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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 측정 장비 메커니즘의 컴퓨터 제어. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
측정 콤플렉스의 소프트웨어 도구를 사용하여 전기 음향 장비의 매개변수 측정을 제공하도록 설계된 스테퍼 모터 제어용 하드웨어-소프트웨어 장치. 앞에서 설명한 실시간 컴퓨터 측정 복합체[1]를 사용하여 음향 및 전기 음향 변환기의 공간적 특성(건물 복사 패턴)을 측정할 때 음향 수신기와 방사기의 각도를 정확하게 원격 위치에 배치하는 것이 필요합니다. 이 문제는 스테퍼 모터의 도움으로 가장 효과적으로 해결됩니다. 스테퍼 모터의 장점은 피드백 장치 없이 주어진 위치에 고정하여 전기 제어 신호를 회전자의 각 운동으로 변환할 수 있다는 것입니다. 이러한 상황은 각 장치의 설계와 전체 측정 설정을 크게 단순화합니다. 제안된 하드웨어-소프트웨어 장치는 두 개의 스테퍼 모터를 상호작용하고 독립적이며 동시에 제어하도록 설계되었습니다. 이 장치를 사용하면 스테퍼 모터의 회전자의 회전 크기와 방향을 디지털 형식으로 설정할 수 있습니다. 주요 응용 분야는 측정 장비 및 실험 설비의 기계 장치 제어입니다. 이 장치는 하드웨어 인터페이스 장치와 원래의 컴퓨터 제어 프로그램으로 구성됩니다. 모터 로터의 최대 회전 속도는 초당 100단계입니다. 하드웨어 인터페이스 장치는 표준 병렬(프린터) 인터페이스 포트를 통해 컴퓨터에 연결됩니다. 제어 프로그램은 Windows 95/98/Me/NT/2000/2003/XR 운영 체제에서 작동하도록 설계되었으며 크기는 320KB에 불과합니다. Windows NT/2000/2003/XP에서 프로그램을 실행하려면 관리자 권한이 필요합니다. 인터페이스 장치는 가장 저렴하고 가장 일반적인 가정용 부품에 최대한 단순하게 설계되었습니다. 이를 통해 반복할 수 있습니다. 장치를 단순화하기 위해 전체 제어 알고리즘이 소프트웨어로 구현됩니다. 컴퓨터와 엔진의 전기적 일치 기능만 하드웨어에 할당됩니다.
컴퓨터와 스테퍼 모터의 하드웨어 인터페이스 블록 다이어그램이 그림에 나와 있습니다. 1. DD1 칩은 버퍼 메모리와 프리앰프의 기능을 동시에 수행합니다. 컴퓨터 [2]의 병렬 포트에서 제공되는 정보는 CS1 입력(핀 1)에서 소프트웨어에 의해 생성된 네거티브 펄스에 의해 DD1 마이크로 회로의 저장 레지스터에 기록됩니다. 스테퍼 모터의 제어 권선을 공급하기위한 신호의 최종 증폭은 트랜지스터 1VT1 및 1VT2의 노드에 의해 수행됩니다 (2 개 중 하나만 회로도에 표시되며 점선으로 강조 표시되고 나머지 8 개는 레지스터 DD1의 출력 Q50-Q2에 각각 연결됨). 이러한 스위칭 방식을 사용하면 일반적으로 트랜지스터 컬렉터에 연결된 케이스의 추가 전기 절연을 사용하지 않고도 모든 강력한 트랜지스터를 공통 방열판에 배치할 수 있습니다. 이를 통해 인터페이스 장치의 기계적 설계를 크게 단순화할 수 있습니다. 강제 환기가 없는 경우 방열판 영역은 XNUMX개의 고전력 출력 트랜지스터 각각에 대해 약 XNUMXcmXNUMX여야 합니다. 다이오드 1VD1은 스테퍼 모터의 제어 권선에서 전류를 전환할 때 발생하는 기생 진동을 감쇠하는 기능을 수행합니다. 이 인터페이스 장치는 공칭 단계가 200±3°인 1상 스테퍼 모터 DShI1,8-0,05(1)과 함께 작동하도록 설계되었습니다(단계는 기어박스를 사용하지 않고 표시됨). 