FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

ˇ ´ VYSOKE ´ UCEN ˇ Í TECHNICKE ´ V PRAZE CESK E ´ FAKULTA ELEKTROTECHNICKA

´ PRACE ´ DIPLOMOVA Zobrazen´ı umˇ el´ eho horizontu

Praha, 2008

Autor: Tom´ aˇ s B´ eda

Anotace C´ılem této diplomové práce je zobrazen´ı u ´daje umˇelého horizontu AGD-1 pomoc´ı LCD displeje. Analogové signály, odpov´ıdaj´ıc´ı polohov´ ym u ´hl˚ um, které generuj´ı selsyny ´ gyroskopického systému 458B, jsou zpracovány pomoc´ı pˇrevodn´ık˚ uu ´hel - ˇc´ıslo. Uhly jsou v digitáln´ı podobˇe pˇreneseny po sériové lince do LCD displeje, kde se polohové u ´hly zobrazuj´ı na umˇelém horizontu.

Annotation The goal of this thesis is a visualization of an artificial horizon AGD-1 through the use of LCD. Analog signals corresponding with position angles generate selsyns of gyroscopic system 458B. Signals are processed by the angle-to-digital converters. In digital form, the position angles are transferred via serial port to LCD, where they are displayed on an artificial horizon.

Prohl´ aˇ sen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem zadanou diplomovou práci ”Zobrazen´ı umˇelého horizontu” vypracoval samostatnˇe a pouˇzil jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v pˇriloˇzeném seznamu.

Nemám závaˇzn´ y d˚ uvod proti uˇzit´ı tohoto ˇskoln´ıho d´ıla ve smyslu § 60 zákona ˇc.121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisej´ıc´ıch s právem autorsk´ ym a o zmˇenˇe nˇekter´ ych zákon˚ u (autorsk´ y zákon).

V Praze dne . . . . . . . . . . . . . . .

Podpis . . . . . . . . . . . . . . .

Podˇ ekov´ an´ı Na tomto m´ıstˇe bych rád podˇekoval pˇredevˇs´ım své rodinˇe za podporu, kterou mi poskytovali bˇehem celého studia. Dále bych chtˇel podˇekovat: Ing. Pavlu Paˇcesovi za informace a pomoc pˇri práci s v´ yvojov´ ym zobrazovac´ım systémem Sharp-Ingenia, a vedouc´ımu diplomové práce Doc. Ing. Karlu Draxlerovi, CSc. za ˇcetné pˇripom´ınky a návrhy.

OBSAH ´ 1 Uvod

9

2 Gyroskopick´ e syst´ emy

12

2.1

Mechanické gyroskopické systémy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2.2

Laserové gyroskopické systémy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

2.3

Vláknové gyroskopické systémy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

3 Gyroskopick´ y syst´ em 458B pro AGD-1

17

4 N´ avrh ˇ reˇ sen´ı digitalizace sign´ alu

20

5 Pouˇ zit´ y Hardware

22

5.1

5.2

Zobrazovac´ı systém Sharp-Ingenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

5.1.1

HW specifikace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

Kit STK500 AVR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

6 Pouˇ zit´ y software

26

6.1

Software pro programován´ı a kompilaci . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

6.2

Podp˚ urn´ y software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

7 Realizace - Hardware 7.1

7.2

7.3

27

Modul pˇrevodu selsyn - rozkladaˇc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

7.1.1

Tˇr´ısloˇzková soustava a pravo´ uhlá soustava . . . . . . . . . . . .

29

7.1.2

Pˇrevod mezi soustavami pomoc´ı Scott-T transformátoru . . . .

30

7.1.3

Pˇrevod mezi soustavami pomoc´ı operaˇcn´ıch zesilovaˇc˚ u. . . . . .

31

Modul digitalizace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

7.2.1

Pˇrevodn´ık rozkladaˇc-ˇc´ıslo AD2S83 . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

7.2.2

Podp˚ urné obvody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

Modul pˇrenosu dat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

7.3.1

Sbˇernice RS-232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

7.3.2

Mikroprocesor ATmega16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46

7.3.3

Pˇrevodn´ık u ´rovn´ı sériové linky MAX232 . . . . . . . . . . . . .

48

8 Realizace - Software 8.1

8.2

49

Program komunikace mˇeˇr´ıc´ıch modul˚ u a zobrazovac´ı jednotky . . . . .

49

8.1.1

Popis ˇr´ıd´ıc´ıho programu a v´ yvojové diagramy . . . . . . . . . .

49

Program zobrazen´ı umˇelého horizontu . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

8.2.1

Popis programu zobrazen´ı umˇelého horizontu . . . . . . . . . . .

51

8.2.2

Programován´ı systému . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

9 Z´ avˇ er

57

Literatura

58

Seznam obr´ azk˚ u

60

Seznam tabulek

61

Seznam pˇ r´ıloh

62

Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD

63

´ KAPITOLA 1. UVOD

1

9

´ UVOD Poloha letadla (resp. poloha jeho os) v˚ uˇci horizontu se dˇr´ıve urˇcovala pouze zrakem.

S velk´ ym rozmachem leteckého pr˚ umyslu se vˇsak kladl d˚ uraz na to, aby bylo moˇzné s letadlem létat i za zhorˇsen´ ych podm´ınek (tj. za ˇspatné dohlednosti, v mraku nebo v noci). V tˇechto podm´ınkách, nen´ı moˇzné bezpeˇcnˇe létat bez pˇr´ıstroje, kter´ y nám vˇzdy urˇc´ı polohu podélné a pˇr´ıˇcné osy vzhledem k horizontu. Tyto pˇr´ıstroje, ukazuj´ıc´ı absolutn´ı sklon letadla v˚ uˇci zemi se naz´ yvaj´ı umˇelé horizonty (absolutn´ı sklonomˇery). Ukazatel umˇelého horizontu, um´ıstˇen´ y v kabinˇe letadla, informuje pilota o poloze letadla v˚ uˇci horizontáln´ı a vertikáln´ı rovinˇe. Ukazatel umˇelého horizontu pro svoji funkci vyuˇz´ıvá gyroskopiského systému, kter´ y mˇeˇr´ı velikost naklopen´ı a naklonˇen´ı letadla v˚ uˇci vodorovné rovinˇe.

Obr. 1.1: Umˇel´ y horizont vrtuln´ıku Bell 412HP V mal´ ych letadlech b´ yvá tento gyroskopick´ y systém souˇcást´ı ukazatele jako na obr. 1.1. Ve velk´ ych a dopravn´ıch letadlech je gyroskopick´ y systém um´ıstˇen pˇreváˇznˇe v tˇeˇziˇsti letadla, kde na nˇej nep˚ usob´ı neˇzádouc´ı momenty. Pomoc´ı dálkového pˇrenosu se pak pˇrenáˇs´ı u ´daj z gyra do pilotn´ı kabiny, kde se zobrazuje pomoc´ı ukazatele. Dˇr´ıve se pouˇz´ıval mechanick´ y ukazatel umˇelého horizontu, ale nyn´ı pˇri konstrukci nov´ ych letadel nebo modernizaci pilotn´ıch kabin se uˇz´ıvá pˇredevˇs´ım multifunkˇcn´ıch LCD displej˚ u pro zobrazen´ı umˇelého horizontu. V tˇechto nov´ ych pilotn´ıch kabinách v dopravn´ıch letadlech jsou vˇetˇsinou tyto displeje dva, pro kaˇzdého pilota jeden, doplnˇené o jeden záloˇzn´ı mechanick´ y ukazatel, kter´ y je schopen dávat pilot˚ um informaci o naklonˇen´ı

´ KAPITOLA 1. UVOD

10

i naklopen´ı letadla i pˇri v´ ypadku elektrické s´ıtˇe. Modern´ı LCD displeje nezobrazuj´ı vˇetˇsinou jenom umˇel´ y horizont, ale jako primárn´ı letov´ y ukazatel na obr. 1.2 (Primary Flight Display - PFD), zobrazuj´ı i informace o rychlosti, vertikáln´ı rychlosti, v´ yˇsce, kurzu a stavech autopilota.

Obr. 1.2: Primary Flight Display Tato modernizace se dˇeje hlavnˇe z d˚ uvodu co nejmenˇs´ı zátˇeˇze na pilota, kter´ y by jinak musel sledovat v´ıce ukazatel˚ u najednou. Gyroskopické systémy mohou b´ yt : - mechanické (tzn. gyro v závˇesu) - laserové - vláknové Dálkové pˇrenosy mohou b´ yt realizovány nˇekolika zp˚ usoby. U starˇs´ıch mechanick´ ych gyroskopick´ ych systém˚ u jsou v´ ystupem dvˇe trojice signál˚ u selsyn˚ u. Pomoc´ı tˇechto ˇsesti signál˚ u se uskuteˇcn ˇuje dálkov´ y pˇrenos o polohov´ ych u ´hlech. V kabinˇe tyto signály, pomoc´ı pˇrevodu selsyn - u ´hel, natáˇcej´ı mechanick´ y ukazatel umˇelého horizontu. U nov´ ych gyroskopick´ ych systém˚ u se tento signál rovnou digitalizuje a v této digitáln´ı podobˇe pos´ılá po sbˇernici do kabiny. Zde se programovˇe zpracovává a zobrazuje na daném multifunkˇcn´ım displeji.

´ KAPITOLA 1. UVOD

11

C´ılem této diplomové práce je navrhnout a realizovat systém pro zobrazen´ı podélného a pˇr´ıˇcného sklonu letadla na LCD displeji. Na systém jsou kladeny poˇzadavky, aby spolupracoval s komponenty: - pro sn´ımán´ı polohov´ ych u ´hl˚ u je pouˇzit gyroskopick´ y systém 458B, kter´ y vyuˇz´ıvá mechanického gyra. Tento systém je dodáván se zobrazovac´ı jednotkou AGD-1. - pro zobrazen´ı je pouˇzitá jednotka SHARP-INGENIA. Je to jednodeskov´ y poˇc´ıtaˇc na bázi procesoru MOTOROLA s architekturou RISC. Dostateˇcn´ y v´ ypoˇcetn´ı v´ ykon zajiˇst’uje procesor PowerPC. Celou práci lze rozdˇelit na tˇri ˇcásti: 1. realizace obvodu pro zpracován´ı signál˚ u gyroskopického systému 458B do digitáln´ı formy 2. programové ˇreˇsen´ı a realizace obvodu, kter´ y pˇres komunikaˇcn´ı kanál zajiˇst’uje pˇrenos dat mezi obvodem zpracován´ı signálu a zobrazovac´ı jednotkou 3. návrh programového vybaven´ı zobrazovac´ı jednotky, která bude zpracovávat signál na LCD display, kter´ y bude zobrazovat ukazatel umˇelého horizontu

´ SYSTEMY ´ KAPITOLA 2. GYROSKOPICKE

12

´ SYSTEMY ´ GYROSKOPICKE

2 2.1

Mechanick´ e gyroskopick´ e syst´ emy

Základn´ım principem mechanick´ ych gyroskopick´ ych systém˚ u je setrvaˇcn´ık, kter´ y je uloˇzen´ y v Kardanovém závˇesu. Tento setrvaˇcn´ık se otáˇc´ı kolem svislé osy v loˇziskách vnitˇrn´ıho rámeˇcku. Vnitˇrn´ı rámeˇcek je pomoc´ı loˇzisek uchycen ve vnˇejˇs´ım rámeˇcku. Vnˇejˇs´ı rámeˇcek je pˇres loˇziska pˇripojen k rámu pˇr´ıstroje. Na obr. 2.1 lze vidˇet uchycen´ı setrvaˇcn´ıku.

Obr. 2.1: Schéma uchycen´ı setrvaˇcn´ıku

Obr. 2.2: Pneumatick´ y pohon setrvaˇcn´ıku

mechanického gyroskopu Setrvaˇcn´ık lze pohánˇet bud’ pneumatick´ ym pohonem nebo elektrick´ ym pohonem. Pneumatick´ y pohon ( obr. 2.2) setrvaˇcn´ıku funguje tak, ˇze na obvodu rotoru jsou vytvoˇreny kapsy (vybrán´ı), které pod vlivem proudˇen´ı vzduchu z trysek, um´ıstˇen´ ych kolem rotoru, roztáˇc´ı samotn´ y rotor. Setrvaˇcn´ık s elektrick´ ym pohonem pohán´ı elektrick´ y motorek, um´ıstˇen´ y uvnitˇr rotoru, tak aby z´ıskal co moˇzná nejvˇetˇs´ı moment setrvaˇcnosti. Elektrické motorky jsou asynchronn´ı a tˇr´ıfázové nebo i dvoufázové.

