Пристрій для розподілу уніфікованого сигналу постійного струму

1. Пристрій для розподілу уніфікованого сигналу постійного струму, який містить мікроконтролер, який з'єднаний з аналого-цифровим перетворювачем і з входами каналів, кожний з яких містить послідовно з'єднані вузол гальванічної розв'язки сигналу, вхід якого є входом каналу, цифро-аналоговий перетворювач і блок формування вихідних сигналів, що містить перетворювач напруга-струм, який відрізняється тим, що до кожного каналу введено перетворювач напруги живлення, перший і другий виходи якого з'єднані відповідно з входами живлення цифроаналогового перетворювача і блока формування вихідних сигналів, в який введені датчик струму навантаження, вимірювач струму навантаження і засіб індикації, причому перетворювач напругаструм з'єднаний першим входом з виходом цифроаналогового перетворювача, другим входом - з виходом вимірювача струму навантаження, а виходом - з першим входом вимірювача струму навантаження і з входами засобу індикації і датчика струму навантаження, вихід якого підключений до другого входу вимірювача струму навантаження і виходу каналу. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що перетворювач напруги живлення містить трансфо U 2 (11) 1 3 роконтролер діагностики, який підключений до мікроконтролера керування і до вузла індикації результатів діагностики [патент України на корисну модель №2124, кл. G05В19/00, опубл. 17.11.2003р.]. Відомий пристрій здійснює цифрову обробку уніфікованого сигналу постійного струму за допомогою мікроконтролера керування, гальванічне розділення каналів по колах передачі сигналів і розподіл уніфікованого сигналу постійного струму по каналах, а також дозволяє одержати інформацію щодо правильності функціонування АЦП і мікроконтролера. Суттєвим недоліком відомого пристрою є недостатньо висока точність обробки сигналів, зумовлена взаємним впливом каналів по колах живлення і колах навантаження. Внаслідок цього під час цифрової обробки уніфікованого сигналу постійного струму безпосередньо в каналі, як і під час його передачі до кіл навантаження, є можливим спотворення сигналу, що негативно впливає на забезпечувану пристроєм точність. В основу корисної моделі поставлено технічне завдання створення пристрою для розподілу уніфікованого сигналу постійного струму, у якому за рахунок введення перетворювача напруги живлення до кожного з каналів і нового виконання блока формування вихідного сигналу було б усунено можливість спотворення сигналу під час його обробки в каналі і забезпечено формування вихідного сигналу з урахуванням стану навантаження, що сприяє підвищенню точності пристрою в цілому. Поставлене технічне завдання вирішується тим, що в пристрої для розподілу уніфікованого сигналу постійного струму, який містить мікроконтролер, який з'єднаний з аналого-цифровим перетворювачем і з входами каналів, кожний з яких містить послідовно з'єднані вузол гальванічної розв'язки сигналу, вхід якого є входом каналу, цифро-аналоговий перетворювач і блок формування вихідних сигналів, що містить перетворювач напруга-струм, згідно з корисною моделлю, до кожного каналу введено перетворювач напруги живлення, перший і другий виходи якого з'єднані відповідно з входами живлення цифроаналогового перетворювача і блока формування вихідних сигналів, в який введені датчик струму навантаження, вимірювач струму навантаження та засіб індикації. Перетворювач напруга-струм сполучений першим входом з виходом цифроаналогового перетворювача, другим входом - з виходом вимірювача струму навантаження, а виходом - з першим входом вимірювача струму навантаження і з входами засобу індикації і датчика струму навантаження. Вихід датчика струму навантаження підключений до другого входу вимірювача струму навантаження і виходу канала. У конкретному прикладі здійснення корисної моделі перетворювач напруги живлення може містити трансформатор з секціонованою вторинною обмоткою, драйвер, до першого входу якого підключений