Kā izveidot laika stafeti

Kas ir laika relejs? Darbības algoritms laika stafete pietiekami vienkāršs, bet dažreiz tas var izraisīt apbrīnu. Ja mēs atsauktu atmiņā vecās veļas mazgājamās mašīnas, kuras sirsnīgi sauca par “spaini ar motoru”, tad taimera darbība bija ļoti skaidra: viņi pagrieza pogu pāris ērces, kaut kas sāka ķeksēt iekšpusē, un dzinējs sāka darboties.

Tiklīdz roktura rādītājs sasniedza nulles skalas dalījumu, mazgāšana beidzās. Vēlāk parādījās automašīnas ar diviem taimeriem - mazgāšanu un vērpšanu. Šādās mašīnās laika releji tika izgatavoti metāla cilindra formā, kurā pulksteņa mehānisms bija paslēpts, un ārpus tā bija tikai elektriskie kontakti un vadības poga.

Mūsdienu veļas mazgājamajām mašīnām - automātiskajām mašīnām (ar elektronisko vadību) ir arī laika relejs, un kļuva neiespējami to padarīt par atsevišķu vadības paneļa elementu vai daļu. Visu laiku kavējumi tiek iegūti programmatiski, izmantojot vadības mikrokontrolleri. Ja jūs uzmanīgi skatāties uz automātiskās veļas mazgājamās mašīnas ciklu, kavēšanās laiku vienkārši nevar saskaitīt. Ja visi šie laika kavējumi tiktu veikti iepriekšminētā pulksteņa mehānisma veidā, tad veļas mazgājamās mašīnas korpusā vienkārši nebūtu pietiekami daudz vietas.

Laika stafete tos izmanto ne tikai veļas mazgājamajās mašīnās, piemēram, mikroviļņu krāsnīs, ar laika kavēšanos tiek regulēts ne tikai darbības laiks, bet arī sildīšanas jauda. Tas tiek darīts šādi: RF spriegums ieslēdzas uz 5 sekundēm un izslēdzas uz 5. Vidējā apkures jauda šajā gadījumā ir 50%. Lai iegūtu 30% enerģijas, pietiek ar RF ieslēgšanu uz 3 sekundēm. Attiecīgi izslēgtā stāvoklī augstfrekvences spuldze atrodas 7 sekundes. Protams, šie skaitļi var būt atšķirīgi, piemēram, 50 un 50 vai 30 un 70, tikai šeit parādīta HF ieslēgšanās un izslēgšanās laika attiecība.

Pieminētas vecas veļas mazgājamās mašīnas. Tieši šeit, šajā piemērā, jūs varat redzēt, pat sajust ar rokām, kā darbojas laika relejs.

Kloķa pagriešana pulksteņrādītāja virzienā ir nekas cits kā slēģa ātrums. Tūlīt ieslēdz izpildmehānismu (elektromotoru). Aizvara ātrums, šajā gadījumā minūtēs, nosaka roktura griešanās leņķi. Tādējādi vienlaikus tiek veiktas divas darbības: tiek ielādēts ekspozīcijas laiks un faktiski tiek sākta pati laika aizture. Pēc noteiktā laika beigām izpildmehānisms tiek izslēgts. Visi laika releji vai taimeri darbojas pat aptuveni, pat tie, kas ir paslēpti iekšpusē mikrokontrolleri (MK).

Sākot no pulksteņrādītāja līdz elektronikai

Kā iegūt laika aizkavēšanos, izmantojot MK

Mūsdienu MK ātrums ir ļoti augsts, līdz vairākiem desmitiem mips (miljoniem operāciju sekundē). Liekas, ka ne tik sen notika cīņa par 1 mapi personālajos datoros. Tagad pat novecojušie MK, piemēram, 8051 saime, viegli izpilda šo 1 mapi. Tādējādi 1 000 000 operāciju pabeigšana prasīs tieši vienu sekundi.

Šeit ir šķietami gatavs risinājums, kā panākt laika aizkavēšanos. Vienkārši veiciet to pašu operāciju miljons reizes. To var izdarīt pavisam vienkārši, ja šī operācija ir ietverta programmā. Bet nepatikšanas rada tas, ka papildus šai operācijai MK uz sekundi neko citu nevar izdarīt. Šeit jums ir inženierijas sasniegums, šeit ir mips! Un ja jums ir nepieciešams slēdža ātrums vairāku desmitu sekunžu vai minūšu laikā?