Ideáln´ı mechanick´ y gyroskop by mˇel drˇzet vˇzdy stejnou polohu osy otáˇcen´ı vzhledem k zemi. Reálné gyro mˇeˇr´ı s metodickou a pˇr´ıstrojovou chybou. Metodická chyba je zp˚ usobena zakˇriven´ım zemˇe. Setrvaˇcn´ık je ve stejné poloze kdekoli na zemi a jeho hlavn´ı osa nesmˇeˇruje do stˇredu zemˇe. Podobnˇe jako je znázornˇeno na obr. 2.3. Pˇr´ıstrojová


13

chyba je zp˚ usobena neˇzádouc´ımi vlivy reálného gyroskopu. Mezi tyto vlivy patˇr´ı napˇr. nevyváˇzenost setrvaˇcn´ıku nebo tˇrec´ı s´ıly kontakt˚ u gyroskopu mezi rámy. Metodická i pˇr´ıstrojová chyba se odstran´ı korekˇcn´ım zaˇr´ızen´ım tak, aby poloha osy setrvaˇcn´ıku byla vˇzdy svislá k zemi.

Obr. 2.3: Poloha setrvaˇcn´ıku bez korekce vzhledem k zemi Korekce polohy hlavn´ı osy gyroskopu do smˇeru vertikály: - mechanická - pomoc´ı závaˇz´ı (nelze vyp´ınat (resp. zap´ınat) pˇri nerovnomˇerném pohybu) - pneumatická - pomoc´ı kyvadélek - elektrická - pomoc´ı elektrolytické libely Vˇsechny tyto tˇri zp˚ usoby korekce vyuˇz´ıvaj´ı t´ıhového zrychlen´ı. U setrvaˇcn´ıku s pneumatick´ ym pohonem se vˇetˇsinou pouˇz´ıvá systém ˇctyˇr kyvadélek ( obr. 2.4), která jsou zavˇeˇsena na pouzdˇre setrvaˇcn´ıku. V tomto pouzdˇre pod setrvaˇcn´ıkem jsou v horizontáln´ı rovinˇe ˇctyˇri otvory po 90◦ , kter´ ymi vycház´ı z pouzdra vzduch. Kyvadélka um´ıstˇená nad tˇemito otvory funguj´ı jako ˇcásteˇcné záslepky tˇechto otvor˚ u (pˇri svislé ose otáˇcen´ı). Kdyˇz dojde k náklonu svislé osy otáˇcen´ı setrvaˇcn´ıku, tak kyvadélka odkryj´ı otvory tak, ˇze proud´ıc´ı vzduch z tˇechto otvor˚ u vytváˇr´ı s´ılu, kterou se pouzdro setrvaˇcn´ıku i s osou otáˇcen´ı setrvaˇcn´ıku, vrac´ı do svislé polohy.


14

Obr. 2.4: Korekˇcn´ı zaˇr´ızen´ı umˇelého horizontu s kyvadélky Dalˇs´ı typ korekˇcn´ıho zaˇr´ızen´ı vyuˇz´ıvá elektrolytickou dvouosou libelu ( obr. 2.5). Tato libela um´ıstˇená u setrvaˇcn´ıku, koriguje sklon pomoc´ı proud˚ u do momentov´ ych motor˚ u. Tyto motorky zajiˇst’uj´ı jak pˇr´ıˇcnou tak podélnou korekci a jsou um´ıstˇené na vnitˇrn´ıch rámeˇcc´ıch. M´ısto dvouos´ ych libel lze pouˇz´ıt napˇr. dvˇe jednoosé rtut’ové libely. K tˇemto korekˇcn´ım systém˚ um se um´ıst’uje jeˇstˇe jednoosá rtut’ová libela, která slouˇz´ı jako vyp´ınán´ı Obr. 2.5: Korekˇcn´ı zaˇr´ızen´ı s elektrolytickou libelou (resp. zap´ınán´ı) celého korekˇcn´ıho systému pˇri akceleraci nebo deceleraci (resp. nerovnomˇerném pohybu). Pˇri pouˇzit´ı mechanick´ ych gyroskop˚ u pro umˇelé horizonty docház´ı k dvˇema chybám. - Metodická chyba - Lze korigovat precesn´ım pohybem → korekce.


15

- Pˇr´ıstrojová chyba - Je ovlivnitelná, nelze vˇsak dosáhnout toho aby byla nulová. Tato chyba zahrnuje ruˇsivé momenty. Jsou zde momenty nevyváˇzenosti, moment tˇren´ı setrvaˇcn´ıku, moment tˇren´ı napájec´ıch pˇr´ıvod˚ u a nahodil´ y moment.

2.2

Laserov´ e gyroskopick´ e syst´ emy

Základ laserov´ ych gyroskopick´ ych systém˚ u (LRG - Lase Ring Gyro) tvoˇr´ı svˇetlovodné dráhy ve tvaru rovnostranného troj´ uheln´ıku nebo ˇctverce. Tento tubus je naplnˇen´ y smˇes´ı Ne-He plynu. Z jednoho rohu tohoto troj´ uheln´ıku jsou vyslány dva laserové paprsky do dalˇs´ıch vrchol˚ u troj´ uheln´ıku tak, aby se pˇres odrazy vrátily zpˇet do m´ısta vyslán´ı. Zde je vyhodnocuje detektor. Pˇri otáˇcen´ı tohoto celého systému docház´ı k jejich interferenci. Z této interference lze pak spoˇc´ıtat rychlost otáˇcen´ı systému. Princip laserov´ ych gyroskopick´ ych systém˚ u je patrn´ y z obr. 2.6. Od velikosti tohoto systému se odv´ıj´ı i pˇresnost urˇcován´ı polohov´ ych u ´hl˚ u. Obecnˇe jsou tyto systémy velmi pˇresné, ale bohuˇzel tomu odpov´ıdá i jejich poˇrizovac´ı cena.

Obr. 2.6: Schéma laserového gyroskopu


2.3

16

Vl´ aknov´ e gyroskopick´ e syst´ emy

Princip vláknov´ ych gyroskop˚ u (FOB - Fiber Optic Gyro) je podobn´ y laserov´ ym. Funguje zde Sagnac˚ uv efekt (Sagnacova interference), kter´ y je patrn´ y z obr. 2.7. Do optického vlákna je vyslán paprsek, kter´ y je následnˇe v polopropustném zrcadle rozdˇelen na dva. Tyto dva paprsky se dále pohybuj´ı optick´ ym vláknem, které je navinuto na urˇcit´ y polomˇer s urˇcit´ ymi poˇcty závit˚ u. Paprsky se pohybuj´ı ve vláknˇe opaˇcn´ ymi smˇery (resp. proti sobˇe). Po pr˚ uchodu celého svazku vlákna se pˇres polopropustné zrcadlo dostávaj´ı do detektoru. Tento detektor vyhodnocuje interferenci mezi vyslan´ ymi signály a následnˇe poˇc´ıtá rychlost otáˇcen´ı celého systému. Také u tohoto gyroskopického systému má na pˇresnost i drift vliv velikost celého systému.

Obr. 2.7: Schéma vláknového gyroskopu

´ SYSTEM ´ 458B PRO AGD-1 KAPITOLA 3. GYROSKOPICKY

3

17

´ SYSTEM ´ 458B PRO AGD-1 GYROSKOPICKY Signál pro ukazatel umˇelého horizontu AGD-1 ( obr. 3.1) se z´ıskává z gyrosko-

pického systému 458B na obr. 3.2 . Tento gyroskopick´ y systém pracuje na principu gyro-horizontu s pˇr´ıdavn´ ym sledovac´ım rámem v pˇr´ıˇcném sklonu. Tento princip je znázornˇen na obr. 3.3.

Obr. 3.1: Ukazatel umˇelého horizontu AGD-1

Obr. 3.2: Gyroskopick´ y systém 458B Systém zajiˇst’uje pomoc´ı pˇr´ıdavného rámu kolmost hlavn´ı osy gyra (tzn. svislé osy otáˇcen´ı setrvaˇcn´ıku) a roviny vnitˇrn´ıho rámu. Pˇri nedodrˇzen´ı kolmosti této roviny s hlavn´ı osou gyra docház´ı k tomu, ˇze moment hybnosti a u ´hlová rychlost (vyvolávaj´ıc´ı


18

Obr. 3.3: Schéma gyroskopu s korekc´ı pomoc´ı eletrolytické libely moment gyroskopické reakce) nesv´ıraj´ı prav´ yu ´hel. Systém rám˚ u u 458B na obr. 3.4 obsahuje pˇr´ıˇcnou a podélnou korekci pomoc´ı libely, vyp´ınac´ı obvod podélné korekce a obvody sledovac´ıho rámu. Korekˇcn´ı systémy jsou napájené stejnosmˇern´ ym napˇet´ım 27V. Podélná korekce se vyp´ıná pomoc´ı jednoosé rtut’ové libely. Jako zdroj signálu pro vypnut´ı pˇr´ıˇcné korekce slouˇz´ı zatáˇckomˇer. Obvody sledovac´ıho rámu se skládaj´ı ze zesilovaˇce tvoˇreného tranzistory, motoru a redukce, pˇres kterou se natáˇc´ı pˇr´ıdavn´ y rám. V´ ystupn´ı signály zajiˇst’uj´ı sn´ımac´ı selsyny podélného a pˇr´ıˇcného sklonu. Rotory tˇechto selsyn˚ u jsou napájené vˇzdy ze dvou fáz´ı napájec´ıho napˇet´ı 3x36V/400Hz. Toto napˇet´ı pohán´ı i setrvaˇcn´ık na vnitˇrn´ım rámu


19

Obr. 3.4: Schéma rám˚ u gyroskopického systému 458B

B2 - jednoosá libela pro vyp´ınán´ı korekce

M6 - selsyn pˇr´ıˇcného sklonu

B3 - dvouosá elektrolytická libela korekce

M7 - buzen´ı setrvaˇcn´ıku

B6 - komutátor

M8 - motor pˇr´ıˇcné korekce

M5 - selsyn podélného sklonu

M9 - motor podélné korekce

Kardanova závˇesu. Ukazatel AGD-1 pracuje reálnˇe v rozsaz´ıch -90 aˇz +90 stupˇ n˚ u pro podéln´ y sklon a -180 aˇz +180 stupˇ n˚ u pro pˇr´ıˇcn´ y sklon. Pˇri vˇetˇs´ıch u ´hlech pro podéln´ y sklon docház´ı ke komutaci dvou fáz´ı z v´ ystupu selsynu podélného náklonu a zároveˇ n se komutuje napájec´ı napˇet´ı rotoru selsynu pˇr´ıˇcného náklonu. To má za následek zmˇenu pˇr´ıˇcného sklonu o 180 stupˇ n˚ u. T´ım je dosaˇzena správná funkce ukazatele AGD-1.

´ ˇ SEN ˇ Í DIGITALIZACE SIGNALU ´ KAPITOLA 4. NAVRH RE

4

20

´ ˇ SEN ˇ Í DIGITALIZACE SIGNALU ´ NAVRH RE Systém digitalizace signálu z v´ ystupu selsyn˚ u lze ˇreˇsit nˇekolika zp˚ usoby. Jako nej-

jednoduˇsˇs´ı ˇreˇsen´ı je pomoc´ı pˇrevodn´ık˚ u selsyn-ˇc´ıslo od firmy Analog Devices. Tyto pˇrevodn´ıky pˇr´ımo digitalizuj´ı signál tˇr´ısloˇzkové soustavy bez dalˇs´ıch u ´prav signálu. Bohuˇzel toto ˇreˇsen´ı je velmi nákladné, jelikoˇz cena tohoto pˇrevodn´ıku je vyˇsˇs´ı neˇz 1000 dolar˚ u. Druh´ y zp˚ usob ˇreˇsen´ı je pomoc´ı pˇrevodu z tˇr´ısloˇzkové soustavy (selsyn) na pravo´ uhlou soustavu (rozkladaˇc) a následnˇe digitalizace pˇrevodn´ıkem rozkladaˇc-ˇc´ıslo, kter´ y je ˇrádovˇe 10x levnˇejˇs´ı neˇz pˇrevodn´ık selsyn-ˇc´ıslo.

Obr. 4.1: Blokové schéma digitalizace signálu Dalˇs´ı moˇzné ˇreˇsen´ı je pomoc´ı Analogovˇe/Digitáln´ıch pˇrevodn´ık˚ u. Zde se urˇc´ı fáze kaˇzdého signálu a pak se pomoc´ı AD pˇrevodu z´ıská ˇc´ıslo odpov´ıdaj´ıc´ı velikosti stˇr´ıdavého napˇet´ı. Následnˇe lze pomoc´ı v´ ypoˇcetn´ıho mikroprocesoru urˇcit z tˇechto u ´daj˚ u ˇc´ıslo, které odpov´ıdá u ´hlu natoˇcen´ı selsynu. Pro tuto práci je vybráno druhé ˇreˇsen´ı (blokovˇe na obr. 4.1) pomoc´ı pˇrevodn´ıku rozkladaˇc-ˇc´ıslo z d˚ uvodu menˇs´ı finanˇcn´ı nároˇcnosti. Pˇrevod selsyn-rozkladaˇc lze realizovat dvˇema zp˚ usoby, které jsou nast´ınˇené v kapitole 7.1. Cel´ y systém modernizace umˇelého horizontu je ukázán na obr. 4.2. Navrhované zaˇr´ızen´ı bude pouˇz´ıváno v laboratorn´ıch podm´ınkách, proto zde nen´ı

´ ˇ SEN ˇ Í DIGITALIZACE SIGNALU ´ KAPITOLA 4. NAVRH RE

21

kladen d˚ uraz na odolnost proti vlhkosti, n´ızk´ ym teplotám a jin´ ym vliv˚ um.