таймер, датчик струму, два випрямлячі, вузол гальванічної розв'язки сигналу помилки, датчик напруги, схему формування сигналу помилки і 15455 4 обмежувач напруги. При цьому перший вивід первинної обмотки трансформатора підключений до виходу датчика струму і другого входу драйвера, третій і четвертий входи якого з'єднані відповідно з спільним проводом первинних кіл перетворювача напруги живлення і з входом датчика струму, а вихід - з другим виводом первинної обмотки трансформатора. Вторинна обмотка трансформатора підключена першим виводом через перший випрямляч до другого виходу перетворювача напруги живлення, спільним виводом секцій через другий випрямляч до першого виходу перетворювача напруги живлення, і другим виводом - до спільного проводу вторинних кіл перетворювача напруги живлення. Датчик напруги підключений першим входом до першого виходу перетворювача напруги живлення, другим входом - через обмежувач напруги до другого виходу перетворювача напруги живлення, а виходом - до входу схеми формування сигналу помилки, вихід якої з'єднаний через вузол гальванічної розв'язки сигналу помилки з п'ятим входом драйвера. Засіб індикації доцільно виконувати таким, що містить двокольоровий світлодіодний індикатор, подільник напруги, вхід якого підключений до виходу перетворювача напруга-струм, і два компаратори напруги. Входи компараторів напруги з'єднані відповідно з першим і другим виходами подільника напруги, а виходи - з першим і другим входами двокольорового світлодіодного індикатора. Пропонований пристрій для розподілу уніфікованого сигналу постійного струму, на відміну від прототипу, забезпечує високу точність цифрової обробки сигналів, що досягається завдяки підвищенню точності цифрової обробки сигналів в каналах пристрою. Так, введення до кожного каналу індивідуального джерела живлення, функцію якого виконує перетворювач напруги живлення, дозволяє уникнути змінення напруги живлення одного каналу при зміні опору навантаження інших каналів, тобто уникнути впливу одного канала на інші по колах живлення, і таким чином виключити можливість спотворення сигналу під час його обробки в каналі. Усуненню похибок, викликаних підвищеним опором навантаження, сприяє можливість контролю користувачем стану навантаження. Суть корисної моделі проілюстровано кресленням, на якому подано: фіг.1 - функціональна схема пристрою для розподілу уніфікованого сигналу постійного струму; фіг.2 - функціональна схема блока формування вихідних сигналів; фіг.3 - функціональна схема перетворювача напруги живлення; фіг.4 - функціональна схема засобу індикації. Пристрій для розподілу уніфікованого сигналу постійного струму (див. фіг.1) містить аналогоцифровий перетворювач 1 (АЦП 1), вхід якого є входом пристрою, і мікроконтролер 2, який підключений до АЦП 1 і до входів, наприклад, п'яти каналів 3. Кожний канал 3 містить перетворювач 4 напруги живлення і послідовно з'єднані вузол 5 5 гальванічної розв'язки сигналу, цифро-аналоговий перетворювач 6 (ЦАП 6) і блок 7 формування вихідних сигналів. Вихід мікроконтролера 2 з'єднаний з входами вузлів 5 гальванічної розв'язки сигналу. Блок 7 формування вихідних сигналів (див. фіг.2) містить перетворювач 8 напруга-струм, датчик 9 струму навантаження, вимірювач 10 струму навантаження і засіб 11 індикації. Перетворювач 8 напруга-струм з'єднаний першим входом з виходом ЦАП 6, другим входом - з виходом вимірювача 10 струму навантаження, а виходом - з першим входом вимірювача 10 струму навантаження і з входами засобу 11 індикації і датчика 9 струму навантаження. Вихід датчика 9 струму навантаження підключений до другого входу вимірювача 10 струму навантаження і виходу канала 3. У конкретному прикладі здійснення корисної моделі перетворювач 4 напруги живлення виконаний з можливістю формування на першому його виході 12 напруги, наприклад, 5В, на другому виході 13, - наприклад, 27В. Таким чином, до входу живлення ЦАП 6 подається напруга 5В, а до входу живлення блока 7 формування вихідних