пристрою, яку зображено на рис 3.1.
Основу пристрою становить мікроконтролер. Він обробляє сигнали
керування, що надходять з ліні CAN або Ethernet, від віддаленого
персонального компьютера, проводить при необхідності первинну обробку та
накопичення інформації, формує та передає пакети керування на схему
буферів сигналів керування двигунами, що формує необхідні сигнали по
рівнях безпосередньо до крокових двигунів.
Блок "Інтерфейс CAN" містить мікросхему, яка безпосередньо
формує необхідні сигнали в лінії.
Схема електричного розв’язку містить мікросхеми цифрового
електричного розв’язку керуючих сигналів та розв’язана джерело живлення
всього каналу.
Обмін інформацією між ПК і керуючим контролером відбувається в
діалоговому режимі по лініях інтерфейсу Ethernet, що забезпечує необхідну
дальність передачі інформації.
За "фізичне" формування сигналів лінії Ethernet відповідає блок PHY
Ethernet сигнали з якого надходять на роз’єм стандарту Ethernet з вбудованим
трансформатором розв’язку.
Блок живлення пристрою забезпечує необхідні напруги живлення
пристрою.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ
33
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 34
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.1 - Структурна схема пристрою керування приводами крокових двигунів

4 РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ
СХЕМИ
Проведемо розробку схеми електричної принципової
трьохканального пульта для керування приводами крокових двигунів.
Схема електрична принципова побудована на мікроконтролері А1
STM32F107 фірми STMicroelectronics, що має достатню економічність та
високопродуктивне ядро для забезпечення роботи пристрою. На елементах
Z1, С12, С13 зібрано тактовий генератор мікроконтролера. Частота
кварцового генератора Z1 16Мгц в подальшому підвищується внутрішніми
множниками мікроконтролера до робочої 72МГц.
Інтерфейс CAN побудований на мікросхемі DD1 AMIS-42670 фірми
ON SEMICONDACTOR.
Схема електричного розв'язку побудована на мікросхемі DD2.
Використовується мікросхема ADUM1301 фірми Analog Devices.
Фізичний рівень Ethernet (PHY Ethernet) побудований на мікросхемі
DD3 RTL8201BL фірми Realtek. Мікросхема підключена до вбідованогоо в
мікроконтролер MAC модуля за допомогою MII інтерфейсу.
Блок живлення для роботи мікроконтролера та інтерфейсу Ethernet
побудований на мікросхемі DA1. Також на схемі присутній електрично
розв’язаний модуль живлення длі системи електричного розв'язку каналів:
DA2.
Мікросхеми DD3, DD4 - 74AC1034 (ЛП16) – реалізують схему
буферів сигналів керування двигунами, гальванічної розв’язки крокових
двигунів SIMOSTEP серії 1FL3 від мережі, такими як: КРОК, НАПРЯМОК,
ДОЗВІЛ і ГОТОВНІСТЬ, а саме: PULSE (вхід) – тактові імпульси, DIR (вхід)
– сигнал напрямку руху, ENABLE (вхід) – сигнал дозволу роботи,
READY1_N (вихід) – сигнал готовності.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 35
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 36
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

+3.3V
C17
R4 R5 R6 R7 R8 R9
C12 1
Z2
R3
Z1
C18
R1 C13 05 26 RXD2
PD0-OSC_IN PB0 GND
06 CPU 27 RXD3 5 4 3 2
GND PD1-OSC_OUT PB1
X1 54 28 HL1 HL2 HL3 HL4 HL5
1 PD2 PB2
CANH 55
PB3/JTDO
7 RTX 1 CRS 14 56
2 CANH TxD PA0 PB4/JTRST
CANL 6 (CAN) 4 RXC 15 57 46 09
CANL RxD PA1 PB5 X1 PHY PHYAD0/LED0
AMIS- MDIO 16 58 47 10
3 PA2 PB6 X2 PHYAD1/LED1
GND 3 42670 8 COL 17 59 RTL 12
Vcc S PA3 PB7 PHYAD2/LED2
2 5 20 61 TXD3 MDC 25 8201BL 13
C1 GND Vref PA4 PB8 MDC PHYAD3/LED3
DD1 21 62 MDIO 26 15
PA5 PB9 MDIO PHYAD4/LED4
22 29 RXER TXD0 06
0.1 PA6 PB10 TXD0 X5
RXDV 23 30 TXEN TXD1 05 34 TD+ 1
PA7 PB11 TXD1 TPTX+
R1 41 33 TXD0 TXD2 04 33
PA8 PB12 TXD2 TPTX-
R2 42 34 TXD1 TXD3 03 TD- 2
PA9 PB13 TXD3
R3 43 35 TXC 07 31
PA10 PB14 TXC TPRX+
CAN_RX 44 36 TXEN 02 30 RCT 3
PA11 PB15 TXEN TPRX-
CAN_TX 45 RXDV 22
PA12 RXDV R2
CAN_S 46 08 RXD0 21 28 RD+ 4
PA13/TMS PC0 RXD0 RTSET GND
49 09 MDC RXD1 20 43
PA14/TCK PC1 RXD1 ISOLATE
50 10 TXD2 RXD2 19 40 RD- 5
PA15/TDI PC2 RXD2 RPRT
11 TXC RXD3 18 39
PC3 RXD3 SPEED
01 24 RXD0 RXC 16 38
VBAT PC4 RXC DUPLEX C23
25 RXD1 COL 01 37
PC5 COL ANE +3.3V
12 37 RESET_E CRS 23 41
GND VSSA PC6 CRS LDPS
38 P1 RXER 24 44
13 PC7 RXER/FXEN MII/SNIB/RTT3
VDDA 39 P2 42
PC8 RESETB GND
40 P3 27
03 14 CAN_RX 19 PC9 NC L2
VIA ADuM VOA +3.3V VDD 51 D1 32
04 13 CAN_S 32 PC10 PWFBOUT
VIB 1301 VOB VDD 52 D2 14 08
05 12 CAN_TX 48 PC11 +3.3V DVDD33 PWFBIN
VOC VIC VDD 53 D3 48 C20 C21 C22
07 10 64 PC12 DVDD33
VE1 VE2 C14 VDD 02 E1 11 36
PC13 DGND AVDD33
C6 03 E2 17 29
01 16 18 PC14 DGND AGND
Vdd1 Vdd2 +5V VSS 04 E3 45 35 GND
02 09 C10 31 PC15 DGND AGND
GND1 GND2 VSS DD5
08 15 47
GND1 GND2 VSS 60
DD2 63 BOOT0 C15 C16 L1
GND GND VSS 07
A1 NRST +3.3V
C19
GND
RESET_E
DA2
6 1 DD3 DD4
Vout+ DC/DC Vin+ +5V
C3 C5 C9 C11
P6CU 1 1
4
Vout- 0505E 2 P1 01 ЛП16 02 1.PULSE E1 01 ЛП16 02 1.ENABLE
Vin- GND
(1034) (1034)
1 1
R10
P2 03 ЛП16 04 2.PULSE E2 03 ЛП16 04 2.ENABLE 1.PULSE
+5V
(1034) (1034)
R11
2.PULSE
1 1
R12
P3 05 ЛП16 06 3.PULSE E3 05 ЛП16 06 3.ENABLE 3.PULSE
(1034) (1034)
X2 X3 X4 R13
1.DIR
GND 01 GND 01 GND 01
1 1
R14
D1 09 ЛП16 08 1.DIR 1.READY 09 ЛП16 08 R1 2.DIR
1.PULSE 2.PULSE 3.PULSE
(1034) (1034) PULSE 02 PULSE 02 PULSE 02
R15
3.DIR
PULSE_N 03 PULSE_N 03 PULSE_N 03
1 1
R16
D2 11 ЛП16 10 2.DIR 2.READY 11 ЛП16 10 R2 1.ENABLE
1.DIR DIR 04 2.DIR DIR 04 3.DIR DIR 04
DA1 (1034) (1034)
1 R17
5V 3 *STU 2 2.ENABLE
Vin Vout +3.3V DIR_N 05 DIR_N 05 DIR_N 05
NCP 1 1
R18
1 1117DT D3 13 ЛП16 12 3.DIR 3.READY 13 ЛП16 12 R3 3.ENABLE
C2 C4 GND C7 C8 1.ENABLE ENABLE 06 2.ENABLE ENABLE 06 3.ENABLE ENABLE 06
(1034) (1034)
R19
1.READY
ENABLE_N 07 ENABLE_N 07 ENABLE_N 07
2
GND R20
GND 2.READY
1.READY READY1_N 08 2.READY READY1_N 08 3.READY READY1_N 08
R21
3.READY
GND 09 GND 09 GND 09
GND 10 GND 10 GND 10
GND GND GND