Taimeris - ierīce laika skaitīšanai

Lai novērstu šādus apmulsumus, procesors ne tikai sildījās, izpildot nevajadzīgu komandu, kas neko labu neizdarīs, taimeri tika iebūvēti MK, kā likums, vairāki no tiem.Ja jums nav iedziļināties detaļās, tad taimeris ir binārs skaitītājs, kas saskaita impulsus, ko rada īpaša ķēde MK iekšpusē.

Piemēram, MK saimē 8051 skaitīšanas impulss tiek ģenerēts, izpildot katru komandu, t.i. taimeris vienkārši saskaita izpildīto mašīnas instrukciju skaitu. Tikmēr centrālais procesors (CPU) mierīgi nodarbojas ar galvenās programmas izpildi.

Pieņemsim, ka taimeris sāk skaitīšanu (tam ir pretdarbināšanas komanda) no nulles. Katrs impulss palielina skaitītāja saturu par vienu un galu galā sasniedz maksimālo vērtību. Pēc tam skaitītāja saturs tiek atiestatīts. Šo brīdi sauc par “pretpārplūdi”. Tas precīzi beidzas ar kavēšanos (atcerieties veļas mazgājamo mašīnu).

Pieņemsim, ka taimeris ir 8 bitu, tad to var izmantot, lai aprēķinātu vērtību diapazonā no 0 līdz 255, pretējā gadījumā skaitītājs pārpildīs katru 256 impulsu. Lai padarītu aizvara ātrumu īsāku, pietiek ar to, lai skaitīšanu sāktu nevis no nulles, bet no citas vērtības. Lai to iegūtu, pietiek ar to, lai vispirms šo vērtību ielādētu skaitītājā un pēc tam iedarbinātu skaitītāju (vēlreiz atcerieties veļas mazgājamo mašīnu). Šis ielādētais skaitlis ir laika releja griešanās leņķis.

Šāds taimeris ar darbības biežumu 1 mips ļaus jums iegūt slēdža ātrumu maksimāli 255 mikrosekundēs, bet jums vajadzīgas dažas sekundes vai pat minūtes, kas jums jādara?

Izrādās, ka viss ir pavisam vienkārši. Katra taimera pārpilde ir notikums, kura dēļ tiek pārtraukta galvenā programma. Tā rezultātā centrālais procesors pārslēdzas uz atbilstošo apakšprogrammu, kurai no šādiem niecīgiem fragmentiem var būt pievienots jebkurš, vismaz līdz pat vairākām stundām un pat dienām.

Pārtraukt apkalpošanas rutīnu parasti ir īss, ne vairāk kā daži desmiti komandu, pēc tam atkal tiek atgriezta galvenā programma, kas turpina darboties no tās pašas vietas. Izmēģiniet šo fragmentu, vienkārši atkārtojot komandas, par kurām tas tika teikts iepriekš! Lai gan dažos gadījumos jums tas jādara tieši tā.

Lai to izdarītu, procesora komandu sistēmās ir NOP komanda, kas vienkārši neko nedara, tas prasa tikai mašīnas laiku. To var izmantot, lai rezervētu atmiņu, un, izveidojot laika kavējumus, tikai ļoti īsus, pēc dažām mikrosekundēm.

Jā, lasītājs teiks, kā viņš cieta! Sākot no veļas mašīnām tieši līdz mikrokontrolleriem. Un kas bija starp šiem galējiem punktiem?

Kas ir laika releji?

Kā jau minēts, Laika releja galvenais uzdevums ir panākt kavēšanos starp ieejas signālu un izejas signālu. Šo kavēšanos var radīt vairākos veidos. Laika releji bija mehāniski (jau aprakstīti raksta sākumā), elektromehāniski (balstīti arī uz pulksteņa rādītājiem, tikai atsperi aptin ar elektromagnētu), kā arī ar dažādām amortizācijas ierīcēm. Šāda releja piemērs ir pneimatiskais laika slēdzis, kas parādīts 1. attēlā.

Zīmējums 1. Pneimatiskā laika relejs.