Obr. 4.2: Blokové schéma celého systému Vyuˇzit´ı systému Sharp-Indenia jako zobrazovac´ı jednotky bylo pˇredem známé, proto tento systém bude popsán jiˇz v následuj´ıc´ı kapitole 5.1.

ˇ Y ´ HARDWARE KAPITOLA 5. POUZIT

22

ˇ Y ´ HARDWARE POUZIT

5 5.1

Zobrazovac´ı syst´ em Sharp-Ingenia

Systém Sharp-Ingenia se skládá z jednodeskového poˇc´ıtaˇce TS03-012 INGENIA Duet (specifikace tab. 5.2) a LCD dotykového displeje (specifikace tab. 5.1) od firmy Sharp. TS03-012 INGENIA Duet je postaven na bázi procesoru v´ yrobce Freescale semiconductor s architekturou RISC. Je vhodn´ y pro mnoˇzstv´ı aplikac´ı d´ıky mnoˇzstv´ı periféri´ı, které obsahuje. Dostateˇcn´ y v´ ypoˇcetn´ı v´ ykon zajiˇst’uje procesor PowerPC spolu s velk´ ym objemem pamˇeti RWM a Flash. Poˇc´ıtaˇc disponuje rozhran´ım 10/100BaseT Ethernet, CAN 2.0 a UART. D´ıky dotykovému displeji lze tento poˇc´ıtaˇc uzp˚ usobit pro snadné zacházen´ı uˇzivatelem. Ingenia Duet je i s LCD displejem SHARP LQ084S3DG01 na obr. 5.1 jako komplet. Tuto zobrazovac´ı jednotku dodává firma DevCom, která se zab´ yvá v´ yvojem leteck´ ych systém˚ u.

Obr. 5.1: Kompletn´ı zobrazovac´ı systém


23

Grafick´ y ˇradiˇc Fujitsu Scarlet s typov´ ym oznaˇcen´ım MB68291AS je pˇripojen k lokáln´ı sbˇernici procesoru. Dle pouˇzitého zobrazovaˇce, m˚ uˇze pracovat aˇz v rozliˇsen´ı 1280x1024 bod˚ u. V laboratorn´ım pˇr´ıpravku je pouˇzit dotykov´ y zobrazovaˇc s rozliˇsen´ım 800x600.

Obr. 5.2: Porty komunikaˇcn´ıho rozhran´ı Komunikaˇcn´ı rozhran´ı (na obr. 5.2) obsahuje samostatn´ y RISC komunikaˇcn´ı procesor, kter´ y implementuje vˇetˇsinu pouˇz´ıvan´ ych sériov´ ych komunikaˇcn´ıch protokol˚ u a rozhran´ı. Komunikaˇcn´ı procesor je rozdˇelen na nˇekolik samostatn´ ych modul˚ u, z nichˇz kaˇzd´ y m˚ uˇze realizovat urˇcitou skupinu protokol˚ u. Modul SCC v reˇzimu UART nab´ız´ı: poloviˇcn´ı nebo pln´ y duplexn´ı provoz, 5 aˇz 8 (SCC modul) datov´ ych bit˚ u, 1 nebo 2 stop bity, lichou/sudou paritu nebo pˇrenos bez parity a pˇrenosovou rychlost aˇz 230 400 Bd.

5.1.1

HW specifikace Tab. 5.1: Základn´ı parametry displeje LQ08453DG01 ´ Uhlopˇ r´ıˇcka: 21 cm (8.4 inch) Aktivn´ı oblast 170.44 x 127.8 mm (ˇs´ıˇrka x v´ yˇska) Vnˇejˇs´ı rozmˇer 199.5 x 149.5 x 11.6 mm (ˇs´ıˇrka x v´ yˇska x hloubka) Rozliˇsen´ı 800 x 600 Sv´ıtivost 350 cd/m2 Kontrast minimálnˇe 250:1 Viditeln´ yu ´hel

130◦ , 105◦ (horizontálnˇe, vertikálnˇe)


24

Tab. 5.2: Základn´ı parametry TS03-012 INGENIA Duet procesor: RISC Freescale Semiconductor MPC880 nebo MPC885, pracovn´ı frekvence 96, 133MHz v´ ykon max. 176MIPS 8kB instrukˇcn´ı cache, 8kB datová cache DRAM: 32 – 128MB SDRAM, ˇs´ıˇrka sbˇernice 32 bit˚ u FLASH: 8MB, ˇs´ıˇrka sbˇernice 16 bit˚ u komunikaˇcn´ı 2x CAN 2.0B – galvanicky oddˇelen´ y, rychlost max. 1MBit/s periférie: 2x UART RS232 1x UART RS485 2x Ethernet 10/100BaseT grafické 2D/3D grafick´ y akcelerátor Fujitsu Scarlet MB86291AS rozhran´ı: rozliˇsen´ı max. 1280x1024, barevná paleta 256k barev podpora pro pˇripojen´ı odporové dotykové obrazovky (touch screen) analogové VGA rozhran´ı rozmˇery:

100x180 mm

napájen´ı:

stabilizovan´ y zdroj 5VDC nebo stabilizovan´ y zdroj 12VDC nebo zdroj 15 − 28VDC

spotˇreba:

max. 10W (bez pˇripojeného IDE zaˇr´ızen´ı a displeje)

chlazen´ı: pasivn´ı pracovn´ı standardn´ı proveden´ı 0◦ C aˇz 70◦ C teplota: proveden´ı pro pr˚ umysl -40◦ C aˇz 85◦ C rozmˇery:

100x180 mm


5.2

25

Kit STK500 AVR

Mikroprocesor byl programován pomoc´ı kitu STK500 od firmy Atmel. Tento kit lze pˇripojit pomoc´ı rozhran´ı RS232 k poˇc´ıtaˇci pro programován´ı i ladˇen´ı programu. Je to základn´ı kit a v´ yvojov´ y systém pro AVR mikroprocesory od firmy Atmel. Podporuje mnoho mikroprocesor˚ u této firmy a je tak univerzáln´ım nástrojem pro práci s nimi. Mikroprocesory je moˇzné programovat zp˚ usobem In-System (ISP). Pro imitaci vstup˚ u/v´ ystup˚ u lze vyuˇz´ıt LED diody nebo tlaˇc´ıtka. Dalˇs´ı vyuˇzitelné komponenty jsou zobrazeny na obr. 5.3.

Obr. 5.3: Základn´ı komponenty kitu STK500

ˇ Y ´ SOFTWARE KAPITOLA 6. POUZIT

26

ˇ Y ´ SOFTWARE POUZIT

6 6.1

Software pro programov´ an´ı a kompilaci

Pro programován´ı ATmegy16 je pouˇzit program AVR Studio 4. Je to software umoˇzn ˇuj´ıc´ı vytváˇren´ı programov´ ych projekt˚ u, které mohou obsahovat jeho jednotlivé ˇcasti (soubory s programov´ ymi kódy, informace o projektu, textové soubory...). V´ yvojové prostˇred´ı obsahuje textov´ y editor, ve kterém se vytváˇr´ı programov´ y kód. AVR Studio podporuje pˇreklad jak program˚ u psan´ ych v jazyce C tak i program˚ u psan´ ych v jazyce Assembler. Textov´ y editor automaticky rozeznává ˇcásti kódu a t´ım umoˇzn ˇuje snazˇs´ı orientaci. Hlavn´ı v´ yhodou tohoto programu je moˇznost ladˇen´ı kódu i se simulac´ı urˇcitého typu mikroprocesoru. Bˇehem ladˇen´ı lze zobrazovat aktuáln´ı informace o registrech, periféri´ıch a dalˇs´ı informace. Tento program je freeware a lze ho stáhnout z internetov´ ych stránek. Program vyv´ıj´ı firma Atmel, která zároveˇ n vyráb´ı a navrhuje mikroprocesory ATmega. Jako software na tvorbu programu pro laboratorn´ı systém Sharp-Ingenia je pouˇzito v´ yvojové prostˇred´ı VIDE. Toto prostˇred´ı vˇsak trp´ı mnoha nedostatky, jako jsou napˇr´ıklad mizen´ı ˇca´st´ı textu nebo mizen´ı ˇcást´ı zobrazen´ ych menu. Tento program je pouˇzit pouze pro pˇrekládán´ı zdrojového kódu napsaného v jazyce C, pˇrekládán´ı cel´ ych projekt˚ u a vytváˇren´ı ”make soubor˚ u” (MakeFile.v). V´ yvojové prostˇred´ı pro pˇreklad vyuˇz´ıvá cross-compiler GCC pro procesory Motorola PowerPC, kter´ y je souˇcást´ı softwarového bal´ıku Cygwin. Cygwin je volnˇe ˇsiˇriteln´ y emulátor Linuxového prostˇred´ı pro MS Windows. Jako editor programového jazyka je pouˇz´ıváno programu PsPAD.

6.2

Podp˚ urn´ y software

Pro kreslen´ı elektrick´ ych schémat a návrh desek ploˇsn´ ych spoj˚ u, je pouˇzito programu OrCad od firmy Cadence Design System, Inc. Tento program slouˇz´ı pro komplexn´ı návrhy hardwareov´ ych ˇreˇsen´ı. Pro nahráván´ı programu do systému Sharp-Ingenia slouˇz´ı software TFTP server, kter´ y umoˇzn ˇuje bezpeˇcn´ y transfer mezi poˇc´ıtaˇcem a zobrazovac´ı jednotkou.

KAPITOLA 7. REALIZACE - HARDWARE

7

27

REALIZACE - HARDWARE

7.1

Modul pˇ revodu selsyn - rozkladaˇ c

Základn´ı funkce modulu pˇrevodu je pˇrevést a velikostnˇe upravit signály selsynu na signály rozkladaˇce (tzn. z tˇr´ısloˇzkové soustavy na pravo´ uhlou soustavu). Dalˇs´ı funkce, kterou tento modul vykonává, je u ´prava referenˇcn´ıho signálu. Vstupy tohoto modulu tvoˇr´ı signály selsynu a signály reference. Vzhledem k tomu, ˇze jedna fáze ze signálu reference bude uzemˇena, bude nutno signály reference z´ıskávat pomoc´ı transformátoru. Transformátor má tyto parametry: primárn´ı vinut´ı 36V, sekundárn´ı vinut´ı 16V, frekvence 400Hz, maximáln´ı proud pˇri zátˇeˇzi 100mA. Na primárn´ım vinut´ı transformátoru jsou signály z´ıskávány z budiˇc˚ u selsynu (klonˇen´ı, klopen´ı). Na obr. 7.1 je naznaˇcen´ y cel´ y pˇrevod signál˚ u selsynu.

Obr. 7.1: Schéma pˇrevodu selsyn-rozkladaˇc Vstupn´ı dˇeliˇce zde vytváˇr´ı stˇred selsynu a také slouˇz´ı k u ´pravˇe velikosti vstupn´ıch


28

napˇet´ı. Hodnoty tˇechto odpor˚ u lze vypoˇc´ıtat dle vztahu pro napˇet’ov´ y dˇeliˇc U10 = U1 ·

R4 ≈ 2V R1 + R4

(7.1)

tak, aby jejich v´ ystupn´ı napˇet´ı bylo v rozmez´ı 1.9 a 2V. Toto napˇet´ı je deklarováno jako doporuˇcené pro pˇrevodn´ık, kter´ y bude dále pouˇzit. Sledovaˇce jsou zde jako impedanˇcn´ı oddˇelen´ı odporov´ ych dˇeliˇc˚ u a dalˇs´ıch obvod˚ u. Podrobnˇejˇs´ı popis funkce rozd´ılového zesilovaˇce i s v´ ypoˇctem souˇcástek je v kapitole 7.1.3. Na obr. 7.2 je znázornˇena´ uprava reference. Odpory R13 a R14 slouˇz´ı jako odporov´ y dˇeliˇc, protoˇze pˇrevodn´ık má pˇresnˇe definované rozmez´ı velikosti referenˇcn´ıho napˇet´ı. Sledovaˇc má funkci impedanˇcn´ıho oddˇelovaˇce. Za sledovaˇcem je RC ˇclánek, kter´ y pomoc´ı potenciometru reguluje fázi referenˇcn´ıho napˇet´ı. Tento RC ˇclánek byl vloˇzen, jelikoˇz referenˇcn´ı napˇet´ı nebylo ve fázi se v´ ystupn´ımi napˇet´ımi selsynu. Pˇrevodn´ık poˇzaduje maximáln´ı fázov´ y posuv mezi v´ ystupn´ımi signály rozkladaˇce a referenˇcn´ım signálem 10 stupˇ n˚ u.