Рисунок 4.1 - Принципова схема пристрою керування приводами крокових двигунів.

5 ВИБІР ТА ОПИС ОСНОВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ
КЕРУВАННЯ
5.1 Мікроконтролер STM32F107
Даний мікроконтролер є частиною сімейства STM32, що розробила
компанія STMicroelectronics. Базується даний пристрій на архітектурі ARM
Cortex-M3 та має як широкий спектр функціональності, так і відповідно
можливостей для розробки вбудованих систем. Зовнішній вигляд
мікроконтролера представлено на рис.5.1.

Рисунок 5.1 – Мікроконтролер STM32F107 в складі
налагоджувального стенду

Розглянемо основні технічні характеристики STM32F107, що
включають наступне:
Ядро ARM Cortex-M3: STM32F107 має 32-бітне ядро ARM Cortex-M3
з тактовою частотою до 72 МГц. Це дозволяє виконувати швидкі
арифметичні операції та забезпечує достатньо високу продуктивність.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 37
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Пам'ять: Мікроконтролер має вбудовану флеш-пам'ять для
програмного коду розміром до 256 КБ та оперативну пам'ять (RAM)
розміром до 64 КБ. Крім того, присутня EEPROM-пам'ять для збереження
постійних даних.
Інтерфейси: мукроконтролер STM32F107 має можливість
підтримувати різноманітні інтерфейси: USB 2.0, UART (USART), SPI, I2C,
CAN, Ethernet та інші. Це в свою чергу дозволяє забезпечити зв'язок як із
периферійними пристроями так і іншими пристроями.
Аналогово-цифровий перетворювач (ADC): Вбудований 12-бітний
ADC дозволяє зчитувати аналогові сигнали із подальшим обробленням. Він
підтримує різні режими роботи та має кілька каналів для одночасного
зчитування даних з різних джерел.
Таймери: Мікроконтролер має кілька таймерів загального
призначення, які можуть використовуватись для вимірювання часу, генерації
пульсуючої широтної модуляції (PWM) та інших завдань.
Зовнішній інтерфейс: STM32F107 має набір входів/виходів (GPIO), які
можуть використовуватись для зв'язку зі зовнішніми пристроями та
периферійними пристроями.
Напруга живлення: Мікроконтролер може працювати в діапазоні зміни
напруги живлення від 2,0 до 3,6 В, що забезпечує його енергоефективність.
Робота з пам'яттю: STM32F107 підтримує роботу з вбудованою флеш-
пам'яттю, а це в свою чергу дозволяє як зчитувати так і записувати дані в
пам'ять безпосередньо з програмного коду.
STM32F107 є потужним інструментом для розробки вбудованих
систем, таких як робототехніка, автоматизація, медична техніка та інші
застосування, де потрібні висока продуктивність і багатофункціональність.
Цей мікроконтролер пропонує широкий набір функцій та легку інтеграцію з
іншими компонентами системи
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 38
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

5.2 Опис мікросхеми RTL8201BL
Realtek RTL8201BL - це швидкий фізичний рівень (Ethernet PHY
receiver) з MII або SNI інтерфейсом зв’язку з MAC мікросхемою.
Він забезпечує наступні особливості:
- Підтримує MII/7-лінійний SNI (Serial Network Interface -
Послідовний мережний інтерфейс) інтерфейс.
- Підтримує half/full спарену роботу.
- Підтримка 10/100Mbps швидкість.
- Сумісність з IEEE 802.3/802.3u.
- Підтримка крученої пари або коаксіальної передачі.
- Підтримує IEEE 802.3u з 28 пропозиціями зв’язку.
- Підтримка зв'язку в режимі з пониженим енергозберіганням.
- Підтримка сплячого режиму.
- Підтримує метод повторювача.
- Підтримує компенсацію (BLW) базової лінії.
- Регульовані вибір Speed/duplex/auto.
- Низьке енергетичне споживання і потреба в єдиному 3.3В живлення.
- 3.3В дія з толерантністю до 5В вхідного-вихідного сигналу.
- Адаптивне порівняння.
- 25MHz кристал/осцилятор для тактового генератора.
- Підтримка багатопоточної роботи з MAC (MDC/MDIO) пристроєм.
- Показ багато поточного стану системи.
- 48-вивідний корпус LQFP.
Структурна схема мікросхеми RTL8201BL зображена на рисунку 5.2.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 39
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 5.2 - Структурна схема мікросхеми RTL8201BL

Мікросхема містить:
- 10/100 half/full Switch Logic – вхідна логіка мікросхеми;
- 5B -> 4B Encoder – енкодер напруги;
- 5B -> 4B Decoder – декодер напруги;
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 40
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

- Data Alignment – дані для вирівнювання;
- Scrambler – скрамблер;
- Descrambler – дескремблер;
- Manchester coded waveform – генератор коду Manchester-а;
- 10/100M Auto-negotiation Control Logic – логіка автоматичного
зв’язку.
- Data Recovery – відновлювач інформації.
- 10M Output waveform shaping – формувач напруги на лінію 10М;

5.3 Ethernet в STM32F107
Мікроконтролери STM32F107xx, STM32F207xx і STM32F217xx
мають у своєму складі периферію Ethernet MAC. Основні властивості
периферії:
- Повноцінний MAC рівень із підключенням до зовнішнього
фізичного
- Полу/повнодуплексні режими роботи
- Робота на швидкостях 10 і 100 Мбіт/сек
- Підтримка прив'язки пакетів у часі
- Виділений DMA контролер із чергами прийому й передачі пакетів
- Інтегрований набір векторів переривань
- Керування входом/виходом режимів низького енергоспоживання
Розглянемо блок-схему Ethernet MAC у контролері STM32F107 (рис.
5.3).
Усю блок-схему можна розділити на 3 частини: інтерфейс
підключення Ethernet MAC внутрішній шині AHB контролера, безпосередньо
MAC 802.3 і інтерфейс підключення до зовнішньої мікросхеми PHY рівня
Ethernet.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 41
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Ethernet в STM32 влаштований таким чином, що користувач не
повинен створювати пакет, що відправляється, безпосередньо всередині
периферії. Формування або приймання пакета даних відбувається в області
пам'яті ОЗП.