Relejs sastāv no elektromagnētiskās piedziņas un pneimatiskā stiprinājuma. Releju spole ir pieejama pie darba sprieguma 12 ... 660 V maiņstrāvas (16 kopējais vērtējums) ar frekvenci 50 ... 60Hz. Atkarībā no releja versijas, slēdža ātrumu var sākt vai nu, kad tas tiek iedarbināts, vai arī, kad tiek atbrīvota elektromagnētiskā piedziņa.

Laiku nosaka ar skrūvi, kas regulē atveres šķērsgriezumu, lai gaiss izietu no kameras. Aprakstītie laika releji atšķiras ar ne pārāk stabiliem parametriem, tāpēc vienmēr, kur iespējams, tiek izmantoti elektroniskie laika releji. Pašlaik šādus relejus, gan mehāniskus, gan pneimatiskus, iespējams, var atrast tikai senajās iekārtās, kuras vēl nav aizstātas ar mūsdienu aprīkojumu, un pat muzejā.

Elektroniski laika releji

Varbūt viens no visizplatītākajiem bija VL-60 ... 64 releju sērijas un daži citi, piemēram, VL-100 ... 140 releji.Visi šie taimeri tika veidoti uz specializētas mikroshēmas KR512PS10. Gaisvadu līnijas releja izskats ir parādīts 2. attēlā.

2. attēls. Laika releja sērija VL.

Laika releja VL-64 shēma ir parādīta 3. attēlā.

3. attēls Taimera shēma VL - 64

Kad caur taisngrieža tiltu VD1 ... VD4 ievadam tiek piegādāts spriegums, spriegums caur stabilizatoru uz tranzistora KT315A tiek piegādāts DD1 mikroshēmai, kuras iekšējais ģenerators sāk ģenerēt impulsus. Impulsu frekvenci regulē mainīgs rezistors PPB-3B (tas ir tas, kas tiek parādīts uz releja priekšējā paneļa), savienots virknē ar 5100 pF laika kondensatoru, kura pielaide ir 1% un ļoti maza TKE.

Saņemtie impulsi tiek skaitīti ar skaitītāju ar mainīgu dalījuma koeficientu, kas tiek iestatīts, pārslēdzot mikroshēmas M01 ... M05 spailes. VL sērijas relejā šī pārslēgšana tika veikta rūpnīcā. Visa skaitītāja maksimālais dalīšanas koeficients sasniedz 235 929 600. Saskaņā ar mikroshēmas dokumentāciju galvenā galvenā oscilatora frekvencē 1 Hz slēģa ātrums var sasniegt vairāk nekā 9 mēnešus! Pēc izstrādātāju domām, ar to pilnīgi pietiek jebkurai lietojumprogrammai.

Mikroshēmas 10. tapa ir slēdža ātruma beigas, kas savienotas ar ieeju 3 - ST start-stop. Tiklīdz pie END izvades parādās augsts līmeņa spriegums, impulsu skaitīšana apstājas, un Q1 9. izejā parādās augsta līmeņa spriegums, kas atvērs KT605 tranzistoru, un relejs, kas savienots ar KT605 kolektoru, darbosies.

Mūsdienu laika releji

Parasti tiek veikti MK. Vieglāk ir ieprogrammēt gatavu patentētu mikroshēmu, pievienot dažas pogas, digitālu indikatoru, nekā izgudrot kaut ko jaunu un pēc tam arī precīzi noregulēt laiku. Šāds relejs ir parādīts 4. attēlā.

4. attēls Mikrokontrolleru laika relejs

Kāpēc reāllaiks ir jādara pats?

Un, kaut arī ir tik daudz laika pārslēgu, gandrīz katrai gaumei, dažreiz mājās jums jādara kaut kas savs, bieži vien ļoti vienkāršs. Bet šādi dizaini bieži sevi pilnībā un pilnībā attaisno. Šeit ir daži no tiem.

Tiklīdz mēs tikko pārbaudījām KR512PS10 mikroshēmas darbību kā gaisvadu līnijas releja daļu, mums būs jāsāk apsvērt amatieru shēmas no tā. 5. attēlā parādīta taimera shēma.

5. attēls. Taimeris KR524PS10 mikroshēmai.

Mikroshēma tiek darbināta no parametriskā stabilizatora R4, VD1 ar stabilizācijas spriegumu aptuveni 5 V. Ieslēgšanas brīdī R1C1 ķēde ģenerē mikroshēmas atiestatīšanas impulsu. Tas iedarbina iekšējo ģeneratoru, kura frekvenci nosaka R2C2 ķēde, un mikroshēmas iekšējais skaitītājs sāk skaitīt impulsus.