다른 엔진을 사용할 수 있습니다. 제어 프로그램에서 1상으로 작업하기 위해 해당 스위치가 제공됩니다. 회전에 필요한 모터 권선의 번갈아 켜고 끄는 것은 소프트웨어에 의해 수행됩니다. 권선 스위칭 다이어그램은 모터 유형 및 작동 모드 요구 사항에 따라 프로그램을 설정할 때 선택됩니다. 전압 펄스는 각 단계에서 오프셋이 1인 단일 고정자 권선 또는 인접한 쌍에 교대로 적용됩니다. 이러한 모드는 프로그램 설정 창에서 선택되며 각각 "1-2-2-2" 및 "2-200-XNUMX-XNUMX"로 지정됩니다. 두 번째 경우에는 모터의 토크와 유지 토크가 증가하지만(적어도 DShIXNUMX의 경우) 장치에서 소비하는 전력과 전기 모터의 가열이 그에 따라 증가합니다. 프로그램의 메인 메뉴는 프로그램 창의 제목에서 마우스 오른쪽 버튼을 누르면 호출됩니다. 프로그램 설정 창은 "모터 설정" 메뉴 항목에 의해 열립니다. 모터 제어 프로그램에는 두 가지 전환 가능한 모터 정지 모드가 있습니다. 첫 번째 변형에서는 정지 후 설정된 시간 간격(0...99초) 후에 모터 권선에서 전압이 제거됩니다. 이것은 전기 모터와 인터페이스 유닛의 열 영역을 크게 촉진하지만, 결과적으로 로터와 관련된 메커니즘의 자발적인 움직임으로 이어질 수 있습니다. 두 번째 모드에서는 정지 후 모터 권선의 전압이 제거되지 않습니다. 이것이 소위 고정 모드입니다. 이러한 모드는 전기 모터의 과도한 가열로 이어질 수 있지만 정지 후에는 로터 및 이와 관련된 기계 장치의 안정적인 부동성을 보장합니다. 필요한 엔진 정지 모드는 작업 조건에 따라 선택됩니다. 예를 들어, 웜 기어를 사용하여 회전을 전달하는 경우 일반적으로 스테퍼 모터 로터의 전자기 고정이 없어도 정지 상태의 장치의 고정이 보장됩니다. 이 모드는 자동 해제 버튼으로 프로그램 설정 창에서 선택됩니다. 이 프로그램은 각 전기 모터에 대해 개별적으로 스케일 팩터(설정 창의 비율)와 초기 오프셋의 도입을 제공합니다. 이를 통해 스테퍼 모터에 기계적으로 연결된 장치의 조정 가능한 매개 변수의 실제 값을 컴퓨터 화면에 설정하고 표시할 수 있습니다. 예를 들어, 직접 회전 각도(도) 또는 움직임(밀리미터)입니다. 필요한 초기 변위를 설정하려면 스테퍼 모터를 사용하거나 다른 방법(예: 수동)으로 기계 장치를 필요한 위치로 이동합니다. 그런 다음 제어판에서 해당 버튼(삼각형 안의 느낌표)을 눌러 보정 모드로 들어가야 합니다. 디지털 이동 표시기의 색상이 빨간색으로 바뀝니다. 그런 다음 변위 표시기에서 해당 매개변수의 실제 값을 설정하고 "Calibration" 버튼을 다시 누른 다음 창을 닫아야 합니다. 스케일링 계수는 서비스 대상 장치의 설계(기어박스의 존재 가능성 고려)와 전기 모터의 공칭 단계에 따라 결정됩니다. 설정 창은 프로그램에 표시되는 이름과 스테퍼 모터로 제어되는 특정 장치의 매개변수 치수를 편집하는 기능을 제공합니다. 엔진 제어 프로그램에는 두 개의 독립적인 명령 스트림이 있습니다. 제어 명령 입력 스트림과 하드웨어 인터페이스 장치에 대한 데이터 출력 스트림입니다. 입력 스트림에서 모터 로터의 위치가 설정되고 기계적으로 연결된 장치의 매개변수의 실제 값으로 축소된 단위로 표시됩니다. 출력 스트림에서 모터 회전자의 실제(현재) 위치는 필요한 값과 지속적으로 비교되고 인터페이스 장치에서 가능한 불일치를 방지하기 위한 조치가 실행됩니다. 