Как мы строили систему аварийной сигнализации дата-центра / Хабр
Так получилось, что в команде проекта Embox у меня больше всех опыта в области АСУ: на предыдущем месте работы я разрабатывал промышленные контроллеры. Поэтому не удивительно, что когда возникла задача сделать систему автоматического управления светодиодами в датацентре, именно меня попросили проработать архитектуру проекта. Изначально планировалось закупить готовые контроллеры удаленного управления портами ввода-вывода, но после более тщательной проработки требований стало ясно, что для заказчика более предпочтителен вариант разработки заказного контроллера. Собственно его вы и видите на фотографии.
Тем, кому интересно узнать о том, на какие грабли мы наступили, как выглядят взорвавшиеся микросхемы, как правильно подключать землю на DC/DC конвертере, ну и, конечно, почему мы применили наш проект, прошу под кат. Осторожно, много картинок!
Желание заказчика — закон
Изначально задача казалось очень стандартной, нужно управлять диодами +24В по сообщениям приходящим от SCADA-системы заказчика.
Соответственно, предложенная мной архитектура была очень простой и исходила из моего опыта в области АСУ. А именно — взять электрические щиты, типа тех, в которых стоят счётчики, набить их контроллерами с максимальным набором дискретных выходов, например, MOXA ioLogik E1211, поставить источники питания, и, в принципе, все. То есть, картина представлялась следующей: щит, как и положено в АСУ, монтируется на стену, в него заходит один сетевой провод Ethernet и питание 220, а выходят куча пар проводов, которые идут к светодиодам. Были, конечно, вопросы по поводу такого большого количества диодов, но они легко решались увеличением количества шкафов.
Но при дальнейшем уточнении деталей начали всплывать нюансы, которые начали влиять на столь простую и понятную схему реализации. Первым условием, пошатнувшим нашу уверенность, было то, что оборудование нужно монтировать только в телекоммуникационные шкафы. С одной стороны, DIN рейки никто не отменял, но с другой, согласитесь, как-то убого будет выглядеть телекоммуникационная стойка, если там будут навешаны контроллеры ввода-вывода и блоки питания к ним. К тому же, монтаж и обслуживание подобной конструкции представляет собой довольно нетривиальную задачу. Очевидным решением было использовать rack корпус, а уже в нем скрыть всю недоступную для глаз “пользователя” кухню. Для того, чтобы было проще масштабировать схему и наращивать количество выходов, я предложил использовать контроллеры, работающие не по Ethernet, а по RS485 (например ioLogik R1212), а на входе поставить преобразователь Modbus-RTU в Modbus/TCP (MGate MB3170-T).
Но пожелание заказчика иметь дружелюбный пользовательский web-интерфейс сильно спутало наши планы. Я начал предлагать уже не столь красивые решения, например — поставить в каждый корпус по прокси и так далее. Эти идеи были не очень удачными, но я продолжал отстаивать решение сделать всё на готовых элементах, пока не выяснилось, что срок поставки готовых контроллеров в достаточном количестве не укладывается в срок заказа.
Собственный велосипед должен быть удобным
Стали обдумывать другие решения. Ребята из команды говорили:
“Да что там вообще делать? Нам ведь просто нужно ногами контроллера управлять, пусть напряжение и ток довольно большие, но ведь есть ключи типа ULN2803A. У нас вот сейчас на столе лежат пара отладочных плат STM32F4Discovery, на них прекрасно решается подобная задача. Кроме того, если использовать эти отладки, можно очень просто реализовать web-интерфейс, поскольку web-сервер там уже работает.”
Я возразил, что не всё так просто, что у нас, например, нет поддержки протокола ModBus, что является стандартом для подобного рода устройств. На что один из членов нашей команды 0xdde на следующий день сделал поддержку, перенеся библиотеку libmodbus.
В общем, я сдался, и было решено делать контроллер с помощью имеющейся STM32F4Discovery, монтажной платы, провода МГТФ, ключей и какой-то матери.