сигналів 27В. Входи перетворювачів 4 напруги живлення всіх каналів 3 об'єднані для підключення до джерела живлення (на кресленні не показане). Перетворювач 4 напруги живлення (див. фіг.3) містить датчик 14 струму, драйвер 15, таймер 16, трансформатор 17, який має первинну і секціоновану вторинну обмотки, два випрямлячі 18 і 19, вузол 20 гальванічної розв'язки сигналу помилки, датчик 21 напруги, схему 22 формування сигналу помилки і обмежувач 23 напруги. До першого входу 24 драйвера 15 підключений таймер 16. Перший вивід 25 первинної обмотки трансформатора 17 підключений до виходу датчика 14 струму і другого входу 26 драйвера 15. Третій вхід 27 драйвера 15 підключений до спільного проводу первинних кіл перетворювача 4 напруги живлення, четвертий вхід 28 драйвера 15 - до входу датчика 14 струму. Вихід драйвера 15 з'єднаний з другим виводом 29 первинної обмотки трансформатора 17. Вторинна обмотка трансформатора 17 підключена першим виводом 30 через перший випрямляч 18 до другого виходу 13 перетворювача 4 напруги живлення, спільним виводом 31 секцій через другий випрямляч 18 - до першого виходу 12 перетворювача 4 напруги живлення, і другим виводом 32 - до спільного проводу вторинних кіл перетворювача 4 напруги живлення. Датчик 21 напруги підключений першим входом до виходу 12 перетворювача 4 напруги живлення, другим входом через обмежувач 23 напруги до виходу 13 перетворювача 4 напруги живлення, а виходом - до входу схеми 22 формування сигналу помилки, вихід якої з'єднаний через вузол 20 гальванічної розв'язки сигналу помилки з п'ятим входом 33 драйвера 15. Засіб 11 індикації (див. фіг.4) містить двокольоровий світлодіодний індикатор 34, подільник 35 напруги і два компаратори 36 і 37 напруги. Вхід подільника 35 напруги сполучений з виходом перетворювача 8 напруга-струм, а перший і другий виходи - з входами компараторів 36 і 37 напруги, 15455 6 виходи яких з'єднані з першим і другим входами двокольорового світлодіодного індикатора 34. Усі елементи пристрою для розподілу уніфікованого сигналу постійного струму є стандартними. Пристрій для розподілу уніфікованого сигналу постійного струму працює наступним чином. Вхідний уніфікований сигнал постійного струму подається на вхід АЦП 1, попередньо фільтрується і перетворюється в цифровий сигнал - послідовність цифрових відліків, пропорційних його миттєвим значенням. Частота вибірки цифрового сигналу вибрана таким чином, щоб забезпечувалась максимальна швидкість наростання вихідного сигналу пристрою при мінімальному впливі перешкод промислової частоти. З АЦП 1 цифровий сигнал подається до мікроконтролера 2 для статистичної обробки з урахуванням систематичних похибок, які вносять блоки і вузли пристрою. Мікроконтролером 2 індивідуально для кожного з каналів 3 формуються цифрові сигнали, які подаються на входи вузлів 5 гальванічної розв'язки сигналу кожного з каналів 3. Одночасно з обробкою вхідних цифрових сигналів мікроконтролером 2 формуються сигнали керування блоками пристрою. На вхід перетворювача 4 напруги живлення, тобто до входу датчика 14 і входу 28 драйвера 15, від джерела живлення (на кресленнях не наведене) подається напруга, наприклад, 5В. Після цього починає працювати драйвер 15, робоча частота якого задається таймером 16. На початку кожного робочого циклу вивід 29 первинної обмотки трансформатора 17 за допомогою драйвера 15 (вхід 27 - драйвер 15 - вихід драйвера 15) підключається до спільного проводу первинних кіл перетворювача 4 напруги живлення. Струм, що тече первинною обмоткою трансформатора 17, протягом циклу прямого ходу зростає по лінійному закону. Вимірювання миттєвих значень струму первинної обмотки трансформатора 17 забезпечується датчиком 14. Цикл прямого ходу трансформатора 17 закінчується, коли струм первинної обмотки трансформатора 17 перевищує поріг, запрограмований в драйвері 15, або поріг, що задається сигналом на вході 33 драйвера 15, який надходить через вузол 20 гальванічної розв'язки сигналу помилки з виходу