Рисунок 5.3 - Блок-схема Ethernet MAC у контролері STM32F107

Відправляються або приймаються дані в ці області за допомогою
виділеного контролера прямого доступу до пам'яті, який обслуговує тільки
Ethernet і має специфічні властивості, на відміну від інших контролерів
DMA, представлених в STM32. Користувач настроює регістри DMA, а так
само дескриптори. Дескриптори – це дані в ОЗП, які пояснюють контролеру
прямого доступу до пам'яті, що робити з тією або іншою областю при роботі
Ethernet, тобто це додаткова службова інформація, використовувана
периферією Ethernet MAC, розміщена в ОЗП. На підставі контрольних
регістрів DMA і дескрипторів здійснюється копіювання пакетів даних з ОЗП
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 42
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

в чергу FIFO при відправленні й, навпаки, при прийманні. Якщо при
трансляції дані потрапили в чергу FIFO, то з деякою затримкою відбудеться
їхнє відправлення на фізичному рівні. Із цього моменту користувач може не
піклуватися про дану операцію, вона буде виконана. Аналогічно, приймання.
Якщо із черги приймання дані потрапили в позначену область ОЗП, то можна
вважати, що дані пройшли всі настроєні фільтри й у деяких випадках
перевірку контрольної суми, тобто з отриманими даними можна працювати,
процедура приймання закінчена.
Контролер MAC 802.3 крім безпосередніх операцій з потоком даних,
керованих контрольними регістрами, виконує ще ряд функцій. Даний модуль
додає контрольну суму CRC32 до пакетів, що відправляються, і перевіряє її в
прийнятих.
Це відбувається у випадку, коли розмір трансльованого пакета менше
розміру черги – 2кб. У випадку розбіжності – прийнятий пакет видаляється із
черги. Таким чином, розроблювач ПО може не замислюватися про існування
перевірки цілісності прийнятого/відправленого пакета даних, але
користуватися цим. Апаратна підтримка контролера виконає це самостійно.
Крім цього, контролер підтримує стандарт PTP IEEE 1588. Цей стандарт
дозволяє синхронізувати роботу мережі в часі. Це може застосовуватися,
наприклад, для одночасного виміру параметрів у різних частинах мережі.
Далі, пакети з даними можуть із різною затримкою доставлятися в один з
модулів для обробки й аналізу.
Інтегрований в STM32 контролер MAC 802.3 має блок регістрів
статистики роботи мережі. Даний модуль апаратно фіксує кількість успішно
відправлених, прийнятих пакетів, а так само пакетів з помилкою в
контрольній сумі, кількість пакетів відправлених з однієї колізією й кількість
пакетів відправлених з більш ніж однією колізією. Програма користувача
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 43
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

може одержувати дану статистику і якось реагувати, наприклад, зменшити
кількість переданої інформації.
По командах, одержуваних з мережі Ethernet, можна будити
контролер. Ця функція можлива в STM32 завдяки блоку керування
живлення, інтегрованого в MAC контролер. Вийти з енергозберігаючого
режиму можна одержавши пакет спеціального виду. Пакет, за допомогою
якого контролер виводиться з енергозберігаючого режиму, повинен пройти
всі фільтри. А якщо ні, то він не зробить ніяких дій.
Контролер MAC 802.3 стежить за станом черги приймання даних з
Ethernet.
STM32 може мати до чотирьох MAC адрес. Нульова MAC адреса в
нього є завжди, за замовчуванням. Інші три, можуть бути дозволені або
заборонені. Всі MAC адреси можна використовувати в якості фільтрів
повідомлень. Крім фільтрації по точних адресах, контролер можна
застосовувати відносну фільтрацію, що називається hash-фільтрацією.
Основна властивість даного фільтра полягає в тому, що можна фільтрувати
повідомлення, які призначені для груп одержувачів.
Зовнішній фізичний інтерфейс Ethernet підключається до контролера
по певному стандарту. Це може бути MII (Media Independent Interface) або
RMII (Reduced Media Independent Interface). Ці види підключень
відрізняються друг від друга кількістю ліній і частотою роботи. Контролери
STM32 підтримують обидва інтерфейси фізичного рівня. Нижче на рис. 5.4
показано обидва види підключень.
Підключення по RMII вимагає всього 8 портів контролера, у той час
як для підключення фізичного рівня по стандарту MII потрібно 16 портів
контролера. Якщо перевести кількість вільних портів контролера у вартість,
то можна припустити, що з'єднання по RMII більш вигідно. Швидше за все,
так і є, однак є ряд нюансів. Інтерфейс RMII працює на частоті 50Мгц, що
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 44
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 5.4 - Підключення по стандарту RMII (ліворуч) і MII (праворуч)

вдвічі вище, чим в MII, відповідно емісія завад такого рішення буде вище.
Більш того для генерації частоти 50Мгц і видачі її на мікросхему фізичного
рівня буде задіяно один із множників частоти – рекомендоване виробником
рішення по тактуванню зовнішньої мікросхеми Ethernet PHY. І, нарешті,
контролер STM32 може підключити до 32-х зовнішніх мікросхем фізичного
рівня по інтерфейсу MII і всього лише одну – по інтерфейсу RMII. У
кожному разі, у розроблювача залишається право вибору яким образом
підключити зовнішню мікросхему фізичного рівня Ethernet.