Obr. 7.2: Schéma u ´pravy referenˇcn´ıho signálu Tento modul pˇrevodu je fyzicky realizován dvakrát, jednou pro selsyn klopen´ı a podruhé pro selsyn klonˇen´ı. Napájen´ı operaˇcn´ıch zesilovaˇc˚ u, které jsou pouˇzité, je z modulu digitalizace.


7.1.1

29

Tˇ r´ısloˇ zkov´ a soustava a pravo´ uhl´ a soustava

Pro dálkov´ y pˇrenos u ´hlu se pouˇz´ıvaj´ı selsyny a rozkladaˇce. V´ ystupem selsyn˚ u jsou tˇri napˇet´ı (tˇr´ısloˇzková soustava). Tato napˇet´ı se z´ıskávaj´ı ze tˇr´ı c´ıvek (stator) zapojen´ ych do hvˇezdy (Y). Do statorov´ ych vinut´ı se indukuje napˇet´ı z rotoru, kter´ y se v˚ uˇci statoru natáˇc´ı. Amplitudy v´ ystupn´ıch napˇet´ı jsou v závislosti na u ´hlu natoˇcen´ı rotoru posunuté o 120 stupˇ n˚ u. Pr˚ ubˇehy napˇet´ı na jednotliv´ ych v´ ystupech selsynu jsou zobrazeny na obr. 7.3.

Obr. 7.3: Pr˚ ubˇehy signál˚ u selsynu Napájec´ı napˇet´ı rotoru lze popsat vztahem Uref = U0 · sin ωt

(7.2)

kde ω je u ´hlová rychlost. Napˇet´ı na jednotliv´ ych vinut´ıch selsynu lze popsat vztahy Us3−s1 = K · Uref · sin θ Us2−s3 = K · Uref · sin(θ + 120◦ )

(7.3)

Us1−s2 = K · Uref · sin(θ + 240◦ ) kde K je ˇcinitel transformace, θ je u ´hel natoˇcen´ı selsynu. Rozkladaˇc má na v´ ystupu dvˇe napˇet´ı, která tvoˇr´ı pravo´ uhlou soustavu. Princip je podobn´ y jako u selsynu avˇsak stator se skládá pouze ze dvou c´ıvek. Tyto c´ıvky sv´ıraj´ı


30

prav´ y u ´hel. Amplitudy v´ ystupn´ıch napˇet´ı jsou tady posunuté o 90 stupˇ n˚ u. Pr˚ ubˇehy napˇet´ı na jednotliv´ ych v´ ystupech rozkladaˇce jsou zobrazeny na obr. 7.4.

Obr. 7.4: Pr˚ ubˇehy signál˚ u rozkladaˇce Napájec´ı napˇet´ı rotoru je stejné jako u pravo´ uhlé soustavy a lze popsat vztahem Uref = U0 · sin ωt

(7.4)

Napˇet´ı na jednotliv´ ych vinut´ıch rozkladaˇce lze popsat vztahy Us3−s1 = K · Uref · sin θ Us2−s4 = K · Uref · cos θ

(7.5)

kde K je ˇcinitel transformace, θ je u ´hel natoˇcen´ı rozkladaˇce.

7.1.2

Pˇ revod mezi soustavami pomoc´ı Scott-T transform´ atoru

Mezi v´ yhody Scott-T transformátoru patˇr´ı galvanické oddˇelen´ı vstupn´ıch a v´ ystupn´ıch signál˚ u. Dále má Scott-T transformátor velmi dobrou stálost parametr˚ u i pˇres teplotn´ı extrémy. Tento transformátor má vˇsak vˇetˇs´ı rozmˇery a vysokou cenu. Je tvoˇren dvˇema transformátory, které jsou zapojené dle obr. 7.5.


31

Obr. 7.5: Schéma Scott-T transformátoru Jeden transformátor je nápajen´ y z tˇr´ısloˇzkové soustavy dvˇemi napˇet´ımi Y2 a Y3 . Tento transformátor má na vstupn´ım vinut´ı uprostˇred odboˇcku, která spolu s napˇet´ım Y1 slouˇz´ı jako vstupn´ı napˇet´ı druhého transformátoru. Druh´ y transformátor má pˇrenos √ 86,6% (0, 5 · 3).

7.1.3

Pˇ revod mezi soustavami pomoc´ı operaˇ cn´ıch zesilovaˇ c˚ u

Tato metoda se pouˇz´ıvá tam, kde se narozd´ıl od Scott-T transformátoru nevyˇzaduje galvanické oddˇelen´ı v´ ystupn´ıch napˇet´ı selsynu a dalˇs´ıch obvod˚ u . Na obr. 7.6 je graficky znázornˇen pˇrevod. Na obr. 7.7 je jeho realizace. Pˇrenos rozd´ılového zesilovaˇce mus´ı upravovat napˇet´ı Uy tak, aby jeho maximum bylo stejné jako maximum napˇet´ı Ux.


32

Obr. 7.6: Fázorov´ y diagram pˇrevodu selsyn-rozkladaˇc Z fázorového diagramu na obr. 7.6 je zˇrejmé, ˇze pro napˇet´ı Ux a Uy plat´ı Ux = U1 Uy =

U2 − U3 2 · cos 30

kde U1 , U2 , U3 jsou napˇet´ı selsynu, Ux , Uy jsou napˇet´ı rozkladaˇce.

Obr. 7.7: Schéma pˇrevodu selsyn-rozkladaˇc

(7.6) (7.7)


33

Schéma na obr. 7.7 vycház´ı z pˇredpokladu, ˇze stˇred selsynu je uzemnˇen´ y a tedy napˇet´ı U1 , U2 , U3 jsou vztaˇzeny k operaˇcn´ı zemi, která je spojena se stˇredem selsynu. Aby bylo dosaˇzeno stejné velikosti napˇet´ı U x a U y je nutné pomoc´ı rov. 7.7 a pomoc´ı vztahu pro rozd´ılov´ y zesilovaˇc, vypoˇc´ıtat pomˇer odpor˚ u R1 a R2 podle vztahu Uy =

U2 − U3 R2 = (U2 − U3 ) · 2 · cos 30 R1

(7.8)

kde U2 , U3 jsou napˇet´ı selsynu, Uy je napˇet´ı rozkladaˇce. Po u ´pravˇe rov. 7.8 dostaneme vztah pro pomˇer odpor˚ u √ R1 = 2 · cos 30 = 3 R2

7.2

(7.9)

Modul digitalizace

Funkc´ı modulu digitalizace je pˇrevést signály rozkladaˇce na ˇc´ıslo. Blokové schéma je na obr. 7.8. Vstupy tohoto modulu jsou signály rozkladaˇce (SIN, COS), referenˇcn´ı ˇ ızen´ı pˇrevodn´ıku lze signály /INHIBIT signál a signály slouˇz´ıc´ı k ˇr´ızen´ı pˇrevodn´ıku. R´ a /ENABLE. V´ ystupy tohoto modulu jsou hlavnˇe datové vodiˇce, které tvoˇr´ı datovou paraleln´ı sbˇernici a dalˇs´ı doplˇ nkové signály pˇrevodn´ıku. Napájec´ı napˇet´ı i s popisem jsou v tab. 7.1. Blok napájen´ı obsahuje stabilizátory +12 V a -12 V. Tato napˇet´ı slouˇz´ı k napájen´ı pˇrevodn´ıku. Obvody indikace napˇet´ı pouze kontroluj´ı poˇzadované napájec´ı hodnoty pˇrevodn´ıku a jejich správnou funkci indikuj´ı LED diody. Blok podp˚ urn´ ych obvod˚ u nastavuje dynamické charakteristiky pˇrevodn´ıku a dalˇs´ı jeho parametry. Tyto obvody jsou popsány v kapitole 7.2.2. Obvody jsou nastaveny na tyto parametry: rozliˇsen´ı 12 bit˚ u, referenˇcn´ı frekvence 400Hz, ˇs´ıˇrka pásma uzavˇrené smyˇcky 100Hz, maximáln´ı rychlost sledován´ı 10 otáˇcek/sec. Desky modulu digitalizace jsou fyzicky zastoupeny dvakrát (klopen´ı, klonˇen´ı) podobnˇe jako u modulu pˇrevodu selsyn-rozkladaˇc.


Obr. 7.8: Blokové schéma modulu digitalizace

Tab. 7.1: Napájec´ı napˇet´ı Napˇet´ı Popis napájen´ı

Rozvod

+15 V

stabilizátory

modul digitalizace

operaˇcn´ı zesilovaˇce

modul digitalizace, modul pˇrevodu

+5 V

logické obvody pˇrevodn´ıku modul digitalizace

-15 V

stabilizátory

modul digitalizace

operaˇcn´ı zesilovaˇce


zem


0V

34


7.2.1

35

Pˇ revodn´ık rozkladaˇ c-ˇ c´ıslo AD2S83

Pˇrevodn´ık AD2S83 na obr. 7.9 je monolitick´ y, sledovac´ı pˇrevodn´ık rozkladaˇc-ˇc´ıslo s volitelnou pˇresnost´ı pˇrevodu od firmy Analog Devices. AD2S83 pˇrevád´ı signál ze vstup˚ u pro rozkladaˇc na paraleln´ı binárn´ı slovo pomoc´ı pomˇerové sledovac´ı metody. Ta zajiˇst’uje vysokou odolnost proti ˇsumu, pˇri dlouhém veden´ı signálu od rozkladaˇce. Tento pˇrevodn´ık funguje s referenˇcn´ı frekvenc´ı v rozsahu 0 Hz aˇz 20 kHz. Pˇresnost pˇrevodn´ıku m˚ uˇze b´ yt nastavena uˇzivatelem, pomoc´ı dvou ˇr´ıd´ıc´ıch pin˚ u. Pomˇerov´ y sledovac´ı pˇrevod také zajiˇst’uje v´ ystupn´ı data bez pˇrevodového zpoˇzdˇen´ı a toleranci harmonického zkreslen´ı. Dynamické parametry pˇrevodn´ıku se nastavuj´ı pomoc´ı hodnot extern´ıch odpor˚ ua kondenzátor˚ u. Tˇemi lze definovat ˇs´ıˇrku pásma, maximáln´ı sledovac´ı rychlost a pomˇern´ y koeficient v´ ystupu rychlosti otáˇcen´ı.

Obr. 7.9: Funkˇcn´ı blokov´ y diagram ˇrady AD2S8x Vstupem pˇrevodn´ıku jsou signály z rozkladaˇce SIN, COS a REF, kter´ y je referenˇcn´ı. Signály SIN a COS maj´ı doporuˇcenou maximáln´ı velikost 2V ef. Pro referenˇcn´ı signál REF jsou doporuˇceny vstupn´ı napˇet´ı v rozmez´ı 1 - 8V p-p. Harmonické zkreslen´ı tˇechto signál˚ u je poˇzadováno menˇs´ı neˇz 10 procent. Pro správnou funkci pˇrevodn´ıku je maximáln´ı fázov´ y posuv mezi referenc´ı a signály rozkladaˇce 10 stupˇ n˚ u.