Для того, чтобы красиво смотрелось, мы решили вместо клемм поставить разъемы на три контакта W7166-03PSGB00, поскольку, как я уже говорил, управление ведётся парами диодов, и у них общая земля. К сожалению, разъемов на три контакта с нормальным сроком поставки мы найти не смогли и поставили разъемы W7166-04PSGB00 на четыре контакта. Изначально мы хотели, чтобы на одном контроллере было расположенною 80 таких разъемов, но тут мы опять столкнулись с тем, что 80 таких разъемов с трудом влезают на крышку rack корпуса U1. Кроме того, у нас получалось, что блок питания 24В должен быть не менее, чем на 20А. Поэтому мы решили ограничиться 40 разъемами (парами диодов) и поставить всё в корпус U2.
Следующий вопрос, который возник, заключался в том, что на нашей STM32F4Discovery не было 80 свободных выводов для управления 40 парами диодов. На помощь пришлось призвать сдвиговые регистры 74HCT164N.
Анализ требований это важно
Проблемы с закупками компонент мы опускаем. А вот про наш недосмотр при чтении описания микросхемы ключей я расскажу. Если это и не интересно, то как минимум поучительно.
Как я уже говорил, диоды у нас сведены в пары и имеют общий провод — землю. Управляются же диоды положительным напряжением на управляющих контактах. Так вот, когда приехали диоды, мы включили один диод, успешно им поуправляли и успокоились. Но когда дело дошло до проверки на реальной паре, выяснилось, что эти ключи управляют разрыванием земли (общего провода), то есть схема включения должка была быть такой, как на картинке.
В общем, нам срочно пришлось менять тип ключей, сначала на UDN2981A-T, а затем на TD62783APG, поскольку первые считались устаревшими, и, кроме того что они стоили совсем не мало, их оказалось ещё и трудно купить.
Когда, наконец, схема на один каскад была создана, выглядело это приблизительно так.
Итогом недосмотра по документации стали пара потерянных дней и наличие пары сотен микросхем, которые к тому времени уже успели приехать.
Навесной монтаж не так уж прост
После того, как у нас, наконец, заработал один каскад под управлением STM32F4, мы приступили к следующей стадии, а именно — к созданию полноценного прототипа устройства.
Идея была следующая.
Берем монтажную плату, расставляем на ней микросхемы и разъёмы. Припаиваем всё это, соединяем по довольно простой схеме (будет дальше), добавляем пару разъёмов, один для питания и один штыревой для управляющих сигналов от STM32F4Discovery, затем подаём питание, соединяем шлейфом с Discovery, и всё- остается только корпус. В общем, всё представлялось простым и лёгким. Впрочем, реальность оказалось не настолько радужной.
Первая проблема, с которой мы столкнулись, была в навесном монтаже. Дело в том, что есть большая разница между пайкой десятков проводов и сотен проводов, и последнее оказалось жутким занятием.
В общем, паяли долго, но это ещё не самое плохое. Когда, наконец, спаяли, прозвонили и подали питание, произошёл взрыв. Выключили, прозвонили ещё раз, оказалось, коротыш между землей (5В) и +24В. Мы просто вели две шины, и они коснулись одного и того же металлизированного отверстия, а мы не прозвонили питания между собой. В общем, сами виноваты, но было очень страшно.
Мы заклеили изолентой место коротыша (да, да, без изоленты не обошлось):
И тут же совершили еще одну ошибку, а именно — не убрали из схемы взорвавшуюся микросхему. По крайней мере, мы думаем, что причина следующего взрыва была именно в этом.
А вот так выглядят микросхемы, вырезанные с платы после такого коротыша.
Не стоит работать в субботу
Мы добились того, что после подачи питания на схему ничего не взрывалось, не дымилось и сильно не грелось. Обрадовавшись, подключили шлейфом Discovery и даже попробовали управлять диодами, правда, безрезультатно.
Измеряя напряжение в очередной раз, мы очень удивились, увидев, что на выходном контакте сдвигового регистра +5В, а на входе ключа нечто странное, хотя они просто соединены проводом. Чуть позже выяснилось, что мы измеряем напряжения в этих точках от разных земель. Измерили разность потенциалов между землями 5В и 24В и увидели 5В. Оказалось, что мы просто неправильно подключили микросхему DC/DC конвертера TRACO TEN 12-2411. Даже не знаю, как нам в голову такое пришло, ведь очевидно, что если два напряжения приходят на одну и туже микросхему, то у них должна быть общая земля, а мы земли не соединили и получили на схеме два развязанных напряжения.