5.4 Побудова та параметри мережі CAN
5.4.1 Побудова мережі CAN
Як відомо, мережа CAN (Controller Area Network) є стандартом для
мереж зв'язку, що широко використовуються при розробці вбудованих
систем. Даний тип мереж використовується для передачі даних між
електронними пристроями, що знаходяться на різних частинах
електроприводу, де необхідний швидкий та надійний обмін інформацією.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 45
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

У будь-якій реалізації CAN - носій (фізичне середовище передачі
даних) інтерпретується як ефір, у якому контролери, працюють як приймачі й
передавачі. При цьому, почавши передачу, контролер не перериває слухання
ефіру, зокрема він відслідковує й контролює процес передачі поточних,
переданих ним же, даних. Це означає, що всі вузли мережі одночасно
приймають сигнали передані по шині. Неможливо послати повідомлення
якому-небудь конкретному вузлу. Усі вузли мережі приймають увесь трафік
переданий по шині. Однак, CAN-Контролери надають апаратну можливість
фільтрації CAN-Повідомлень.
CAN мережа призначена для комунікації так званих вузлів. Кожний
вузол складається із двох складових. Це власне CAN контролер, який
забезпечує взаємодію з мережею й реалізує протокол, і мікропроцесор (CPU).
- CAN контролери з'єднуються за допомогою шини, яка має як мінімум
два провода CAN_H і CAN_L, по яких передаються сигнали за допомогою
спеціалізованих ІМС (інтегральних мікросхем) приймально-передавачів.
Трансивери, виконані у відповідності зі стандартом "High-Speed"
(ISO11898-2), найбільш прості, дешеві й дають можливість передавати дані зі
швидкістю до 1 Мбіт/c. "Fault-Tolerant" прийомопередавачі (не чутливі до
пошкоджень на шині) дозволяють побудувати високонадійну
малоспоживаючу мережу зі швидкостями передачі даних не вище 125 кбіт/c.
5.4.1.2 Фізичний рівень каналу CAN
Фізичний рівень (Physical Layer) протоколу CAN визначає опір кабелю,
рівень електричних сигналів у мережі й т.п. Існує кілька фізичних рівнів
протоколу CAN (ISO 11898, ISO 11519, SAE J2411). У переважній більшості
випадків використовується фізичний рівень CAN визначений у стандарті ISO
11898. ISO 11898 у якості середовища передачі визначає
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 46
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

двопровіднудиференціальну лінію з імпедансом (термінатори) 120 Ом
(допускається коливання імпедансу в межах від 108 Ом до 132 Ом.
Максимальна швидкість мережі CAN у відповідність із протоколом
рівна 1 Mbit/s. При швидкості в 1 Mbit/sec максимальна довжина кабелю
рівна приблизно 40 метрам. Обмеження на довжину кабелю пов'язане з
кінцевою швидкістю поширення сигналу й механізму побітового арбітражу
(під час арбітражу всі вузли мережі повинні одержувати поточний біт
передачі одночасно, отже сигнал повинен встигнути пошириться по всьому
кабелю за одиничний відлік часу в мережі.
5.4.1.3 Структура формату передачі даних
Дані по CAN мережі пересилаються у вигляді окремих кадрів
стандартного формату. Найбільш важливими полями є поле ідентифікатора
(identifier) і власне дані (data).
Ідентифікатор служить унікальним іменем для типу повідомлення й
визначає того, ким буде прийнято і як буде інтерпретовано наступне за ним
поле даних. Чому саме (арифметично) рівно це число, у загальному випадку
не має значення. Така контекстна адресація відрізняється рядом достоїнств
для мереж невеликого масштабу. Вона забезпечує максимально можливу
простоту модернізації. Оскільки децентралізовані контролери ніяк не зв'язані
між собою логічно, додавання нового елемента в систему ніяк не вплине на
поведінку всіх інших.

5.4.2 Реалізація інтерфейсу CAN
Інтерфейс CAN реалізований на мікросхемі AMIS-42670 -
високошвидкісний приймач інтерфейсу CAN, що підтримує довгі лінії
передач.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 47
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

AMIS-42670 - входить до списку найбільш поширених у використанні
високошвидкісних приймачів (1 Мбіт/с). Ідеально підходить для
використання в CAN-вузлах, критичних до власної споживаної потужності,
тобто на батарейках: зовнішній вхід STB (Standby) дозволяє повністю
відключати приймач від CAN-мережі, при цьому його струм споживання
скорочується до 10 мкА. Також в мікросхемах реалізований режим
автоматичного пробудження зі сплячого режиму при появі активності на
шині CAN.
Схема під’єднання мікросхеми до мікроконтролера зображена на
рисунку 5.4.

Рисунок 5.4 – Типова схема під’єднання прийомопередавача AMIS-42670

Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 48
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

6 ОХОРОНА ПРАЦІ
6.1 Аналіз умов праці інженера-розробника в науково-дослідній
лабораторії

В даному розділі проводиться аналіз умов праці інженера-розробника в
електротехнічній лабораторії. Приміщення лабораторії знаходиться у
виробничій будівлі на першому поверсі триповерхового будинку. Розміри
2 3
приміщення 6х5х3 м, площа, відповідно, становить 30 м , об’єм 90 м . В
приміщенні розташовано чотири робочих місця. Розміри приміщення
відповідають вимогам ДБН В.2.2.28-2010.
З усіма працівниками перед допуском до роботи проводять вступний та
первинний інструктажі згідно типового положення про навчання з питань
охорони праці (ДНАОП 0.00-4.12-05). Допуск до роботи відбувається після
проведення перевірки знань із вступного та первинного інструктажів.
Перевірка здійснюється згідно затвердженим керівником установи переліком
запитань.
Вступний інструктаж з питань охорони праці проводиться з усіма
працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну або тимчасову)
незалежно від їх освіти, стажу роботи за цією професією або посади;
студентами перед початком трудового і професійного навчання в лабораторії.
Первинний інструктаж проводиться з працівниками та студентами на
робочому місці до початку роботи.
Запис про проведення вступного інструктажу робиться у спеціальному
журналі.
Повторний інструктаж проводиться на робочому місці з усіма
працівниками та студентами: на роботах з підвищеною небезпекою — 1 раз у
квартал, на інших роботах — 1 раз на півріччя.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 49
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Стіни і стеля лабораторії мають світлий пастельний колір з матовою
фактурою. Для зручності прибирання приміщення стіни на 2 м від підлоги
пофарбовані масляною фарбою а підлога вкрита світлим лінолеумом.
Природне і штучне освітлення нормується згідно ДБН В.2.5-28-2006 в
залежності від характеристики зорової праці, найменшого розміру об'єкта
розрізнення, розряду і підрозряду зорової роботи, фону і контрасту об'єкта з
фоном. Згідно цього в лабораторії передбачені наступні види виробничого
освітлення: природне, штучне і сумісне.
Природне освітлення бічне - світло проникає в приміщення через два
вікна приблизними розмірами 1,5х2 м. Відповідно фактичний КПО становить
10-17%, що задовольняє умови ДБН В.2.5-28-2006 для ІІ розряду зорової
праці.
Штучне освітлення застосовується при недостатності природного
освітлення або відсутності його (у темний час доби). За призначенням
штучне освітлення належить до робочого.
Характер зорової праці відноситься до дуже високої точності,
найменший розмір об’єкту розрізнення 0,15-0,3 мм, контраст об’єкту з фоном
та характеристика фону середня, що відповідає ІІ розряду та підрозряду – в.
Згідно ДБН В.2.5-28-2006 штучна загальна освітленість при даній роботі
повинна бути не менша 500 лк, а комбіноване 750 лк. Загальне штучне
освітлення створюється штучними джерелами світла: люмінесцентними
світильниками. Кількість світильників – 9 шт. Лампа в світильнику має
потужність 18 Вт її світловий потік рівний 1200 лм при напрузі 220 В.
Світильники створюють на робочих місцях фактичний рівень освітлення -
520 лк, що повністю відповідає ДБН В.2.5-28-2006. Окрім цього, в темну
пору року на кожному робочому місці передбачене місцеве освітлення в
вигляді настільної лампи.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 50
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