36

Napájec´ı napˇet´ı pˇrevodn´ıku je ±12V a +5V pro napájen´ı logick´ ych obvod˚ u. Tolerance napájec´ıch napˇet´ı je pˇribliˇznˇe 0.5 V. Signálová a analogová zem jsou spojeny internˇe. Analogová a digitáln´ı zem mus´ı b´ yt spojena externˇe a to co moˇzná nejbl´ıˇze pˇrevodn´ıku. Obvod se ˇr´ıd´ı pomoc´ı vstupn´ıch signál˚ u /INHIBIT, /ENABLE a BYTE SELECT. Signál /INHIBIT zajiˇst’uje pˇrenos dat z vratného ˇc´ıtaˇce na v´ ystupn´ı registr. Data jsou platná 490 ns po sestupné hranˇe signálu /INHIBIT. Signál /ENABLE ˇr´ıd´ı stavy v´ ystupn´ıch pin˚ u. Pˇri nastaven´ı tohoto signálu na log 1 jsou v´ ystupn´ı datové piny ve stavu vysoké impedance. Kdyˇz se signál /ENABLE nastav´ı na hodnotu log 0, tak se na v´ ystupn´ıch datov´ ych pinech objev´ı hodnoty z v´ ystupn´ıho registru. Signálem BYTE SELECT lze ˇr´ıd´ıt pˇrenos vyˇsˇs´ıho a niˇzˇs´ıho bytu na v´ ystupn´ıch pinech. Signály /INHIBIT, /ENABLE a BYTE SELECT nemaj´ı ˇzádn´ y vliv na pˇrevodov´ y proces pˇrevodn´ıku. Pomoc´ı signál˚ u SC1 a SC2 je moˇzné nastavit rozliˇsen´ı pˇrevodn´ıku, které m˚ uˇze b´ yt 10, 12, 14 a 16 bit˚ u. Rozliˇsen´ı má také vliv na dalˇs´ı dynamické parametry ˇs´ıˇrky pásma a sledovac´ı rychlost. Pˇr´ı menˇs´ım rozliˇsen´ı neˇz 16 bit˚ u jsou ostatn´ı v´ ystupn´ı bity nastaveny na hodnoty log 0 . V´ ystupn´ı signál DIR (DIRECTION) indikuje smˇer vstupn´ı rotace rozkladaˇce. Dalˇs´ım signálem RC (RIPPLE CLOCK) lze indikovat pˇrechod ze stavu ”vˇsechny v´ ystupn´ı bity” log 1 na stav ”vˇsechny v´ ystupn´ı bity” log 0 a naopak. Minimáln´ı ˇs´ıˇrka pulzu RC je 300 ns. Uspoˇrádán´ı pin˚ u pro pouzdro PLCC44 je na obr. 7.10 a jejich popis v tab. 7.10. Pˇrevodn´ık AD2S83 vyuˇz´ıvá princip pomˇerové sledovac´ı smyˇcky, která je zobrazena na obr. 7.11. Blok Ratio Multiplier porovnává signál z rozkladaˇce odpov´ıdaj´ıc´ı u ´hlu θ a digitáln´ı signál odpov´ıdaj´ıc´ı u ´hlu φ, kter´ y odpov´ıdá stavu ˇc´ıtaˇce. Kaˇzd´ y rozd´ıl mezi tˇemito dvˇema u ´hly se projev´ı na stˇr´ıdavém chybovém napˇet´ı (AC ERROR OUTPUT). ACERROR = A1 · sin(θ − φ) · sin ωt

(7.10)

Toto napˇet´ı je spolu s referenˇcn´ım signálem vedeno do fázovˇe citlivého modulátoru. Jeho v´ ystupn´ı signál se integruje a ˇr´ıd´ı VCO (napˇet´ım ˇr´ızen´ y oscilátor), kter´ y tuto smyˇcku uzav´ırá.


Obr. 7.10: Uspoˇrádán´ı v´ yvod˚ u AD2S83 na pouzdru PLCC44

Obr. 7.11: Funkˇcn´ı diagram AD2S83

37


Tab. 7.2: Popis pin˚ u AD2S83 ˇc´ıslo pinu

Název

Popis

1

DEMOD O/P

V´ ystup demodulátoru

2

REFERENCE I/P

Vstupn´ı signál reference

3

AC ERROR O/P

V´ ystup z pomˇerové násobiˇcky

4

COS

Vstupn´ı cosinus signál

5

ANALOG GND

Napájec´ı zem

6

SIGNAL GND

Signálová zem rozkladaˇce

7

SIN

Vstupn´ı sinus signál

8

+VS

Kladné napájec´ı napˇet´ı +12V

DB1-DB16

Paraleln´ı v´ ystupn´ı data

26

+VL

Napájec´ı napˇet´ı logick´ ych obvod˚ u +5V

27

/ENABLE

ˇ ızen´ı v´ R´ ystupn´ıch dat na sbˇernici

28

BYTE SELECT

ˇ ızen´ı pozice v´ R´ ystupn´ıch byt˚ u

30

/INHIBIT

ˇ ızen´ı pˇrenosu dat na v´ R´ ystupn´ı piny

31

DIGITAL GND

Digitáln´ı zem

SC2,SC1

Urˇcuje rozliˇsen´ı pˇrevodn´ıku

34

/DATA LOAD

Vstupn´ı/v´ ystupn´ı data na sbˇernici

35

/COMPLEMENT

Doplˇ nek

36

BUSY

Signál platnosti v´ ystupn´ıch dat

37

DIRECTION

Urˇcuje smˇer rotace rozkladaˇce

38

RIPPLE CLOCK

Urˇcuje pˇrechod z maximáln´ı

10-25

32,33

hodnoty v´ ystupu na minimáln´ı a naopak 39

−VS

Záporné napájec´ı napˇet´ı -12V

40

VCO I/P

Vstup VCO

41

VCO O/P

V´ ystup VCO

42

INTEGRATOR O/P

V´ ystup integrátoru

43

INTEGRATOR I/P

Vstup integrátoru

44

DEMOD I/P

Vstup demodulátoru

38


7.2.2

39

Podp˚ urn´ e obvody

Jak jiˇz bylo zm´ınˇeno, pomoc´ı vnˇejˇs´ıch souˇcástek pˇrevodn´ıku (na obr. 7.9) lze mˇenit dynamické vlastnosti pˇrevodn´ıku. Tˇemito dynamick´ ymi vlastnostmi jsou ˇs´ıˇrka pásma a sledovac´ı rychlost. Firma Analog Devices poskytuje volnˇe ˇsiˇriteln´ y program, kter´ ym lze vnˇejˇs´ı souˇcástky vypoˇc´ıst. Pásmovou propust (HF Filter) tvoˇr´ı souˇcástky R1, R2, C1 a C2. Tato pásmová propust odstraˇ nuje stejnosmˇernou sloˇzku signálu a redukuje pˇr´ıpadné vysokofrekvenˇcn´ı ˇsumy, na vstupn´ım pinu fázového detektoru. To je d˚ uleˇzité, pokud je rozkladaˇc um´ıstˇen v zaruˇseném prostˇred´ı. Hodnoty tˇechto souˇcástek mus´ı b´ yt poˇc´ıtány s ohledem na referenˇcn´ı frekvenci. Pro souˇcástky pásmové propusti plat´ı 15kΩ ≤ R1 = R2 ≤ 56kΩ C1 = C2 =

1 2 · π · R1 · fREF

(7.11) (7.12)

kde fREF je referenˇcn´ı frekvence [Hz].

Souˇca´stky R4, C4, R5, C5 tvoˇr´ı pomoc´ı pˇrevodn´ıku integrátor, kter´ y dává uˇzivateli moˇznost nastaven´ı optimáln´ıch dynamick´ ych charakteristik pro danou aplikaci. Pro R4 plat´ı vztah R4 =

EDC 1 · Ω 100 · 10−9 3

(7.13)

kde EDC je pomˇer DC ERROR [volty/LSB], EDC = 160 ∗ 10−3 pro rozliˇsen´ı 10 bit˚ u, EDC = 40 ∗ 10−3 pro rozliˇsen´ı 12 bit˚ u, EDC = 10 ∗ 10−3 pro rozliˇsen´ı 14 bit˚ u, EDC = 2, 5 ∗ 10−3 pro rozliˇsen´ı 16 bit˚ u. U ˇs´ıˇrky pásma uzavˇrené smyˇcky (fBW ) mus´ı b´ yt zajiˇstˇeno, ˇze nesm´ı pˇrekroˇcit urˇcit´ y pomˇer k referenˇcn´ı frekvenci. Tento pomˇer závis´ı na rozliˇsen´ı pˇrevodn´ıku.


40

Tab. 7.3: Tabulka pomˇer˚ u ref. frekvence a ˇs´ıˇrky pásma ˇıˇrka pásma Rozliˇsen´ı Referenˇcn´ı frekvence : S´ 10 bit˚ u

2,5:1

12 bit˚ u

4:1

14 bit˚ u

6:1

16 bit˚ u

7,5:1

Ostatn´ı souˇcástky integrátoru C4, C5 a R5 lze vypoˇc´ıst dle vztah˚ u C4 =

R5 =

21 F 2 R6 · fBW

(7.14)

C5 = 5 · C4

(7.15)

4 Ω 2 · π · fBW · C5

(7.16)

kde fBW je ˇs´ıˇrka pásma uzavˇrené smyˇcky [Hz].

Horn´ı propust na vstupu referenˇcn´ıho signálu odsraˇ nuje stejnosmˇernou sloˇzku a frekvence, které jsou niˇzˇs´ı neˇz frekvence referenˇcn´ıho signálu. Je tvoˇrena C3 a R3 pro které plat´ı vztahy R3 = 100kΩ C3 >

1 F R3 · fREF

(7.17) (7.18)

kde fREF je referenˇcn´ı frekvence [Hz].

Maximáln´ı sledovac´ı rychlost lze definovat pomoc´ı odporu R6. Nastavuje se tak, aby pˇri maximáln´ı sledovac´ı rychlosti ”T” (tzn.rychlosti otáˇcen´ı rozkladaˇce) bylo na v´ ystupu integrátoru 8V. Pro hodnotu odporu R6 plat´ı vztah 6, 81 · 1010 R6 = Ω T ·n kde n je poˇcet bit˚ u na jednu otáˇcku rozkladaˇce, n = 1 024 pro rozliˇsen´ı 10 bit˚ u, n = 4 096 pro rozliˇsen´ı 12 bit˚ u,

(7.19)


41

n = 16 384 pro rozliˇsen´ı 14 bit˚ u, n = 65 536 pro rozliˇsen´ı 16 bit˚ u. Dalˇs´ı souˇcástky C6, R7 a C7 fázovˇe kompenzuj´ı a optimalizuj´ı signál vstupu VCO a jejich hodnoty jsou R7 = 3, 3kΩ

(7.20)

C6 = 390pF

(7.21)

C7 = 150pF

(7.22)

Pomoc´ı odpor˚ u R8 a R9 lze urˇcit offset vstupu integrátoru. Pokud je poˇzadovan´ y nulov´ y offset, tak se spoj´ı vstup COS se vstupem REF a vstup SIN se pˇripoj´ı na signálovou zem. Potenciometr R9 se pak nastav´ı tak, aby v´ ystupn´ı datové v´ yvody pˇrevodn´ıku byly v log 0. Hodnoty R8 a R9 jsou definovány takto

7.3

R8 = 4, 7kΩ

(7.23)

R9 = 1M Ω potenciometr

(7.24)

Modul pˇ renosu dat

Blokové schéma je na obr. 7.12. Modul pˇrenosu dat má tyto u ´koly : 1. ˇr´ızen´ı pˇrevodn´ık˚ u 2. sbˇer dat 3. transformaci dat do urˇcitého rámce 4. vyslán´ı rámc˚ u na sbˇernici RS232


42

Obr. 7.12: Blokové schéma modulu komunikace Hlavn´ım ˇclenem tohoto obvodu je mikroprocesor ATmega16. Ten byl vybrán hlavnˇe d´ıky podpoˇre USART (Universal Synchronous and Asynchronous Receiver and Transmitter), jednoduchému programován´ı a dobré podpoˇre v´ yrobcem. Tento mikroprocesor je podrobnˇeji popsán v kapitole 7.3.2. Mikroprocesor ATmega16 pomoc´ı dvou konektor˚ u pro sbˇer dat, sb´ırá data od pˇrevodn´ık˚ u klonˇen´ı (PITCH) a klopen´ı (ROLL). Je naprogramovám tak, aby u tˇechto pˇrevodn´ık˚ u ˇr´ıdil vyˇc´ıtán´ı dat. Data o klonˇen´ı resp. klopen´ı maj´ı 12 bit˚ u. Tato data jsou pak programovˇe upravena do rámce ( obr. 7.13). Jak je patrné tak rámec tvoˇr´ı 4 byty. Druh´ y a ˇctvrt´ y byte má platné pouze 4 nejniˇzˇs´ı bity. Následnˇe se tento rámec pomoc´ı integrovaného obvodu MAX232 poˇsle na sbˇernici RS232. Obvod MAX232 je podrobnˇeji popsán vkapitole 7.3.3 Pomocné obvody jsou tvoˇreny extern´ım krystalem a resetovac´ım tlaˇc´ıtkem. Extern´ı krystal, kter´ y kmitá frekvenc´ı 4MHz, slouˇz´ı jako pˇresné hodiny pro pˇrevodn´ık. V mikroprocesoru ATmega lze pouˇz´ıt i integrované RC oscilátory, ale extern´ı krystal zaruˇcuje ˇcasovou stálost hodin. Resetovac´ı tlaˇc´ıtko slouˇz´ı k vyp´ınán´ı resp. resetován´ı mikroprocesoru. Pro správnou funkci Atmegy16 jsou softwareovˇe nastaveny dalˇs´ı d˚ uleˇzité parametry. Nastaven´ım CKOPT je aktivován vˇetˇs´ı rozkmit extern´ıho oscilátoru. Ten se pouˇz´ıvá pro aplikace v zaruˇseném prostˇred´ı. Následkem toho je vˇetˇs´ı spotˇreba. Aktivac´ı BODLEVEL lze dosáhnout spuˇstˇen´ı vnitˇrn´ıho resetu pˇri poklesu napˇet´ı pod urˇcitou u ´roveˇ n. Tyto u ´rovnˇe jsou 4 V (BODLEVEL=0) a 2,7 V (BODLEVEL=1).