В свое оправдания могу сказать только то, что мы программисты, хотя и системные, и даже очевидный факт про общую точку нам подсказали знакомые инженеры.В общем, поняли свою ошибку и решили соединить земли, но так как уже было где-то десять часов вечера в субботу, решили сделать это тоненьким проводком, причем придерживая руками, просто коротнув эти точки на плате. Не знаю уж, что произошло дальше, то ли рука дрогнула у человека, который держал провод, то ли после предыдущих аварий ещё один ключ вылетел, но на этот раз я увидел как горит микросхема, в буквальном смысле горит, а ведь раньше я думал, что ни керамический корпус, ни металлические контакты гореть не могут. В общем, ещё минус микросхема ключа и сдвигового регистра, который мы выкусили, помятуя о предыдущем опыте. И на этой прекрасной ноте мы пошли домой, поскольку дальнейшие попытки сделать что-то в спешке нам казались неуместными. Ведь у нас ключей не хватало даже на одно устройство. Хорошо хоть они должны были прийти уже в понедельник.
Простота спасет мир
По итогам субботних битв мы всё-таки получили работающий прототип устройства, и выглядел он следующим образом:
Резисторы (300 Ом) на фото имитируют нагрузку. Перед демонстрацией заказчику мы делали тестовые прогоны по несколько часов. Грелись резисторы, кстати, до 120 градусов.
Я не буду рассказывать про работы с корпусом и окончательную сборку, просто приведу фотографии внутренностей, и то ради того, чтобы рассказ был полным:
Мы продемонстрировали работу заказчику, функциональность его устроила, внешний вид тоже. Единственное, что он попросил изменить — это поставить вместо наших разъемов что-нибудь из принятых в телекоммуникации: RJ45 или RJ11, поскольку это сильно привычнее, а значит и проще в эксплуатации и обслуживании. На этот раз, проконсультировавшись с инженерами на предмет того, выдержат ли нужные токи подобные разъемы, хватит ли места на лицевой панели и так далее, решили поставить RJ12. Они были на складе в наличии, ну и констуктивно занимают меньше места, чем RJ45. Кроме того, учитывая предыдущий опыт, мы решили, что паять на макетной плате не вариант, и заказали проектирование печатной платы. А поскольку она оказалась очень простая, двусторонняя даже без металлизации, то нам выпустили её меньше, чем за неделю.
Проведенные модернизации сильно упростили нам жизнь и сделали саму плату более красивой.
При чем тут Embox?
Самым сильным аргументом, как вы понимаете, для применения Embox было то, что нам он хорошо известен, если не сказать больше.
Но все же хочется отметить технические характеристики, которые сильно упрощали создание требуемого устройства. Главное, конечно, — это наличие полноценного web-сервера с поддержкой cgi. В результате управлять нашим устройством можно с помощью браузера, внешний вид страницы максимально приближен к реальной лицевой панели.
Конечно, можно возразить, что есть более простой способ получить web-сервер на устройстве, а именно — использовать Linux. Не спорю это так, и он будет, безусловно, более функциональный и позволит использовать для разработки кучу фреймворков и языков программирования. Но, во-первых, мы искренне убежденны, что управлять GPIO из под Linux-а это не совсем правильный подход. А во-вторых, он на такую аппаратную платформу попросту не встанет без специальных ухищрений.
Ну, а если использовать FreeRTOS с lwIP стеком, который идет в комплекте, то реализация подобного функционала сильно усложняется, ну и, конечно, libmodbus так просто уже не перенести.
P.S. При разработке данного устройства ни один светодиод в датацентре не пострадал
Анализатор спектра звукового сигнала – RadioRadar
Этот анализатор предназначен для встраивания в УМЗЧ и другие устройства, предназначенные для воспроизведения музыки и другой акустической информации. Он позволяет наблюдать на светодиодном табло текущее распределение энергии звукового сигнала по семи частотным полосам, середины которых лежат в интервале от 63 до 16000 Гц.