На двох робочих місцях знаходяться лабораторні стенди та
вимірювальні прилади для проведення досліджень. В приміщенні лабораторії
знаходиться холодильний апарат, шафа з вимірювальними приладами та
документацією.
Для зберігання, обробки та аналізу даних в лабораторії розміщені два
персональних комп’ютера та копіювальний апарат. Кожен із лаборантів
працює за комп’ютером незначний час (не більше 2-3 годин за робочий
день). Монітор розміщено так, щоб світлові відблиски з вікна не заважали
роботі. Відстань від екрану монітора до очей становить не менше 70 см. Поза
працюючого за комп’ютером вільна, що забезпечується регулюванням
висоти та нахилом робочого крісла. Робота за комп’ютером ведеться
відповідно ДСанПіН 3.3.2-007-98.
Для живлення обладнання (персональний комп’ютер, копіювальна
техніка, холодильний апарат та ін. електроприлади) передбачена електрична
мережа напругою 220 В. Для цього на висоті 90 см від підлоги обладнанні 4
розетки. Над розетками розміщені попереджувальні надписи з зазначенням
напруги в розетці. Параметри електробезпеки лабораторії відповідають
вимогам ПУЕ-17 та ДНАОП 0.00-1.32-01.
На робочих місцях лабораторії витримуються необхідні параметри
мікроклімату: температура у холодний період року становить 21-23 ºС, в
теплий – 22-24 ºС; відносна вологість повітря залежно від температури
знаходиться у межах 55-65 %; швидкість руху повітря знаходиться в межах
0,1-0,2 м/с, що відповідає ДСН 3.3.6.042-99.
Для дотримання оптимальних параметрів мікроклімату в приміщенні
передбачена природна вентиляція (згідно ДБН В.2.5.67-2013) отвір якої
знаходиться над дверима.
Для попередження небезпечного впливу на здоров’я, працівники
щорічно проходять медичний огляд; в лабораторії два рази на добу
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 51
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

проводиться вологе прибирання, а раз на місяць дезінфікують все
приміщення. Категорично забороняється на робочих місцях вживати їжу та
напої, для цього є спеціально обладнане приміщення.
В приміщенні лабораторії існує невеликий рівень шуму від системного
блока комп’ютера, копіювального апарату та інших електричний приладів.
Фактичний рівень шуму 38-40 дБА не перевищує нормативний в 60 дБА
відповідно ДСН 3.3.6.037-99.
На працівників лабораторії впливають також деякі психофізіологічні
чинники, зокрема нервово-психічні перевантаження (монотонність роботи,
розумове перенапруження, тощо).
Для зниження негативного впливу рекомендується протягом робочого
дня через кожен час роботи за комп´ютером робити п’яти хвилинні перерви.
Працівники, що працюють з комп´ютером, обов’язково раз на рік
проходять медичний огляд у офтальмолога.
Відповідно до НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в
Україні» в установі розроблені відповідні заходи щодо забезпечення
пожежної безпеки:
- визначені обов’язки посадових осіб щодо забезпечення пожежної
безпеки;
- призначені відповідальні, які пройшли навчання і перевірку знань з
пожежної безпеки, за пожежну безпеку окремих приміщень;
- встановлений протипожежний режим та визначені місця для куріння,
застосування нагрівальних електроприладів;
- розроблені й затверджені загальнооб’єктові інструкції про заходи
пожежної безпеки;
- розроблена схема евакуації людей із установи на випадок пожежі.
Схеми евакуації розміщені на кожному поверсі будівлі (ДБН В.1.1.7-2016).
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 52
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Усі працівники при зарахуванні на роботу, безпосередньо на робочому
місці та щороку за місцем роботи проходять відповідно вступний, первинний
та повторний протипожежний інструктажі. Запис про проведення проти
пожежного інструктажу робиться в журналі, після чого дозволяється
приступити до роботи.
За характеристикою пожежної небезпеки приміщення лабораторії
відноситься до категорії В (у приміщенні знаходяться негорючі та
важкогорючі матеріали) відповідно ДСТУ Б В.1.1-36:2016.
На випадок пожежі крім головного виходу існує запасний евакуаційний
вихід, що виходить на сходову клітку. Ширина шляху евакуації становить не
менше 1 м, а дверей евакуаційного виходу – не менше 0,8 м при висоті
проходу не менше 2 м. Над дверима написано слово «Вихід». Евакуаційні
шляхи утримуються вільними та не захаращеними.
Для забезпечення більш надійного протипожежного захисту
приміщення необхідно застосування пожежної автоматики. Тому у
приміщенні лабораторії вкрай необхідно встановити систему пожежної
сигналізації, відповідно ДБН В.2.5-56-2014. Для ліквідації невеликих
осередків пожежі в установі передбачені первинні засоби пожежогасіння -
вогнегасники ВП-2 та ВП-5У, встановлені спеціальні щити які розміщені в
легкодоступних місцях.
В результаті проведеного аналізу можна зробити висновок, що умови
праці на робочих місцях в лабораторії за більшістю показників відповідають
оптимальним параметрам режиму роботи. Для забезпечення повноцінного
надійного протипожежного захисту лабораторії необхідно розробити та
змонтувати в ній систему пожежної сигналізації.

Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 53
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

6.2 Розробка системи пожежної сигналізації в приміщенні
лабораторії

Система пожежної сигналізації призначена для своєчасного виявлення
місця загорання й формування керуючих сигналів для систем оповіщення про
пожежу й автоматичне пожежегасіння.
Вітчизняні нормативні документи по пожежній безпеці суворо
регламентують перелік будинків і споруд, що підлягають оснащенню
автоматичною пожежною сигналізацією (ДБН В.2.5-56-2014). У цей час весь
перелік організаційно-технічних заходів на об'єкті під час пожежі має одну
головну мету - порятунок життя людей. Тому на перше місце виходять
завдання ранішнього виявлення загорання й оповіщення персоналу.
Основні функції пожежної сигналізації забезпечуються різними
технічними засобами. Для виявлення пожежі слугують оповісники, для
обробки й протоколювання інформації й формування керуючих сигналів
тривоги - приймально-контрольні пристрої й периферійні пристрої.
Для забезпечення пожежної безпеки в приміщенні лабораторії
пропонується застосувати мережеву адресну систему пожежної сигналізації
Simplex, яка складається з приймально-контрольного приладу Simplex 4100U
та різноманітних оповісників (датчиків).
В якості пожежних датчиків пропонується використати адресні
комбіновані пожежні датчики Simplex для раннього виявлення пожежі з
захистом від помилкових тривог
Комбіновані пожежні датчики Simplex 4098-9754 із серії TrueAlarm
поєднують в собі фотоелектричний датчик диму і термісторний датчик
температури. Для аналізу показників датчиків використовується
запатентована технологія Simplex TrueSens, яка забезпечує раннє виявлення
пожежі та високий рівень захисту від помилкових тривог. Ці пожежні
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 54
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