43

Obr. 7.13: Rámec vyslan´ y na RS232 Tato detekce (Brown-out detection) je u mikroprocesoru nastavena na hodnotu 2,7 V. Pro pouˇz´ıván´ı extern´ıho krystalu o vyˇsˇs´ı frekvenci je nastavena hodnota CKSEL. Postup programován´ı ATmegy16 je v pˇr´ıloze A.

7.3.1

Sbˇ ernice RS-232

Komunikace standardem RS232 vyuˇz´ıvá asynchronn´ı sériovou komunikaˇcn´ı metodu. Pˇrenáˇsená data tedy lze zaˇc´ıt vys´ılat v jak´ ykoli ˇcas a je pouze otázka pˇrij´ımaˇce, aby urˇcil zaˇcátek a konec zprávy. Standard RS232 definuje dva typy zaˇr´ızen´ı a to DTE (Data Terminal Equipment) a DCE (Data Communication Equipment). Zaˇr´ızen´ı DTE je napˇr´ıklad PC a zaˇr´ızen´ı DCE je napˇr´ıklad modem nebo mobiln´ı telefon. RS232 popisuje komunikaˇcn´ı metodu, kde se vys´ılá bit po bitu na komunikaˇcn´ı kanál. Délka datového slova je volitelná od 5 do 8 bit˚ u v jedné zprávˇe. K tˇemto datov´ ym bit˚ um jsou pˇridány dalˇs´ı bity pro synchronizaci pˇrij´ımaˇce a bity pro c´ılové ovˇeˇren´ı platnosti zprávy. Je tedy d˚ uleˇzité, aby pˇrij´ımaˇc i vys´ılaˇc mˇeli nastavené stejné parametry zprávy. Na obr. 7.14 je znázornˇen pˇr´ıklad zprávy (bez paritn´ıch bit˚ u) i s fyzick´ ymi napˇet’ov´ ymi u ´rovnˇemi ( tab. 7.4). Tab. 7.4: Napˇet’ové hodnoty logick´ ych u ´rovn´ı ´ Uroveˇ n napˇet’ová hodnota log. 0 (Low)

+3 .. +15 V

log. 1 (High)

-3 .. -15 V

nedefinováno

-3 .. +3 V


44

Obr. 7.14: Pˇr´ıklad zprávy na sbˇernici RS232 Datové bity jsou vys´ılány v pˇredem definované rychlosti (tzv. baud rate). U pˇrij´ımaˇce a vys´ılaˇce mus´ı b´ yt tyto rychlosti a i dalˇs´ı parametry zprávy nastaveny stejnˇe, jinak se nepodaˇr´ı pˇrenést data korektnˇe. Start bit definuje pˇrij´ımaˇci okamˇzik, kdy vys´ılaˇc zaˇcal vys´ılat zprávu a synchronizuje si tak pˇr´ıjem následuj´ıc´ıch bit˚ u ve zprávˇe. Za start bitem následuj´ı datové bity. Datové bity nab´ yvaj´ı hodnot log 0 a log 1. Bit datového slova s nejniˇzˇs´ı vahou (LSB - least significant bit) se vˇzdy pos´ılá jako prvn´ı. Za Datov´ ymi bity je moˇzné vys´ılat paritn´ı bity. Tyto bity mohou zjistit chybu v pˇrenosu mezi pˇrij´ımaˇcem a vys´ılaˇcem. Vys´ılaˇc vypoˇc´ıtá hodnotu tohoto bitu podle nastaven´ı parity. Parita m˚ uˇze b´ yt sudá nebo lichá. Paritn´ı bity mohou b´ yt i dva nebo je lze vypustit ze zprávy u ´plnˇe. Tyto bity lze nastavit i na konstantn´ı hodnotu log 0 nebo log 1, ale t´ım ztrat´ı sv˚ uj v´ yznam. Za paritn´ım bitem následuje stop bit. Ten definuje konec zprávy a jeho délka m˚ uˇze b´ yt nastavena na 1, 1,5 nebo 2 ˇcasové u ´seky, odvozené z rychlosti pˇrenosu. Tyto zprávy se vys´ılaj´ı na datovém signálu. RS232 definuje dalˇs´ı signály, které eliminuj´ı kolize a ˇr´ıd´ı pˇrenos na sbˇernic´ıch RS232. D˚ uleˇzité signály i s krátk´ ym popisem jsou v tab. 7.5.


45

Tab. 7.5: Popis signál˚ u Název

Popis

DCD-Data Carrier Detect

Detekce nosné. Modem oznamuje terminálu, ˇze na telefonn´ı lince detekoval nosn´ y kmitoˇcet.

RXD-Receive Data

Tok dat z modemu (DCE) do terminálu (DTE).

TXD-Transmit Data

Tok dat z terminálu (DTE) do modemu (DCE).

DTR-Data Terminal Ready

Terminál t´ımto signálem oznamuje modemu, ˇze je pˇripraven.

SGND-Signal Ground

Signálová zem.

DSR-Data Set Ready

Modem t´ımto signálem oznamuje terminálu, ˇze je pˇripraven.

RTS-Request to Send

Terminál t´ımto signálem oznamuje modemu, ˇze komunikaˇcn´ı cesta je volná.

CTS-Clear to Send

Modem t´ımto signálem oznamuje terminálu, ˇze komunikaˇcn´ı cesta je volná.

RI-Ring Indicator

Indikátor zvonˇen´ı. Modem oznamuje terminálu, ˇze na telefonn´ı lince detekoval signál zvonˇen´ı.

Sbˇernice RS232 vyuˇz´ıvá tˇri základn´ı typy konektor˚ u a to DB25 (Cannon 25 pin), DB9 (Cannon 9 pin) a RJ45. Zapojen´ı signálu u tˇechto konektor˚ u je na obr. 7.15(a) a obr. 7.15(b). Konektory DB25 zástrˇcka a DB9 zástrˇcka maj´ı zaˇr´ızen´ı DTE a konektory DB25 zásuvka a DB9 zásuvka maj´ı zaˇr´ızen´ı DCE.


(a) DTE

46

(b) DCE

Obr. 7.15: Popis konektor˚ u sbˇernice RS232

7.3.2

Mikroprocesor ATmega16

ATmega16 je 8-bitov´ y mikroprocesor vyrábˇen´ y firmou Atmel. Jeho blokové schéma je na obr. 7.16. Tento mikroprocesor má pokroˇcilejˇs´ı RISC architekturu a disponuje pamˇet´ı Flash (16K Bytes), EEPROM (512 Bytes) a vnitˇrn´ı SRAM (1K Bytes). Tyto pamˇeti lze pˇrepisovat a mazat aˇz 10 000x (Flash) a 100 000x (EEPROM). Jako doplˇ nuj´ıc´ı periférie obsahuje dva 8-bitové ˇc´ıtaˇce/ˇcasovaˇce, ˇctyˇri PWM kanály, analogovˇe digitáln´ı pˇrevodn´ık, programovateln´ y USART, rozhran´ı Master/Slave SPI. Dodává se ve tˇrech r˚ uzn´ ych pouzdrech. Mikroprocesor m˚ uˇze vyuˇz´ıvat vnitˇrn´ı kalibrovan´ y RC oscilátor nebo extern´ı zdroje. Mezi tyto zdroje patˇr´ı RC oscilátor, krystal nebo extern´ı hodiny. Rozsah frekvenc´ı vnˇejˇs´ıho oscilátoru je od 0 Hz do 16 MHz. Napájec´ı napˇet´ı mus´ı v rozmez´ı 4,5 aˇz 5,5V. Disponuje aˇz 32 programovateln´ ymi piny vstup/v´ ystup, které jsou rozdˇeleny do 4 bran (port˚ u). Vˇsechny tyto brány maj´ı funkci


47

Obr. 7.16: ATmega16 - blokové schéma 8 dvoustavov´ ych vstupnˇe/v´ ystup´ıch pin˚ u. Piny portu A slouˇz´ı dále jako analogové vstupy A/D pˇrevodn´ıku. Brána C má kromˇe funkce vstupnˇe/v´ ystup´ı pin˚ u, také funkci programátora pomoc´ı rozhran´ı JTAG. Port D slouˇz´ı jako vstup/v´ ystup USART (piny RxD, TxD). Vˇsechny tyto brány maj´ı piny pˇres vnitˇrn´ı odpory spojené s napájec´ım napˇet´ım (pull-up) mikroprocesoru.


48

Obr. 7.17: USART - blokové schéma K pˇrenosu dat se pouˇz´ıvá USART, jehoˇz blokové schéma je na obr. 7.17. Rychlost pˇrenosu je 9600 Bd a lze ji programovˇe mˇenit. Lze také mˇenit formát celého vyslaného rámce, tzn. poˇcet datov´ ych bit˚ u, poˇcet stop bit˚ u a paritu. Pouˇzit´ y rámec obsahuje 8 datov´ ych bit˚ u, s jedin´ ym stop bitem a bez parity. Registrem UBRR (Baud Rate Register) je ˇr´ızena pˇrenosová rychlost. Pomoc´ı registru UCSRC je nastaven formát rámce.

7.3.3

Pˇ revodn´ık u ´ rovn´ı s´ eriov´ e linky MAX232

Integrovan´ y obvod MAX232 vyráb´ı firma Maxim a Texas Instrument. Tento integrovan´ y obvod obsahuje dva pˇrevodn´ıky z u ´rovn´ı RS232 (+12V, -12V) na u ´rovnˇe TTL (+5V, 0V) a dva pˇrevodn´ıky z u ´rovn´ı TTL na u ´rovnˇe RS232. Obvod MAX232 staˇc´ı napájet pouze 5V, jelikoˇz u ´rovnˇe pro RS232 si zajiˇst’uje pomoc´ı nábojov´ ych pump. Pracuje aˇz do pˇrenosov´ ych rychlost´ı 120kbit/s.

KAPITOLA 8. REALIZACE - SOFTWARE

8

49

REALIZACE - SOFTWARE

8.1

Program komunikace mˇ eˇ r´ıc´ıch modul˚ u a zobrazovac´ı jednotky

Software komunikace mˇeˇr´ıc´ıch modul˚ u a zobrazovac´ı jednotky je programován pomoc´ı v´ yvojového prostˇred´ı AVR Studio 4. Je pouˇzit programovac´ı jazyk C. Tento program je nahrán do pouˇzitého mikroprocesoru ATmega16 pomoc´ı v´ yvojového kitu STK500. V´ yvojov´ y kit STK500 je podrobnˇeji popsán v kapitole 5.2. Hlavn´ım u ´kolem tohoto programu je sbˇer dat z vstupn´ıch bran mikroprocesoru a jejich odeslán´ı (ve formátu na obr. 7.13) na sériovou linku.

8.1.1

Popis ˇ r´ıd´ıc´ıho programu a v´ yvojov´ e diagramy

Program tvoˇr´ı jedin´ y soubor s názvem SERIAL.C. Na zaˇcátku jsou provedeny deklarace promˇenn´ ych a konstant. Poté následuj´ı pouˇzité funkce. Hlavn´ı tˇelo programu je um´ıstˇeno ve funkci ”main”.

Obr. 8.1: V´ yvojov´ y diagram programu komunikace Z obr. 8.1 je patrné, ˇze po spuˇstˇen´ı funkce ”main” dojde k inicializaci USART,


50

kterou tvoˇr´ı nastaven´ı registr˚ u UBRR a UCSRC. Pomoc´ı registru UBRR se nastavuje pˇrenosová rychlost. Hodnotu tohoto registru lze vypoˇc´ıst dle vztahu

U BRR =

fOSC −1 16 · BAU D

(8.1)

kde UBRR je hodnota registru UBRR, fOSC je kmitoˇcet krystalu [Hz]. Dále je pomoc´ı registru UCSRC nastaven formát zprávy a parametry pˇrenosu. Popis tˇechto registr˚ u je v kapitole 7.3.2. Poté následuje nekoneˇcná smyˇcka, která pracuje s daty z pˇrevodn´ık˚ u. Nekoneˇcná smyˇcka na obr. 8.2 zaˇc´ıná nastavován´ım ˇr´ıd´ıc´ıch ˇ ıd´ıc´ı signály signál˚ u pro pˇrevodn´ıky a ˇcekac´ımi smyˇckami. R´ se musej´ı mˇenit, jelikoˇz pˇrevodn´ık reaguje na sestupné hrany tˇechto signál˚ u. Jsou to signály /INHIBIT a /ENABLE. Za dan´ y ˇcas po aktivaci pˇrevodn´ık˚ u se ˇctou data z jejich v´ ystup˚ u, pomoc´ı vstupn´ıch bran A, B a C. Tato data jsou následnˇe upravena do urˇcitého formátu na obr. 7.13 a postupnˇe poslána na v´ ystupn´ı pin TxD. V druhém a ˇctvrtém vyslaném bytu jsou data platná pouze na 4 bitech s nejniˇzˇs´ı vahou. T´ım je naprosto oddˇelena informace o klopen´ı a klonˇen´ı. Informaci o klopen´ı (ROLL) patˇr´ı prvn´ı dva byte a informaci o klonˇen´ı zbylé dva byte. Po vyslán´ı dat nekoneˇcná smyˇcka konˇc´ı a vrac´ı se na sv˚ uj zaˇcátek. Dalˇs´ı podrobnˇejˇs´ı informace o programu komunikace lze nalézt v komentáˇr´ıch zdrojového kódu, které jsou na pˇriloˇzeném CD.