이러한 제어 프로그램 구성을 통해 이전에 입력한 값에 도달했는지 여부에 관계없이 모터 회전자의 회전 각도에 대한 새 값을 설정할 수 있습니다. 후자의 경우, 모터 로터는 새로 설정된 위치에 도달하기 위해 계속 회전합니다(방향 변경 가능). 프로그램에서 이름이 지정된 숫자 값을 입력하고 표시하기 위해 원래 제어 및 표시 요소 "디지털 패널"이 사용됩니다. 숫자 값은 마우스를 사용하여 비트 단위로 입력됩니다. 커서를 필요한 표시 자릿수에 놓고 마우스 왼쪽 또는 오른쪽 버튼을 눌러 필요한 값을 설정합니다. 왼쪽 버튼은 감소하고 오른쪽 버튼은 숫자를 증가시킵니다. 가장 높은 순위로의 이동은 자동으로 발생합니다. 치수 기호 위로 마우스를 가져가면 마우스 왼쪽 또는 오른쪽 버튼을 눌러 표시기의 값을 각각 0,5번 줄이거나 늘릴 수 있습니다. 같은 방식으로 마우스 버튼을 누르면 숫자 기호(표시기에 표시된 경우)가 변경됩니다. 버튼을 XNUMX초 이상 누르고 있으면 동작이 자동으로 반복됩니다. 마우스 버튼을 누른 상태에서 커서를 표시기에서 멀리 이동하면 마우스의 추가 상태에 관계없이 자동 반복이 계속됩니다. 자동 반복을 중지하려면 커서를 지표 위로 다시 이동하고 아무 마우스 버튼이나 클릭합니다. 휠이 있는 마우스를 사용하면 사용할 수 있습니다. 휠을 사용자에게서 멀어지게 돌리면 지시자 숫자의 값이 증가하고 그 반대도 마찬가지입니다. 최하위 자릿수의 자동 반복 모드를 사용하면 스테퍼 모터의 연속 회전을 공칭 속도보다 낮은 속도로 설정할 수 있습니다. 소프트웨어 시스템의 일부로 장치의 기능을 위해 엔진 작동에 대한 외부(다른 프로그램에서) 제어가 제공됩니다. 제어 명령은 클라이언트 프로그램에서 엔진 작동을 직접 제어하는 서버 프로그램으로 매개변수가 포함된 특수 Windows 운영 체제 메시지를 전송하여 전송됩니다. 작업 세션 사이의 휴식 시간 동안 프로그램은 나중에 사용할 수 있도록 모든 설정 매개변수와 현재 상태를 컴퓨터의 하드 디스크에 자동으로 저장합니다. 하드웨어 인터페이스 장치는 적용된 스테퍼 모터(70개의 DShI200-3 모터의 경우 최소 1W)를 작동하기에 충분한 전력으로 DC 전압 소스에서 전원을 공급받아야 합니다. 제어 컴퓨터의 오작동을 방지하기 위해 제어 컴퓨터에 내장된 전원 공급 장치를 사용하는 것은 허용되지 않습니다. 칩 DDXNUMX은 안정화된 소스에서 전원을 공급받아야 하며, 가급적이면 강력한 출력 키의 전원 공급 장치와 독립적이어야 합니다. 컴퓨터의 병렬(프린터) 포트와 하드웨어 장치의 연결은 최대 3m 길이의 비차폐 리본 케이블과 교대 신호 및 "접지" 도체로 수행됩니다. 더 긴 케이블의 경우 개별 차폐 와이어 묶음을 사용하는 것이 좋습니다. 컴퓨터에 비어 있는 병렬 포트가 없으면 추가 카드를 설치해야 합니다. 현재 보드는 상업적으로 생산되며 일반적으로 두 개의 병렬 포트를 포함합니다. PCI 버스가 있는 컴퓨터와 ISA 버스가 있는 구형 컴퓨터용으로 만들어졌습니다. 이러한 보드에는 일반적으로 포트의 기본 주소를 선택하는 스위치가 있습니다. 예를 들어, 작성자가 사용하는 TS-020-EP 보드(ISA 버스용)에서 두 개의 병렬 포트 각각은 ZVSN, 378H, 278H, 27CH, 26CH 또는 기본 주소로 설정할 수 있습니다. 268H. 제어 프로그램은 위의 주소 중 하나를 활성으로 설정하도록 제공합니다. 제어 프로그램이 작동하기 위해 BIOS 또는 운영 체제의 추가 포트 지원이 필요하지 않습니다. 병렬 포트뿐만 아니라 시스템에 이미 있는 모든 포트와 충돌하지 않도록 추가 포트의 주소만 구성하면 됩니다.