Схема семиполосного анализатора спектра представлена на рис. 1. Сигнал с выхода УМЗЧ поступает на разъём XS1. Резисторы R1-R3 образуют сумматор сигналов левого и правого стереоканалов. Далее через конденсатор C2 сигнал поступает на вход одного из двух каналов усилителя DA1 BA3308 [1]. Вход второго канала усилителя соединён с общим проводом, а к выходу подключён конденсатор C7, чтобы исключить влияние этого канала на работу встроенной в усилитель системы АРУ. При амплитуде входного сигнала от 1 до 18 В, что соответствует мощности от 0,125 до 40 Вт на нагрузке 4 Ом, амплитуда сигнала на выходе (выводе 3) DA1 поддерживается равной 1,1 В.
Рис. 1. Схема семиполосного анализатора спектра
С делителя напряжения R21R22 сигнал амплитудой 100…150 мВ подан на вход семиполосного фильтра, собранного на специализированной микросхеме MSGEQ7P [2] DA2. От усиления входного сигнала и АРУ можно отказаться, подав входной сигнал на разъём XS2. При этом нужно снять перемычку S1, чтобы разорвать соединение выхода УМЗЧ DA1 с входом микросхемы DA2.
Длительность формируемого элементом DD1.1 импульса Reset высокого логического уровня задана постоянной времени цепи R7C1. Через элемент DD1.2, резистор R24 и транзистор VT1 он поступает также на вход R счётчика DD2 и устанавливает его в исходное состояние: на выходе 0 (выводе 3) – высокий уровень, на остальных выходах – низкий.
Установившийся на выходе элемента DD1.3 по окончании задержанного цепью R12C8 импульса Reset высокий уровень разрешает работу мультивибратора на элементе DD1.4. Длительность формируемых им импульсов Strobe зависит от скорости разрядки конденсатора C10 через резисторы R15, R18 и диод VD1, а пауз между ними – от скорости зарядки этого конденсатора через резистор R18 и диод VD2.
Микросхема DA2 содержит семь полосовых фильтров с центральными частотами 63, 160, 400 Гц и 1, 2,5, 6,25 и 16 кГц. Их АЧХ соответствуют колебательным контурам с добротностью 6. К выходам фильтров в микросхеме подключены выпрямители, выходные сигналы которых встроенный коммутатор на семь положений поочерёдно подаёт на выход микросхемы. Первый по окончании импульса Reset нарастающий перепад импульса Strobe соединяет с выходом коммутатора выход выпрямителя фильтра 63 Гц. Время установления выходного сигнала – 36 мкс. Каждый следующий нарастающий перепад Strobe переключает фильтры в направлении увеличения частоты по кругу до тех пор, пока вновь не поступит импульс Reset.
По нарастающим перепадам импульсов Strobe срабатывает и счётчик-дешифратор DD2. “Бегущий” по его выходам высокий логический уровень поочерёдно через ключи микросхемы TD62783APG [3] DA4 подключает аноды светодиод-ныхшкал HL1-HL7 к цепи +5 В.
Сигнал с выхода микросхемы DA2 поступает на вход преобразователя напряжения в позиционный код LM3914N-1 [4] DA3. Чем больше поданное на его вход SIG напряжение, тем больше выходов этой микросхемы будет включено и тем выше будет светящийся столбик на подключённой в этот момент к источнику питания светодиодной шкале.
Печатная плата для анализатора не разрабатывалась. Он собран на макетной плате. Однако светодиодные шкалы размещены на печатной плате, чертёж которой показан на рис. 2. В собранном виде эта плата изображена на рис. 3.
Рис. 2. Светодиодные шкалы на печатной плате
Рис. 3. Светодиодные шкалы на плате в сборе
При правильной сборке устройство заработает сразу же. Нужно лишь проконтролировать длительности низкого (20…30 мкс) и высокого (1…1,4 мс) логических уровней импульсов Strobe на выходе элемента DD1.4. После этого подайте на разъём XS1 сигнал частотой 1 кГц и амплитудой не менее 1 В, при которой в микросхеме DA1 гарантированно работает АРУ. Наблюдая на экране осциллографа сигнал на выводе 3 микросхемы DA2, подстроечным резистором R22 установите амплитуду “столбика” осциллограммы, соответствующего частоте 1 кГц, равной 3…3,5 В.