датчики підключаються до приймально-контрольного приладу Simplex
4100U через шлейфи двухпровідної лінії зв'язку IDNet і можуть
встановлюватися на стандартні бази, бази зі звуковою сигналізацією та бази з
ізолятором. Як і інші датчики Simplex, оповісники 4098-9754 мають
вбудовану функцію магнітного тестування.
Налагодження чутливості комбінованого пожежного датчика
виконується через приймально-контрольний прилад пожежної сигналізації,
при цьому можливо запрограмувати автоматичну зміну чутливості датчиків
(підвищення днем і зниження вночі) і поетапну активацію тривоги в
залежності від ступеня задимлення і температури навколишнього середовища
(при низьких значеннях видається попередження, при високих - сигнал
тривоги). Завдяки використанню спеціальних типів точок пожежний
оповісник 4098-9754 може передавати дані від димового і теплового сенсора,
використовуючи тільки одну адресу IDNet. При цьому дані про задимлення і
температуру, що приходять з комбінованого датчика можуть програмно
оброблятися як в сукупності так і окремо. Існує можливість підключення до
одного шлейфу до 250 пожежних датчиків TrueAlarm.
Для спільної роботи пожежних датчиків Simplex з ПКП 4100U
використовуються протокол IDNet. При цьому в один двухпровідний шлейф
класу А (кільцева структура) або В (деревоподібна структура) можна
об'єднати до 250 датчиків і адресних пристроїв. При інсталяції системи
пожежної сигналізації в ці шлейфи можна включити не тільки пожежні
датчики, а й адресні модулі ізоляції коротких замикань, командні і моніторні
модулі. Для прокладки шлейфів використовується як екранована, так і
неекранована кручена пара, а загальна довжина проводів при цьому може
складати до 3 км.
Робота димового датчика заснована на контролі оптичної щільності
навколишнього середовища, коли пожежний датчик з певною частотою
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 55
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

порівнює амплітуди імпульсів відбитого від часток диму інфрачервоного
випромінювання. Імпульси формуються ІЧ-випромінювачем, змонтованим в
димової камері пристрою, що знаходиться там же. Фотоприймач
орієнтований так, щоб при роботі в штатних умовах ІЧ випромінювання ним
не фіксувалося. При попаданні частинок диму в оптичну камеру пожежного
датчика на них відбувається хаотичне розсіювання випромінювання діода і
частина цього випромінювання потрапляє на фотоприймач, збуджуючи
електричний сигнал. Чим вище концентрація диму в повітрі, тим вище рівень
електросигналу і при перевищенні ним певного порогового значення датчик
диму формує повідомлення про пожежну тривогу.
Для налагодження оптичного датчика пропонується 7 рівнів чутливості
в діапазоні від 0,2 до 3,7% концентрації диму. Завдяки конструкції головки у
вигляді жалюзі, пожежний датчик може реагувати на надходження диму з
будь-якого боку, а використання фотоелектричної технології виявлення
димових частинок дозволяє пристрою коректно працювати при швидкості
повітряного потоку до 10 м / с.
Вбудований в пожежний датчик Simplex 4098-9754 теплової сенсор
може ідентифікувати пожежу як при досягненні температурою
навколишнього середовища заздалегідь заданого значення, так і на підставі
швидкості росту цієї температури. Одночасне відстеження відразу двох
параметрів допомагає уникнути помилкового спрацьовування датчика при
швидкій зміні температури в нормальних умовах, наприклад, при відкритті
вхідних дверей або при включенні опалювальних приладів. Крім
ідентифікації пожежі, теплові датчики можуть працювати як датчики
поточної температури для систем кондиціонування та опалення.
Всі повідомлення пожежний датчик Simplex 4098-9754 передає в
цифровому форматі на панель пожежної сигналізації 4100U, де виконується
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 56
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

інтелектуальна оцінка даних. При цьому пожежна панель дозволяє
виконувати наступні функції:
- індивідуальний вибір чутливості для кожного пожежного датчика;
- моніторинг чутливості оповісників;
- реєстрація максимальних значень температури для точного аналізу і
настройки чутливості;
- автоматична індивідуальна перевірка датчиків, виконувана раз в
хвилину, забезпечує надійність роботи пожежних оповісників;
- автоматична компенсація змін зовнішніх умов;
- використання технології TrueSense для спільного аналізу показань
датчика диму і датчика температури;
- можливість перегляду і друку інформації про стан оповісника;
- інформація про чутливості датчика диму виводиться на дисплей у
відсотках, а значення температури в градусах Цельсія.
І димовий, і тепловий пожежні датчики комбінованого оповісника
Simplex передають дані на панель пожежної сигналізації 4100U для оцінки
наступних параметрів: поточного значення температури, швидкості її
підйому і ступеня задимленості. Далі всі ці параметри обробляються і
корелюються з використанням функції TrueSense. При цьому виконується
зіставлення показань димового і теплового сенсорів із застосуванням
протестованої ковариаційної матриці, що забезпечує визначення ознак
пожежі на більш ранньому етапі, ніж при використанні показань кожного
датчика окремо. В результаті, завдяки технології TrueSense, протипожежна
система стає чутлива як до уповільнених пожеж з відносно низькою
температурою, так і до таких, що швидко розвиваються
(високотемпературних пожеж).
Комбіновані пожежні датчики Simplex можуть бути протестовані
безпосередньо на місці установки за допомогою магніту. При тому, що при
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 57
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

піднесенні магніту до корпусу датчика під дією магнітного поля відбувається
замикання контактів вбудованого в пристрій геркону, після чого справний
датчик відразу ж переходить в тривожний стан, і світлодіодний індикатор на
його корпусі загоряється. Якщо пожежний датчик несправний, то індикатор
спочатку блимає, а потім загоряється. При цьому інформація про стан будь-
якого датчика може бути виведена на екран пожежної панелі 4100U.
Використовуючи спеціальні корпуси, димові датчики Simplex можна
встановлювати у вентиляційні труби. В цьому випадку вони виявлятимуть
наявність частинок диму в повітряних потоках системи вентиляції. Для
монтажу у повітроводи пожежні датчики кріпляться до корпусу, а потім
через монтажний отвір поміщаються в трубу, після чого корпус фіксується на
трубі гвинтами. На зовнішній панелі корпусу знаходиться світлодіодний
індикатор, який показує, в якому стані знаходиться димовий датчик.
Компанія Simplex поставляє корпуси для монтажу пожежних датчиків у
повітроводи круглого і квадратного перетину.