Obr. 8.2: V´ yvojov´ y diagram nekoneˇcné smyˇcky


8.2

51

Program zobrazen´ı umˇ el´ eho horizontu

Program pro zobrazen´ı umˇelého horizontu vycház´ı z diplomové práce Ing. Pavla Paˇcese (viz. [5]), která je tvoˇrena nˇekolika funkˇcnˇe provázan´ ymi programov´ ymi moduly pro obsluhu zobrazovac´ı jednotky Sharp-Ingenia. Pˇri realizaci této diplomové práce jsou vyuˇzity nˇekteré z tˇechto modul˚ u. Pˇrevzaté moduly souvisej´ı s nadstavbou grafick´ ych funkc´ı, s watchdog ˇcasovaˇcem, s obsluhou tlaˇc´ıtek a dotykového displeje a s podporou grafického menu. Dále je vyuˇzito modul˚ u dodávan´ ych se zobrazovac´ı jednotkou, které tvoˇr´ı základn´ı inicializace hardwaru, základn´ı grafické funkce a základn´ı obsluhu periféri´ı. Programován´ı zobrazovac´ıho systému je popsáno v kapitole 8.2.2. Pˇresn´ y popis je v pˇr´ıloze B.

8.2.1

Popis programu zobrazen´ı umˇ el´ eho horizontu

Hlavn´ı funkc´ı programu je zobrazen´ı ukazatele umˇelého horizontu. Program zobrazen´ı má k dispozici dva zdroje dat. Prvn´ı jsou data na sbˇernici RS232 od modulu pˇrenosu dat, která jsou dána formátem na obr. 7.13. Druhá moˇznost je vyuˇz´ıt´ı simulovan´ ych dat. Tato data polohov´ ych u ´hl˚ u lze definovat nastaven´ım polohov´ ych u ´hl˚ u pomoc´ı urˇceného kroku manuálnˇe (manuáln´ı simulace), nebo nastaven´ım rychlosti zmˇen polohov´ ych u ´hlu (automatická simulace). Z obr. 8.3 je patrná struktura propojen´ı pouˇzit´ ych programov´ ych modul˚ u. Jsou zde naznaˇceny vazby jednotliv´ ych modul˚ u mezi sebou. Hlavn´ım souborem celého projektu je diplom tst.c. V´ yvojov´ y diagram souboru je na obr. 8.4. Pˇri inicializaci docház´ı k definován´ı dvou pˇrenosov´ ych kanál˚ u RS232. Jeden kanál oznaˇcen SMC1 CHANNEL slouˇz´ı pro ladˇen´ı systému a kontroln´ı v´ ypisy. Druh´ y kanál SCC3 CHANNEL slouˇz´ı pro pˇr´ıjem dat polohov´ ych u ´hl˚ u z modulu pˇrenosu dat. Tento pˇrenosov´ y kanál má nastavené stejné parametry jako ATmega16 v modulu pˇrenosu dat. Obsluha kláves zajiˇst’uje spouˇstˇen´ı testovac´ıch rutin a nastaven´ı parametr˚ u pˇri ladˇen´ı programu pomoc´ı stisku kláves na v´ yvojovém PC. Po odladˇen´ı programu uˇz obsluha kláves z v´ yvojového PC nen´ı zapotˇreb´ı.


Obr. 8.3: Struktura pouˇzit´ ych programov´ ych modul˚ u

Obr. 8.4: V´ yvojov´ y diagram diplom tst

52


53

Obr. 8.5: Struktura menu Hlavn´ı smyˇcka programu je um´ıstˇena v knihovnˇe main.c. Funkce obsaˇzené v tomto modulu definuj´ı vˇsechna menu, která mohou v programu nastat a to jak tlaˇc´ıtková menu tak i v´ ypisy na obrazovku. Hlavn´ı smyˇcka programu je um´ıstˇena ve funkci choice(). Tato funkce definuje strukturu zobrazen´ ych menu, která je na obr. 8.5. Funkce choice() také urˇc´ı, které funkce se spouˇstˇej´ı v daném stavu programu. Data jsou reprezentována strukturou tHOR, která je definována v hlaviˇckovém souboru horizont.h. Tato struktura obsahuje polohové u ´hly klopen´ı i klonˇen´ı, kalibraˇcn´ı hodnoty (tzn. vztaˇzné polohové u ´hly), informace pro obnoven´ı (refresh) ukazatele, hodnoty kroku pro manuáln´ı simulaci a hodnoty rychlosti zmˇen polohov´ ych u ´hl˚ u pro automatickou simulaci.


54

V knihovnˇe data.c jsou um´ıstˇené funkce pro práci s daty. Jsou zde funkce na pˇrij´ımán´ı dat od modulu pˇrenosu dat. Dále tato knihovna obsahuje funkci calculate real angles() na v´ ypoˇcet polohov´ ych u ´hl˚ u vztaˇzen´ ych ke kalibraˇcn´ım hodnotám. Zároveˇ n kontroluje ˇcas a pˇrijatá data a zjiˇst’uje zda bude nutné pˇrekreslen´ı (refresh). Kalibraci je nutné provádˇet pˇri stavu nulov´ ych polohov´ ych u ´hl˚ u, tomu odpov´ıdá letadlo v klidu na zemi. Modul data.c také obsahuje funkce pro v´ ypoˇcet hodnot pˇri simulac´ıch. Pro vykreslován´ı umˇelého horizontu na LCD displej slouˇz´ı funkce obsaˇzené v knihovnˇe horizont.c. Jsou zde funkce na kreslen´ı jednotliv´ ych ˇcást´ı umˇelého horizontu. Mezi tyto funkce patˇr´ı napˇr. HOR roll scale() na vykreslen´ı stupnice náklonu, HOR pitch scale() na vykreslen´ı stupnice klopen´ı a HOR line earth() pro vykreslen´ı roviny zemˇe. Tyto funkce jsou obsaˇzeny ve funkci draw horizont(), která vykresl´ı kompletn´ı umˇel´ y horizont na LCD displej i s vypsán´ım polohov´ ych u ´hl˚ u pro ladˇen´ı programu. Na obr. 8.6 je vykreslen umˇel´ y horizont pomoc´ı LCD displeje. Dalˇs´ı knihovny button.c, menu.c, b timer.c, graphics2.c a sin.c jsou souˇcást´ı diplomové práce Ing. Pavla Paˇcese. Podrobnˇeji jsou tyto knihovny popsány v literatuˇre [5]. Na obr. 8.7 je znázornˇen´ y v´ yvojov´ y diagram rutiny, která se spust´ı po v´ ybˇeru módu horizont. Dalˇs´ı podrobnˇejˇs´ı informace o programu zobrazen´ı umˇelého horizontu lze nalézt v komentáˇr´ıch zdrojového kódu, které jsou na pˇriloˇzeném CD.

Obr. 8.6: Vykreslen´ y umˇel´ y horizont


Obr. 8.7: V´ yvojov´ y diagram pro mód horizont

55


8.2.2

56

Programov´ an´ı syst´ emu

Systém Sharp-Ingenia lze programovat pomoc´ı bootloaderu U-Boot pˇres Hyperterminál z jiného PC. Tento zavádˇec´ı program U–Boot komunikuje s poˇc´ıtaˇcem pomoc´ı sériové linky (RS232).

Obr. 8.8: Programován´ı systému Sharp-Ingenia Pomoc´ı pˇr´ıkaz˚ u lze poˇc´ıtaˇci INGENIA Duet pˇrikázat stahován´ı funkˇcn´ıho souboru s pˇr´ıponou *.bin po Ethernetové lince pomoc´ı protokolu TFTP. Pˇresné programován´ı systému je patrné v pˇr´ıloze B. Na obr. 8.8 je znázornˇen diagram pro programován´ı systému Sharp-Ingenia.

´ ER ˇ KAPITOLA 9. ZAV

9

57

´ ER ˇ ZAV C´ılem této diplomové práce bylo navrhnout a realizovat systém modernizace umˇelého

horizontu pomoc´ı LCD displeje pro gyroskopick´ y systém 458B spolupracuj´ıc´ı s ukazatelem umˇelého horizontu AGD-1. K dispozici je zobrazovac´ı systém Sharp-Ingenia dodávan´ y firmou DevCom. Zobrazovac´ı systém je komunikaˇcn´ım kanálem spojen s realizovanou mˇeˇr´ıc´ı jednotkou, kterou lze rozdˇelit na tˇri ˇcásti: - Modul pˇrevodu selsyn - rozkladaˇc - Modul digitalizace - Modul pˇrenosu dat Návrh a obvodová realizace mˇeˇr´ıc´ı jednotky spoleˇcnˇe s vytvoˇren´ım programového vybaven´ı jednotky tvoˇr´ı pˇreváˇznou ˇcást diplomové práce. Moduly pˇrevodu selsyn rozkladaˇc byly navrˇzeny pro vyvedenou ˇsestici signál˚ u ze selsyn˚ u ukazatele AGD-1. Signály selsyn˚ u byly napˇet’ovˇe pˇrizp˚ usobeny následn´ ym obvod˚ um a upraveny na signály rozkladaˇc˚ u. Moduly pˇrevodu fázovˇe a amplitudovˇe upravuj´ı referenˇcn´ı signály, které byly pˇres transformátory pˇrivedeny z bud´ıc´ıch c´ıvek selsyn˚ u gyroskopického systému 458B. Tyto moduly byly realizovány deskami ploˇsn´ ych spoj˚ u a odzkouˇseny. Bˇehem tˇechto test˚ u byla objevena chyba v napájen´ı pouˇzit´ ych operaˇcn´ıch zesilovaˇc˚ u, která byla drátovou propojkou odstranˇena. Moduly digitalizace se skládaj´ı z pˇrevodn´ık˚ u rozkladaˇc-ˇc´ıslo AD2S83 firmy Analog Devices a z dalˇs´ıch obvod˚ u, které pˇrevodn´ık potˇrebuje pro svoj´ı funkci. Byly navrˇzeny pro parametry signál˚ u rozkladaˇc˚ u odpov´ıdaj´ıc´ı signál˚ um selsyn˚ u systému AGD-1 a realizovány deskami ploˇsn´ ych spoj˚ u. Pˇri testován´ı modul˚ u se objevil problém s pˇrevodn´ıky. Systém s pˇrevodn´ıky fungoval, ale objevovaly se nahodilé chyby pˇri vyˇc´ıtán´ı dat z pˇrevodn´ık˚ u. Do této doby nebyl problém vyˇc´ıtán´ı dat u ´plnˇe vyˇreˇsen. Pro ˇr´ızen´ı pˇrevodn´ıku a ke komunikaci mˇeˇr´ıc´ı jednotky se zobrazovac´ım systémem slouˇz´ı modul pˇrenosu dat. Je tvoˇren mikroprocesorem ATmega16, budiˇcem datové sbˇernice RS232 a doplˇ nuj´ıc´ımi obvody. Mikroprocesor je navrˇzen pro sbˇer dat o polohov´ ych u ´hlech z pˇrevodn´ık˚ u. Digitáln´ı signály zpracovává a pomoc´ı budiˇce MAX232 vys´ılá na datovou sbˇernici RS232. Navrˇzené ˇreˇsen´ı bylo realizováno deskou ploˇsn´ ych

´ ER ˇ KAPITOLA 9. ZAV

58

spoj˚ u. Souˇcást´ı modulu je navrˇzené programové vybaven´ı mikroprocesoru. Modul byl odtestován a nebyla zjiˇstˇena ˇzádná závada zapojen´ı ani programová. Dalˇs´ı ˇcást´ı ˇreˇsené diplomové práce bylo navrhnout programové vybaven´ı pro zobrazovac´ı jednotku Sharp-Ingenia, které j´ı umoˇzn´ı pˇrij´ımat data vyslaná mˇeˇr´ıc´ı jednotkou po datové sbˇernici RS232 a jejich zobrazen´ı ve formˇe umˇelého horizontu. Programové vybaven´ı umoˇzn ˇuje kalibraci systému, automatickou a manuáln´ı simulaci polohov´ ych u ´hl˚ u letadla a zobrazen´ı umˇelého horizontu z pˇrijat´ ych dat po sbˇernici RS232 nebo ze simulovan´ ych dat. Kv˚ uli jiˇz zmiˇ novan´ ym problém˚ um s pˇrevodn´ıkem rozkladaˇc-ˇc´ıslo bylo navrˇzené programové vybaven´ı testováno a odladˇeno pomoc´ı dat vys´ılan´ ych z PC.