Поскольку на выходах фильтров даже в отсутствие сигнала на их входах имеется небольшое напряжение смещения, возможно свечение нижних элементов светодиодной шкалы. Для его устранения соедините между собой все контакты разъёмаXS1 и, перемещая движок подстроечного резистора R11, погасите нижние сегменты. Подстроечным резистором R6 отрегулируйте яркость свечения светодиодов, он управляет источниками выходного тока в микросхеме DA3. Последнюю регулировку (подстроечным резистором R17) выполните при нормальной работе анализатора так, чтобы светящиеся столбики на светодиодных шкалах были как можно выше, но не слишком часто достигали предельной высоты.
Для формирования сигналов Reset, Strobe и управления индикатором вместо узла на микросхемах DD1 и DD2 можно применить микроконтроллер ATtiny2313A-PU. Схема его подключения к анализатору показана на рис. 4. Предварительно нужно удалить из анализатора микросхемы DD1, DD2, диоды VD1, VD2, транзистор VT1, резисторы R7, R12, R15, R18, R24, R25, конденсаторы C1, C8, C10.
Рис. 4. Схема подключения микроконтроллер ATtiny2313A-PU к анализатору
И ещё несколько слов о микросхеме MSGEQ7P. Она может тактироваться как от внутреннего генератора, так и от внешнего частотой не более 500 кГц, который подключают к входу CKIN DA2. При использовании внутреннего генератора тактовая частота зависит от постоянной времени цепи R13C6. Сетка частот 63-16000 Гц получается при тактовой частоте 165 кГц. Пропорционально ей изменяются и все частоты сетки. Тактовые импульсы от внешнего генератора подают на вывод 8 этой микросхемы, отключив от него конденсатор С6.
Минимальный период повторения импульсов Strobe – 72 мкс. Его можно увеличить, но следует иметь в виду, что в микросхеме после полосовых фильтров, детекторов и коммутатора имеется ещё конденсатор, запоминающий уровень сигнала. Поэтому с началом каждого импульса Strobe сигнал на выходе быстро устанавливается, а в течение его медленно спадает.
На рис. 5 показаны осциллограммы сигналов на выводе 3 счётчика DD2 (жёлтого цвета) и на выводе 3 микросхемы DA2 (зелёного цвета) при входном сигнале частотой 1 кГц. Скорость развёртки – 200 мс/дел. Хорошо видны медленный спад вершины импульса на выходе фильтра 1 кГц и смещение напряжения на выходах остальных фильтров.
Рис. 5. Осциллограммы сигналов
Анализаторы спектра, подобные микросхеме MSGEQ7P, имеются в аудиопроцессорах TDA7416, TDA7419, а также в микросхемах BA3826, BA3830, BA3834 и BA3835, но MSGEQ7P проще в применении и упакована в удобный для монтажа корпус DIP8.
Литература
1. BA3308 Dual Preamplifier with ALC. – URL: http://www. unisonic.com.tw/datasheet/ BA3308.pdf (10.07.2018).
2. MSGEQ7 Seven Band Graphic Equalizer. – URL: https://www.sparkfun.com/ datasheets/Components/General/ MSGEQ7.pdf (10.07.2018).
3. TD62783APG, TD62783AFWG 8ch High-Voltage Source Driver. – URL:http:// lib.chipdip.ru/035/DOC001035060.pdf (10.07.2018).
4. LM3914 Dot/Bar Display Driver. – URL: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3914. pdf (10.07.2018).
Автор: Н. Остроухов, г. Сургут Тюменской обл.