Šo impulsu skaits (skaitīšanas dalīšanas koeficients) tiek iestatīts, pārslēdzot mikroshēmas M01 ... M05 spailes. Diagrammā norādītajā pozīcijā šis koeficients būs 78643200. Šis impulsu skaits veido pilnu signāla periodu pie END izejas (10. tapa). Tapa 10 ir savienota ar tapu 3 ST (sākšana / apturēšana).

Tiklīdz END izvade ir iestatīta uz augstu līmeni (ir ieskaitīts pusperiods), skaitītājs apstājas. Tajā pašā laikā izeja Q1 (9. tapa) arī nosaka augstu līmeni, kas atver tranzistoru VT1. Caur atvērtu tranzistoru tiek ieslēgts relejs K1, kas ar saviem kontaktiem kontrolē slodzi.

Lai sāktu laika aizkavēšanos, pietiek ar īsu releja izslēgšanu un atkal ieslēgšanu. Signālu END un Q1 laika grafiks parādīts 6. attēlā.

6. attēls. END un Q1 signālu laika diagramma.

Ar diagrammā norādītajām R2C2 laika noteikšanas ķēdes vērtībām ģeneratora frekvence ir aptuveni 1000 Hz. Tāpēc termināļu M01 ... M05 norādītā savienojuma aizkavēšanās būs apmēram desmit stundas.

Lai precīzi noregulētu šo slēdža ātrumu, rīkojieties šādi. Savienojiet spailes M01 ... M05 pozīcijā "Sekundēs_10", kā parādīts tabulā attēlā 7.

7. attēls. Taimera iestatījumu tabula (noklikšķiniet uz attēla, lai palielinātu).

Izmantojot šo savienojumu, pagrieziet mainīgo rezistoru R2, lai noregulētu aizslēga ātrumu uz 10 sekundēm. ar hronometru. Pēc tam pievienojiet spailes M01 ... M05, kā parādīts diagrammā.

Cita diagramma par KR512PS10 ir parādīta 8. attēlā.

8. attēls Čipa laika relejs KR512PS10

Vēl viens taimeris KR512PS10 mikroshēmā.

Sākumā pievērsīsim uzmanību KR512PS10, precīzāk, END signāliem, kas vispār netiek parādīti, un ST signālam, kas ir vienkārši savienots ar kopēju vadu, kurš atbilst loģikas nulles līmenim.

Ar šo ieslēgšanu skaitītājs neapstāsies, kā parādīts 6. attēlā. Signāli END un Q1 cikliski, neapstājoties, turpināsies. Šo signālu forma būs klasiska līkne. Tādējādi izrādījās tikai taisnstūra impulsu ģenerators, kura frekvenci var kontrolēt ar mainīgu rezistoru R2, un skaitītāja dalīšanas koeficientu var iestatīt saskaņā ar 7. attēlā parādīto tabulu.

Nepārtraukti impulsi no Q1 izejas nonāk līdz decimālā skaitītāja - dekodētāja DD2 K561IE8 skaitīšanas ievadei. Ieslēdzot R4C5 ķēdi, skaitītājs tiek atiestatīts uz nulli. Rezultātā dekodētāja “0” (3. tapa) izejā parādās augsts līmenis. Izejās 1 ... 9 zems līmenis. Pēc pirmā skaitīšanas impulsa ierašanās augsts līmenis pāriet uz izeju "1", otrais impulss uzstāda augstu līmeni pie izejas "2" un tā tālāk, līdz izejai "9". Tad skaitītājs pārplūst un skaitīšanas cikls sākas no jauna.

Iegūto vadības signālu caur slēdzi SA1 var padot skaņas ģeneratoram uz elementiem DD3.1 ... 4 vai releja pastiprinātājam VT2. Laika aizkavēšanās daudzums ir atkarīgs no slēdža SA1 pozīcijas. Ar termināļu savienojumiem M01 ... M05, kas norādīti diagrammā, un R2C2 laika ķēdes parametriem, ir iespējams iegūt laika aizkavēšanos no 30 sekundēm līdz 9 stundām.

Boriss Aladyshkin