Таблиця 6.1- Основні характеристики на адресні димові датчики
Simplex
Параметри Значення
Напруга живлення: 24 – 40 В пост. струму
Швидкість потоку
0-610 м/мін.
повітря:
2
Площа покриття: 90 м
2
Прокладка проводів Вита пара 1,5 – 0,75 мм
Струм в черговому
0,1 мА, 24 В пост. струму
режимі:
Струм в тривожному 24 мА, 24 В пост. струму
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 58
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

стані:
Робочі умови: 0 - 95%, 0 - 50°С
Колір корпусу: Білий
Габарити: D 124 мм х 54 мм (з підставою)

Приймально-контрольний прилад Simplex 4100U дозволяє об'єднати в
одну систему пожежну сигналізацію і цифрову або аналогову систему
сповіщення. При виникненні тривожних ситуацій система сповіщення
передає раніше записані або призначені для користувача оголошення про
тривогу або евакуацію персоналу, використовуючи підсилювачі на 50 або 100
Вт. Основу системи сповіщення складає вбудований в розширювальне шасі
ПКП аудіо контролер, а трансляція може одночасно здійснюватися по 3-8
каналам у разі використання цифрової системи або по 1-2 каналам в системі
аналоговій. Для екстреного зв'язку з пожежною командою на об'єкті можна
розвернути систему пожежних телефонів, що складається з центрального
комутуючого апарату і видалених телефонів.
На базі контрольного приладу Simplex 4100U на об'єкті може бути
розгорнена не тільки пожежна сигналізація, але і система сповіщення з
можливістю роботи в автоматичному або ручному режимі. У автоматичному
режимі трансляція по зонах екстреного повідомлення проводиться у разі
надходження сповіщення про тривогу, а в ручному диспетчер може сам
передавати екстрені оголошення з мікрофонного блоку системи сповіщення
Simplex або запускати заздалегідь записані повідомлення у вибрану зону
сповіщення. За відсутності пожежної тривоги подібна система може
використовуватися для трансляції музики або передачі оголошень
рекламного або службового характеру в торгових центрах і офісних будівлях.
Для організації системи сповіщення в розширювальне шасі контрольної
панелі 4100U додатково вбудовується цифровий або аналоговий аудіо
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 59
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

контролер, плати розширення зон сповіщення, плати для видаленого
сповіщення, мікрофонні консолі і пожежний телефон. Також система
комплектується цифровими або аналоговими підсилювачами. Відзначимо,
що об'єднання системи сповіщення з пожежною сигналізацією дозволяє
скоротити кількість проводів для прокладки ліній комутацій, а так само
число шаф в диспетчерській оскільки підсилювачі системи можуть бути
рознесені по об'єкту, а отже, і витрати на інсталяцію і обслуговування всієї
системи в цілому.
Централізоване управління сповіщенням в мережі з декількох ПКП
окрім голосового, звукового і світлового сповіщення про евакуацію, пожежна
система Simplex забезпечує оперативний зв'язок центрального поста з
пожежною командою через внутрішній телефон. Якщо на об'єкті
організована система пожежної сигналізації, що складається з декількох
ПКП, об'єднаних в мережу, то зберігання голосових або звукових
повідомлень і їх розподіл по аудіо системах окремих контрольних приладів
проводить центральний аудіо контролер, встановлений на центральній
станції. Такий підхід забезпечує швидкий пошук необхідного повідомлення і
його трансляцію на інші панелі мережі, що позбавляє від необхідності
встановлювати аудіо контролери в кожну пожежну панель.
У заводській комплектації аудіо контролер системи сповіщення має
вбудовану карту пам'яті, куди можна записати повідомлення тривалістю 2
хвилини з нормальною якістю або 1-хвилинний ролик з високою якістю.
Розширивши вбудовану пам'ять, можна записати на аудіо контролер
повідомлення тривалістю до 32 хвилин. При цьому для завантаження
звукових файлів в систему використовується вбудований порт контролера.
Крім того, підключивши до нього 2 додаткових модуля аудіо входів, можна
розширити систему сповіщення до 6 виносних мікрофонів і 11 різних аудіо
входів.
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 60
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Для пожежних панелей 4100U Simplex поставляє два типи аудіо
контролерів – аналогові і цифрові, при цьому система сповіщення може бути
або тільки аналоговою, або тільки цифровою, застосування змішаних систем
неприпустимо. Аналоговий контролер може передавати звукові
повідомлення поодинці або двом каналам одночасно, в цьому випадку в
системі сповіщення використовуються аналогові підсилювачі і аналогові
лінії трансляції повідомлень. Цифровий аудіо контролер одночасно передає
повідомлення більш ніж по двох каналах (від 3 до 8) по одній витій парі, і до
нього можуть бути підключені цифрові підсилювачі і лінії трансляції.
При організації одноканальної системи сповіщення можна виконати
трансляцію тільки одного повідомлення воднораз часу. Таким чином, під час
вступу сигналу «Пожежа» система автоматично відключає всі поточні
повідомлення і запускає екстрене оголошення про евакуацію. Наприклад,
воно автоматично транслюється на поверх пожежі і на поверхи вище і нижче
за пожежу. У разі двоканальної системи сповіщення одночасно можна
транслювати відразу два повідомлення воднораз часу, і під час вступу
сигналу «Пожежа» проводиться евакуація з поверхів пожежі, вище і нижче, а
на решту поверхів будівлі подається, наприклад, сигнал попередження.
Мультиканальна система сповіщення Simplex дозволяє транслювати до
8 різних повідомлень воднораз часу. При цьому, окрім повідомлень про
евакуацію і попереджень, що подаються на всі не евакуйовані поверхи,
оператор може зробити оголошення з мікрофону, не перериваючи трансляції.
Завдяки можливості прив'язки сповіщення до різних подій в системі
пожежної сигналізації і організації затримок трансляції, можна реалізувати
складні алгоритми евакуації людей на крупних об'єктах, наприклад, у
висотних будівлях.
Ще одна ланка системи сповіщення – підсилювачі потужності
звукового сигналу. Спільно з ПКП 4100U можуть використовуватися
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 61
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

двоканальний підсилювач потужністю 50 Вт і одноканальний підсилювач 100
Вт, які, залежно від моделі, мають цифровий або аналоговий вхід. До виходів
підсилювачів підключаються шлейфи гучномовців, що мають кільцеву або
деревовидну структуру. Для резервування вихідного голосового сигналу у
разі переривання трансляції повідомлення з аудіо контролера кожен
підсилювач системи сповіщення має можливість формування звукового
сповіщення (сирена 500 Гц). При цьому контроль за поточним станом
підсилювачів, напругою і електрострумом, що подається на пристрої,
виконується центральним процесором, а всі кількісні показники
відображаються на дисплеї оператора.
В екстрених ситуаціях, коли радіозв'язок відсутній або є ненадійною,
двосторонній зв'язок в системі сповіщення забезпечують пожежні телефони,
що дозволяє реалізувати систему сповіщення 5-типа (тобто із зворотним
зв'язком). Вони можуть використовуватися не тільки під час гасіння пожеж,
але і в ході пошуку причини пожежної тривоги або під час тестування
системи пожежної сигналізації. У базовому варіанті телефонна система
складається з центрального апарату, встановленого на ПКП 4100U, і
видалених телефонних трубок. При прийомі виклику черговий оператор
системи сповіщення може комутувати між собою різні телефонні лінії або
організувати їх роботу в режимі конференц-зв'язку.