td62783apg%20equivalent Лист технических данных и примечания по применению
2006 – TD62783 апг
Реферат: TD62784 TD62784APG DIP-18 TD62783 TD62783AFG TD62783APG TD62784AFG TA62783APG
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
ТД62783АПГ
Реферат: TD62783AFG DIP18 Sn-37Pb
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
2006 – эквивалент TD62783
Реферат: TD62783AFG TD62784AFG DIP-18 TD62783 TD62783APG TD62784APG
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
Недоступно
Резюме: нет абстрактного текста
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
2009 – TD62783APG
Аннотация: Микросхема TD62783AFWG SOL18-P-300-1, использующая усилитель мощности DIP18, эквивалент TD62783apg
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
Недоступно
Резюме: нет абстрактного текста
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
ТД62783АПГ
Резюме: TD62783AFG DIP18 DIP-18 apg 8
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
Недоступно
Резюме: нет абстрактного текста
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
2005 – TD62783AFG
Реферат: TD62783APG TD62784AFG td62784 DIP-18 TD62783 TD62784APG
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
ДИП-18
Реферат: Схемы цепей зажигания TD62783AFG TD62783APG
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
2011 – TD62783AFG
Резюме: нет абстрактного текста
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
2009 – TD62783APG
Реферат: ДИП-18 TD62783AFG
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
2009 – ДИП18
Резюме: TD62783AFWG TD62783APG TD6278 TD62783A
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
2005 – TD62784AFG(5,S,EL)
Резюме: TD62784APG
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
2012 – П-СОП-18
Резюме: нет абстрактного текста
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
2004 – td62783apg
Реферат: TD62783 TD62783AFG DIP-18 TD62784AFG TD62784APG
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
2006 – IC TD62783 эквиваленты
Резюме: TD62783AFWG DIP18 TD62783 TD62783APG TD62784AFWG TD62784APG
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
ТБ6604ФТГ
Резюме: TB6604 TB6603FTG tb6603 TB62216FG TB62216FNG TB62213FNG TC7600FNG TC62D722 TB62783
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
ТС7600ФНГ
Резюме: TB6584FNG TA4029 tb62237 TPD*1039s ULN2803APG tb6584 TB6586 TPD1047F tb6560
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
ULN2003APG Китай
Резюме: TPD1047F TC7600FNG ULN2003APG TPD1042 ULN2003APG IC СОЕДИНЕНИЕ NPN ТРАНЗИСТОРНЫЙ МАССИВ ДАРЛИНГТОНА ULN2803APG toshiba tb6560 TB6584FNG
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
ТПД1047Ф
Резюме: TC7600FNG TB62237BFG TB6584FNG TB62205FG DIP26 TPD*1039s TAR5S30 5W558 TB62214FG
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
ТС7600ФНГ
Резюме: TMP91FU62 TB6584FNG TB6819 TA2181AFNG TK5A50D 2SK3767 TB6674 фаг 23 мг TB6575FNG
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
ULN2003APG Китай
Резюме: tb62216 TB62216FG TC7600FNG TC62D722 ULN2803APG ULN2003APG IC ПОДКЛЮЧЕНИЕ TCV7106 TB62214 TPD1053F
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
Реферат: Блок-схемы индукционной плиты TC7600FNG tmp89fw24 TB6586BFG Индукционная плита IGBT Полная схема индукционного нагревателя Индукционный нагреватель MOSFET TB6584AFNG ULN2003APG Схема индукционной плиты
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
ТБ6584
Аннотация: TK8A50D эквивалентная схема светящегося инвертора принципиальная схема стиральной машины toshiba gt35j321 GT50N322 полностью автоматическая микроконтроллер стиральных машин TB6574 электрическая схема стиральной машины samsung схема панели управления стиральной машиной
Текст: Нет доступного текста файла
Оригинал
Предыдущий 1 2 Далее
Электрическая система – термическая терапия суставов
Обзор системы
Схема соединений EagleЭлектрическая схема TJT началась на системном уровне. Используя программное обеспечение EAGLE для автоматизации проектирования электроники, команда преобразовала высокоуровневую функциональную блок-схему в электрическую схему с дискретными компонентами и ИС.
- Модель микросхемы Arduino ATMEGA328PU была взята непосредственно из файлов EDA с открытым исходным кодом ArduinoUno для точного представления контактов ввода-вывода микропроцессора.
- Второй столбец перемычек представляет внешние компоненты
- Созданы два пользовательских компонента, VNH7070ASTR и TD62783APG
- В ожидании завершения гибкого прототипа аппаратного обеспечения (т. прототипа печатной платы
Ниже мы рассмотрим электрические подсистемы одну за другой.