LITERATURA

59

LITERATURA [1] Technická dokumentace gyroskopického systému 458B ˇ [2] Vedral, J.; Fischer, J.:Elektronické obvody pro mˇeˇr´ıc´ı techniku. CVUT, Praha 1999 [3] Kernighan B.W.; Ritchie D.M.:Programovac´ı jazyk C. Computer Press, Brno 2006 [4] T˚ uma J.:Letecké palubn´ı pˇr´ıstroje. Naˇse vojsko, Praha 1960 [5] Paˇces, P.:Diplomová práce - Zobrazen´ı hodnot motorových veliˇcin ultralehkého leˇ tadla, CVUT, Praha 2005 [6] Data sheet AD2S83, www.analog.com, http://www.analog.com/UploadedFiles/Data Sheets/AD2S83.pdf [7] Data sheet ATmega16, www.atmel.com, http://www.atmel.com/dyn/resources/prod documents/doc2466.pdf [8] Data sheet MAX232, www.ti.com, http://www.ti.com/lit/gpn/max232 [9] The Standard RS232 http://www.camiresearch.com/Data Com Basics/RS232 standard.html [10] HW server pˇredstavuje - RS-232 http://rs232.hw.cz/

´ ˚ SEZNAM OBRAZK U 1.1

Umˇel´ y horizont vrtuln´ıku Bell 412HP . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

1.2

Primary Flight Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

2.1

Schéma uchycen´ı setrvaˇcn´ıku mechanického gyroskopu . . . . . . . . . .

12

2.2

Pneumatick´ y pohon setrvaˇcn´ıku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2.3

Poloha setrvaˇcn´ıku bez korekce vzhledem k zemi . . . . . . . . . . . . .

13

2.4

Korekˇcn´ı zaˇr´ızen´ı umˇelého horizontu s kyvadélky . . . . . . . . . . . . .

14

2.5

Korekˇcn´ı zaˇr´ızen´ı s elektrolytickou libelou . . . . . . . . . . . . . . . .

14

2.6

Schéma laserového gyroskopu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

2.7

Schéma vláknového gyroskopu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

3.1

Ukazatel umˇelého horizontu AGD-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

3.2

Gyroskopick´ y systém 458B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

3.3

Schéma gyroskopu s korekc´ı pomoc´ı eletrolytické libely . . . . . . . . .

18

3.4

Schéma rám˚ u gyroskopického systému 458B . . . . . . . . . . . . . . .

19

4.1

Blokové schéma digitalizace signálu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

4.2

Blokové schéma celého systému . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

5.1

Kompletn´ı zobrazovac´ı systém . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

5.2

Porty komunikaˇcn´ıho rozhran´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

5.3

Základn´ı komponenty kitu STK500 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

7.1

Schéma pˇrevodu selsyn-rozkladaˇc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

7.2

Schéma u ´pravy referenˇcn´ıho signálu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

7.3

Pr˚ ubˇehy signál˚ u selsynu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

7.4

Pr˚ ubˇehy signál˚ u rozkladaˇce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

7.5

Schéma Scott-T transformátoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

7.6

Fázorov´ y diagram pˇrevodu selsyn-rozkladaˇc . . . . . . . . . . . . . . .

32

7.7

Schéma pˇrevodu selsyn-rozkladaˇc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

7.8

Blokové schéma modulu digitalizace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

7.9

Funkˇcn´ı blokov´ y diagram ˇrady AD2S8x . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

7.10 Uspoˇrádán´ı v´ yvod˚ u AD2S83 na pouzdru PLCC44 . . . . . . . . . . . .

37

7.11 Funkˇcn´ı diagram AD2S83 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

60

7.12 Blokové schéma modulu komunikace . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

42

7.13 Rámec vyslan´ y na RS232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

7.14 Pˇr´ıklad zprávy na sbˇernici RS232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

44

7.15 Popis konektor˚ u sbˇernice RS232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46

7.16 ATmega16 - blokové schéma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

7.17 USART - blokové schéma

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48

8.1

V´ yvojov´ y diagram programu komunikace . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

8.2

V´ yvojov´ y diagram nekoneˇcné smyˇcky . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

8.3

Struktura pouˇzit´ ych programov´ ych modul˚ u. . . . . . . . . . . . . . . .

52

8.4

V´ yvojov´ y diagram diplom tst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

8.5

Struktura menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

53

8.6

Vykreslen´ y umˇel´ y horizont

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

54

8.7

V´ yvojov´ y diagram pro mód horizont . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

55

8.8

Programován´ı systému Sharp-Ingenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

9.1

Pˇripojen´ı kitu STK500 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65

9.2

Zapojen´ı programovac´ıho kabelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65

9.3

Propojen´ı PC a zobrazovac´ı jednotky . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

66

9.4

Schéma ˇc.1 modulu digitalizace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

69

9.5

Schéma ˇc.2 modulu digitalizace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70

9.6

Spodn´ı vrstva desky ploˇsn´ ych spoj˚ u ˇc.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

72

9.7

Horn´ı vrstva desky ploˇsn´ ych spoj˚ u ˇc.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

72

9.8

Spodn´ı vrstva desky ploˇsn´ ych spoj˚ u ˇc.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

73

9.9

Horn´ı vrstva desky ploˇsn´ ych spoj˚ u ˇc.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

73

9.10 Spodn´ı vrstva desky ploˇsn´ ych spoj˚ u ˇc.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

74

9.11 Horn´ı vrstva desky ploˇsn´ ych spoj˚ u ˇc.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

74

61

SEZNAM TABULEK 5.1

Základn´ı parametry displeje LQ08453DG01 . . . . . . . . . . . . . . . .

23

5.2

Základn´ı parametry TS03-012 INGENIA Duet . . . . . . . . . . . . . .

24

7.1

Napájec´ı napˇet´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

7.2

Popis pin˚ u AD2S83 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

7.3

Tabulka pomˇer˚ u ref. frekvence a ˇs´ıˇrky pásma . . . . . . . . . . . . . . .

40

7.4

Napˇet’ové hodnoty logick´ ych u ´rovn´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

7.5

Popis signál˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

62

ˇ ÍLOH SEZNAM PR - Pˇr´ıloha A - Postup programován´ı mikroprocesoru ATmega16 - Pˇr´ıloha B - Postup programován´ı zobrazovac´ı jednotky - Pˇr´ıloha C - Schéma modulu pˇrevod selsyn - rokladaˇc - Pˇr´ıloha D - Schéma modulu digitalizace - Pˇr´ıloha E - Schéma modulu pˇrenosu dat - Pˇr´ıloha F - Deska ploˇsn´ ych spoj˚ u modulu pˇrevodu selsyn - rokladaˇc - Pˇr´ıloha H - Deska ploˇsn´ ych spoj˚ u modulu digitalizace - Pˇr´ıloha I - Deska ploˇsn´ ych spoj˚ u modulu pˇrenosu dat

63

ˇ ˇ ´ OBSAH PRILO ZEN EHO CD • Datasheets Informace o pouˇzit´ ych obvodech • Software Program komunikace mˇeˇr´ıc´ıch modul˚ u a zobrazovac´ı jednotky (zdrojov´ y kód) Program zobrazen´ı umˇelého horizontu (zdrojov´ y kód) • Hardware Dokumentace pro v´ yrobu desek ploˇsn´ ych spoj˚ u

64

Pˇ r´ıloha A - Postup programov´ an´ı mikroprocesoru ATmega16

Obr. 9.2: Zapojen´ı programovac´ıho kabelu Obr. 9.1: Pˇripojen´ı kitu STK500 Do patice SCKT3100A3 na kitu STK500 se vloˇz´ı mikroprocesor ATmega16. Kit se pˇripoj´ı k v´ yvojovému PC a na stejnosmˇerné napájec´ı napˇet´ı 10 aˇz 15V ( obr. 9.1). Programovac´ı kabel mus´ı spojovat na kitu bloky pin˚ u SPROG3 a ISP6PIN ( obr. 9.2). V datasheetu STK500, na pˇriloˇzeném CD, je nastaven´ı jumper˚ u, které lze dle potˇreby mˇenit.

AVR STUDIO - Otevˇren´ı souboru: Open File → serial.c - Vytvoˇren´ı souboru *.HEX : Build → Build - Pˇripojen´ı k mikroprocesoru : Tools → Program AVR → Connect - Nahrán´ı souboru (záloˇzka Program) : Device → ATmega16 Programming mode → ISP mode Flash → Input HEX file → ../serial.hex - Spuˇstˇen´ı programován´ı : Flash → PROGRAM

65

Pˇ r´ıloha B - Postup programov´ an´ı zobrazovac´ı jednotky

Obr. 9.3: Propojen´ı PC a zobrazovac´ı jednotky Zavádˇec´ı program (bootloader) zobrazovac´ı jednotky komunikuje s PC pomoc´ı RS232. Propojovac´ı kabel na stranˇe PC tvoˇr´ı konektor Cannon 9 a na stranˇe zobrazovac´ı jednotky je to konektor RJ45. Dále je pro rychl´ y pˇrenos programu je nutn´ y kˇr´ıˇzen´ y s´ıt’ov´ y kabel (Ethernet). Na PC jsou tedy kladeny poˇzadavky, aby nˇejak´ ym zp˚ usobem disponoval s´ıt’ovou kartou a COM portem.

IP adresy - 192.168.13.14 - v´ yvojové PC - 192.168.13.1 - zobrazovac´ı jednotka

VIDE - pˇreklad zdrojového kódu na v´ yvojovém PC - Otevˇren´ı projektu : Project → Open → .../as07_dipl3.vpj - Urˇcen´ı v´ ystupn´ıho souboru : Project → Edit → Target File Name → as07_diplom.bin - Pˇreklad projektu : Build → Make C++/Compile Java

Hypertermin´ al - Nastaven´ı na v´ yvojovém PC - Bity za sekundu : 115200 - Datové bity : 8 ˇ adná - Parita : Z´ - Poˇcet stop-bit˚ u:1 66

ˇ ızen´ı toku : ˇzádné - R´

TFTP Server - Nastaven´ı na v´ yvojovém PC Nastaven´ı koˇrenového adresáˇre : File → Configure → TFTP Server Root Directory → cesta do adresáˇre, kde se nacház´ı binárn´ı soubor programu as07_diplom.bin Spuˇsten´ı sluˇzby TFTP serveru : Status → Start

Postup nahr´ av´ an´ı programu 1. Zapnout zobrazovac´ı jednotku → v zobrazovac´ı jednotce se spust´ı bootloader UBoot → do 2 sekund stisknout kl´ avesu na Hyperterminálu (jinak automaticky startuje program jiˇz uloˇzen´ y) 2. Pˇr´ıkaz run dipl do hyperterminálu → zobrazovac´ı jednotka nahraje binárn´ı soubor, pomoc´ı protokolu TFTP z v´ yvojového PC 3. Pˇr´ıkaz go ff800000 spust´ı nahran´ y program

67

Pˇ r´ıloha C - Sch´ ema modulu pˇ revod selsyn - rokladaˇ c

68

Pˇ r´ıloha D - Sch´ ema modulu digitalizace

Obr. 9.4: Schéma ˇc.1 modulu digitalizace 69

Obr. 9.5: Schéma ˇc.2 modulu digitalizace

70

Pˇ r´ıloha E - Sch´ ema modulu pˇ renosu dat

71

Pˇ r´ıloha F - Deska ploˇ sn´ ych spoj˚ u modulu pˇ revodu selsyn - rokladaˇ c

Obr. 9.6: Spodn´ı vrstva desky ploˇsn´ ych spoj˚ u ˇc.1

Obr. 9.7: Horn´ı vrstva desky ploˇsn´ ych spoj˚ u ˇc.1 72

Pˇ r´ıloha H - Deska ploˇ sn´ ych spoj˚ u modulu digitalizace


Obr. 9.9: Horn´ı vrstva desky ploˇsn´ ych spoj˚ u ˇc.2

73

Pˇ r´ıloha I - Deska ploˇ sn´ ych spoj˚ u modulu pˇ renosu dat


Obr. 9.11: Horn´ı vrstva desky ploˇsn´ ych spoj˚ u ˇc.3

74

FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

Recommend Documents