схеми 22 формування сигналу помилки, за принципом "який менше". Драйвер 15 відключає первину обмотку трансформатора 17 від спільного проводу первинних кіл перетворювача 4. Починається цикл зворотного ходу, під час якого енергія, накопичена в трансформаторі, забезпечує протікання струму по вторинній обмотці трансформатора 17. Струми з виходів 30 і 31 вторинної обмотки трансформатора 17 через випрямлячі 18 і 19 подаються на відповідні їм виходи 13 і 12 перетворювача 4. Параметри секцій вторинної обмотки трансформатора 17 підібрано таким чином, щоб на вхід живлення ЦАП 6 була подана напруга меншого рівня, наприклад, 5В, а на вхід живлення блока 7 формування вихідних сигналів - більшого, наприклад, 27В. Стабілізація рівня напруги на виходах 12 і 13 перетворювача 4 здійснюється наступним чином. У разі, коли напруга на виході 12 перетворювача 4 7 зменшується (збільшується), то пропорційно зменшується (збільшується) напруга на виході датчика 21, тобто на вхід схеми 22 формування сигналу помилки подається напруга нижча (більша) від заданої. У результаті порівняння в схемі 22 сигналу датчика 21 із заданою напругою формується сигнал помилки, який через вузол 20 гальванічної розв'язки сигналу помилки подається на вхід 33 драйвера 15. У драйвері 15 у відповідності з сигналом помилки збільшується або зменшується тривалість циклу прямого ходу, тобто в трансформаторі 17 буде накопичено і передано у вторинну обмотку більше (менше) енергії. У випадку, якщо напруга на вході 13 перетворювача 4 перевищує необхідне граничне максимальне значення, наприклад, в пускових режимах роботи пристрою, то обмежувачем 23 напруги датчик 21 переключається до виходу 13 доти, поки напруга на виході 13 перетворювача 4 не буде зменшена до необхідного рівня. Потім датчик 21 напруги переключається до виходу 12 перетворювача 4 напруги живлення. Обробка сигналу в каналах пристрою здійснюється таким чином. Цифровий сигнал від мікроконтролера 2 через вузол 5 гальванічної розв'язки сигналу подається на вхід ЦАП 6, де перетворюється в напругу, пропорційну обвідній його значень, і згладжується. Сформований на виході ЦАП 6 сигнал подається в блок 7 формування вихідних сигналів, а саме на перший вхід перетворювача 8 напругаструм. Сигнал постійного струму з виходу перетворювача 8 подається через датчик 9 струму навантаження до виходу канала 3, тобто до кіл нава 15455 8 нтаження (на кресленні не зображені), на вхід засобу 11 індикації і на перший вхід вимірювача 10 струму навантаження. Коли навантаження підключене, струм, що протікає через кола навантаження, створює падіння напруги на датчику 9 струму навантаження, яке подається на вхід вимірювача 10 струму навантаження. Вихідний сигнал вимірювача 10 струму навантаження, який є керувальним сигналом для перетворювача 8 напруга-струм, подається на другий вхід останнього. Напруга, що сформована перетворювачем 8 напруга-струм, подається на подільник 35 напруги засобу 11 індикації. Номінали резисторів подільника 35 напруги підібрані таким чином, щоб на інвертуючий вхід компаратора 36, сполучений з анодом зеленого світлодіода індикатора 34, подавалась частина напруги на навантаженні, а на його неінвертуючий вхід - опорна напруга. На інвертуючий вхід компаратора 37 подається опорна напруга, а на неінвертуючий - частина напруги на навантаженні. Вихід компаратора 37 сполучений з анодом червоного світлодіода індикатора 34. Таким чином забезпечена індикація, наприклад, трьох режимів: при допустимих значеннях опору навантаження відбувається світіння індикатора 34 зеленим кольором; при підвищених значеннях опору навантаження, коли ще є можливою неспотво-рена передача вихідного струмового сигналу, - жовтим кольором; у режимах обриву кіл навантаження або недопустимого перевищення опору навантаження, коли неспотворена передача струмового сигналу до кіл навантаження є неможливою, - червоним кольором. 9 Комп’ютерна верстка А. Рябко 15455 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601