Таблиця 6.2 - Основні технічні характеристики системи сповіщення на
базі панелі Simplex 4100U:
Джерела живлення
Системне Мах 4 A, 102 - 132 В,
Моделі 120 В
джерело живлення 60 Гц
(SPS) Моделі 220-240 В Мах 2 A, 204 - 264 В,
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 62
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Додаткове 50/60 Гц; окремі
джерело живлення відгалуження для
(XPS) 220/230/240 В
Видалене
джерело живлення
(RPS)
Блок
живлення
підсилювача 100 Вт
Підсилювачі
Вбудовані Сигнал «сирена» 500 Гц з тимчасовою схемою,
звукові сигнали ініціюється при відключенні підсилювачів від аудіо
системи сповіщення контролера
Джерело 19 - 35 В
живлення від окремого джерела живлення
425 мА
Споживаний при контролі силового каскаду
струм тривоги 82 мА
в режимі зниженої потужності
Підсилювачі Значення
Flex-50 5,55 A з використовується
Споживаний
безперервним для розрахунку
струм тривоги з
звуковим сигналом навантаження
повною вихідною
джерела
потужністю
живлення

2,27 A – Значення
середнє значення по використовується
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 63
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

тимчасовій схемі для розрахунку
навантаження
резервного
живлення від
батареї
Сумарна
потужність
Максимум 300 Вт
підсилювачів в
одній шафі

Характеристики аудіо контролера системи сповіщення
Аналоговий контролер;
225 мА режим очікування і тривоги
Споживання струму
Цифровий контролер;
75 мА режим очікування і тривоги
Вимоги до проводки
аналогової, мережевої лінії 3050 м (10000 ft), екранованою витою
2
сповіщення з видаленими парою 18 AWG (0,82 мм )
панелями
Вимоги до проводки
цифрової, мережевої лінії 760 м (2500 ft), витою парою
2
сповіщення з видаленими (неекранованою) 18 AWG (0,82 мм ).
панелями
Характеристики пожежного телефону
Вимоги до проводки 2300 м (7500 ft) до найвіддаленішого
телефону, екранованою витою парою 18 AWG
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 64
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

2
(0,82 мм ).
Зарядний пристрій, системне і видалене джерело живлення
6,2 А/год - 50 А/год; вибір за допомогою
Ємність батареї налаштування для батареї до 18 А/год; SPS
сертифікований UL для зарядки виносних
батарей до 110 А/год
Температурна компенсація, повна зарядка
Характеристики і батареї за 48 годин відповідно до стандарту UL
робота зарядного пристрою 864, до 70% за 12 годин відповідно до стандарту
ULC S527
Зовнішні умови
Робоча температура 0°- 49° C (32° - 120°F)
Вологість до 93% при 32° C (90° F)

Центральний телефон підключається безпосередньо до телефонного
контролера панелі 4100U, а для вибору телефонної лінії системи сповіщення
використовуються вбудовані в панель модулі управління. Також центральний
телефон можна безпосередньо підключити до входу аудіо контролера для
трансляції повідомлень без використання мікрофону. Видалені телефони
системи сповіщення можуть бути переносними, які підключаються до
відповідної телефонної розетки, або стаціонарними, такими, що
встановлюються в спеціальні кожухи для видалених пристроїв сповіщення.
Один телефонний контролер панелі 4100U може працювати з трьома
телефонними лініями системи сповіщення, забезпечуючи при цьому
підключення центрального телефону і мережевий зв'язок з видаленими
панелями. На крупних і висотних об'єктах в розширювальне шасі
контрольної панелі можна вбудовувати додаткові модулі телефонних
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 65
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

контролерів. Для всіх телефонних ліній, підключених до пристрою,
виконується контроль обриву, короткого замикання і перевантаження. Якщо
відбувається переривання зв'язку між телефонним контролером і
центральною панеллю, всі телефони системи сповіщення автоматично
підключаються до лінії зв'язку, що дозволяє зв'язатися з будь-яким іншим
телефоном просто знявши трубку або підключившись до розетки.

Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 66
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

ВИСНОВОК

В даній кваліфікаційній роботі був розроблений пристрій керування
електроприводом для крокових двигунів.
Так як, елементна база, що забезпечує автоматизацію, відповідно
реалізовує необхідні властивості систем електроприводу. Можна також
відмітити, що з розвитком мікроконтролерної техніки, виникла проблема
застосування даної техніки в керуванні електроприводами. Потрібно
відмітити, що мікроконтролери, що володіють оптимальнішими
характеристиками, коштують дешевше.
Основу пристрою становить мікроконтролер STM32F107. Він
обробляє сигнали керування, що надходять з ліні CAN або Ethernet, від
віддаленого персонального комп’ютера, проводить при необхідності
первинну обробку та накопичення інформації, формує та передає пакети
керування на схему буферів сигналів керування двигунами, що формує
необхідні сигнали по рівнях безпосередньо до крокових двигунів SIMOSTEP
серії 1FL3.
В розділі охорона праці був проведений детальний аналіз небезпек та
шкідливостей, що виникають при проведенні робіт в приміщенні
інженерного відділу. Вказано, що всі фактори виробничого середовища,
окрім пожежного сповіщення, відповідають своїм нормативним значенням.
Тому була проведена розробка системи пожежної сигналізації в приміщенні
лабораторії.
Для забезпечення пожежної безпеки в приміщенні лабораторії
пропонується застосувати мережеву адресну систему пожежної сигналізації
Simplex, яка складається з приймально-контрольного приладу Simplex 4100U
та різноманітних оповісників (датчиків).
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 67
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы:
Справочное пособие /С.В. Якубовский, Н.А. Барканов, Л.И.
Ниссельсон и др.; – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и
связь, 1984
2. Б.С. Гершунський Основы електроники и микроелектроники
К.:1987,-4
3. Игумнов Д.В., Королев Г.В., Громов И.С. Основы
микроэлектроники. – М.: Высшая школа, 1991
4. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка
та мікросхемотехніка: теорія і практикум. За ред. А.Г.
Соскова. - К.: Каравела, 2003.-386с
5. Конструирование и технология печатных плат. Учебное
пособие для радиотехнических специальностей вузов. – М.:
Высшая школа, 1973. – 216 с.
6. Малинівський С.М. Загальна електротехніка: Підручник. -
Львів: видавництво "Бескид Біт",2003. 640с
7. Москаленко, В.В. Электрический привод [Текст]: учебник /
В.В.Москаленко. – М.: Академия, 2007. – 360 с.
8. Методические указания по решению задач и задания для
практических занятий и самостоятельной работы по курсу
“Оздоровление воздушной среды и промвентиляция” / Сост.
В.Ф. Селедцов, З.С. Ступницкая, В.В. Зацарный. – К.: КПИ,
1979. – 47 с.
9. Павлов С.П., Губонина З.И. Охрана труда в
приборостроении. – М.: Высшая школа, 1986
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 68
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

10. Шувалов В.П. и др. Системы электросвязи. Учебное пособие
для вузов. – М.: Радио и связь, 1997. – 512 с.
11. Цыкин Г.С. Усилительные устройства. Изд. 4-е, полностью
переработанное. – М.: Связь, 1971
Арк.
РТ-95.023029.248 ПЗ 69
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Репозиторій ЧДТУ