장치의 전체 디자인은 임의적일 수 있습니다. 저자는 2mm 두께의 호일 유리 섬유로 만든 인쇄 회로 기판에서 프로토타입을 만들었습니다. 인쇄 회로 기판의 도면과 그 위의 부품 위치가 그림 2에 나와 있습니다. XNUMX ㄴ. 인쇄된 도체는 가능한 한 넓어야 합니다. 출력 트랜지스터를 위한 가장 간단한 방열판은 130x50x3mm 크기의 두랄루민 판 형태로 만들 수 있습니다. 그들은 특별히 제공된 구멍을 통해 두랄루민 모서리를 사용하여 인쇄 회로 기판에 고정됩니다. 방열판의 결과 디자인은 장치 케이스에 고정됩니다. 무화과에. 3은 저자가 만든 이 장치의 변형 중 하나의 사진을 보여줍니다. 늑골이있는 방열판 (오른쪽)에는 트랜지스터 외에도 전원 공급 장치 정류기의 강력한 다이오드도 고정되어 있습니다 (절연 운모 스페이서를 통해). 왼쪽에는 전원 공급 장치의 평활 커패시터가 있습니다.
입력 및 출력 커넥터는 방열판이나 장치 케이스에 고정할 수 있습니다. RPMM1-50SH1-V 커넥터는 입력(컴퓨터 연결용)으로 사용되었습니다. 1개의 출력 커넥터(각 모터에 하나씩) - RG1N-5-1, 각각에서 2개의 인접한 출력이 병렬로 연결되어 전류 부하를 줄입니다. 일반적으로 충분히 강력한 접점을 가진 다른 커넥터가 있을 수 있습니다. 커넥터 접점은 기존의 유연한 와이어로 인쇄 회로 기판의 해당 도체에 연결됩니다. 출력 회로의 경우 전선의 단면적은 XNUMXmmXNUMX 이상이어야 합니다. 트랜지스터 KT815 및 KT818은 모든 문자 인덱스와 함께 사용할 수 있으며 해당 구조의 다른 강력한 트랜지스터를 사용할 수 있습니다. KD213 시리즈의 다이오드는 KD212 또는 기타 강력한 펄스 다이오드로 교체할 수 있습니다. 사용된 저항기의 유형과 전력은 중요하지 않습니다. K589IR12 레지스터 대신 KR580IR82를 인쇄회로기판 수정과 함께 사용할 수 있습니다. 이 옵션의 핀 번호는 그림 1에 나와 있습니다. 괄호 안 580. 컴퓨터의 병렬 포트에서 저장 레지스터 KR82IR11로 공급되는 데이터의 기록은 STB 입력(핀 XNUMX)에서 펄스의 양의 에지에 따라 수행되어야 합니다. 스트로브 펄스의 극성을 변경하기 위해 프로그램은 해당 스위치(메뉴 항목 Slope Positive)를 제공합니다. 설명된 장치는 조정할 필요가 없습니다. 스테퍼 모터의 권선이 적절한 순서로 강력한 스위치의 출력에 연결되어 있는지 확인하기만 하면 됩니다. 이것이 제공되지 않으면 엔진의 로터가 회전하는 대신 단순히 제자리에서 진동하거나 갑자기 회전할 가능성이 큽니다. 장치용 프로그램을 다운로드할 수 있습니다. 따라서. 문학
저자: O. Shmelev, 모스크바; 발행: radioradar.net
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