Arduino Uno
Функция: По ходу разработки стало ясно, что Arduino Nano не имеет достаточного количества контактов GPIO для поддержки проекта. Выбор MCU был легко изменен на более доступный Arduino Uno. Также отмечается, что в конструкции Uno используются все контакты аналогового и цифрового ввода-вывода, кроме одного (аналоговый вход 0 остается открытым).
Нагрузочный переключатель (TBD62783APG)
Технические характеристики:
- PWR Switch N-Chan 1: 1 18DIP
- Voltege-Max) = 50V
- Voltege-Max) = 50V
- = нагрузка (MAX) = 50V
- ). Зажимной диод для переключения индуктивных нагрузок
Функция: Из-за относительно высокой мощности приводов, используемых в управлении технологическим процессом, микропроцессор не может управлять нагрузками. Поэтому коммутационный механизм, управляемый микропроцессором, должен подключать и отключать нагрузки от внешнего источника питания 12 В. Используются все восемь переключателей. Если бы мы могли увеличить количество переключателей нагрузки, конструкция поддерживала бы больше вентиляторов постоянного тока для улучшения воздушного потока и регулирования температуры компонентов.
- DIP-18 Package
- TBD62783APG equivalent circuit
Flywheel Diodes (1N4001)
Technical Specifications:
- Non-Repetitive Peak Forward Surge Current: 30A
- Working Peak Reverse Voltage: 50V
Функция: Приводы, управляемые микроконтроллером, отвечают за управление процессом устройства. Эти приводы, четыре электрических электромагнитных клапана, два мембранных насоса и два вентилятора постоянного тока являются индуктивными нагрузками. В качестве меры предосторожности, чтобы предотвратить скачки напряжения на катушке индуктивности из-за перебоев в подаче питания (т. е. обратного хода), на каждую из индуктивных нагрузок были установлены специальные диоды обратного хода. Хотя микросхема TBD62783APG включает в себя функции индуктивного переключения, диоды были включены для резервирования.
Обходные конденсаторы
ОБЩЕСТВЕННЫЕ ИБСПОРТИТЕЛЬНЫЕ ИБСИТЕЛЬНЫЕ ИСКУССТВА И СХЕМАЦИИ ПОДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИТехнические характеристики:
- 8x 0,1 UF Ceramic Campacitors (выключатель нагрузки)
- 8x 0,1 Ceramic Cacacators (выключатель нагрузки)
- 8x 0,1 Ceramic Cacacitors (выключательный выключатель)
- 8x 0,1 Ceramic Cacacators (выключатель нагрузки). Переключение нагрузки вызывает переходную реакцию в формах тока и напряжения во всей системе. Чтобы защитить систему от быстрых изменений, используются обходные конденсаторы для создания эффекта фильтрации нижних частот, который удаляет высокочастотные компоненты из переходной характеристики. Эти конденсаторы обеспечивают плавные переходы. Значения емкости взяты из примечаний по применению TBD62783APG.
LED User Interface (UI)
Technical Specifications:
UR502DCRed LED G502DC Green LED L-7113YT Yellow LED Operating Forward Current: 20mA
Typical Luminous Intensity (@ Если = 20 мА): 800 мкдРабочий прямой ток: 20 мА
Типичная сила света (@ If = 20 мА): 120 мкдРабочий прямой ток: 20 мА типичный.
Сила света (при = 10 мА): 40 мкдСветодиоды были выбраны в зависимости от наличия. Желтый и зеленый соединены последовательно с токоограничивающими резисторами 220 Ом. Красный подключен последовательно с токоограничивающим резистором 250 Ом (для уменьшения силы света).
Функция:
- Служит основным пользовательским интерфейсом для пациента.
- Красный: Ошибка/Завершение обработки
- Желтый: Выполняется обработка
- Зеленый: Готовность/Ожидание
- Мигающий зеленый: Предварительный нагрев
Сеть обратной связи по безопасности. (постоянный ток): 30 В
Функция: Когда пользователь по какой-либо причине, экстренной или иной, решает прекратить лечение, DPDT вручную заземляет вход сильноточного IC-контроллера. К одному из входных контактов подключен цифровой вход, который сравнивает значение, выдаваемое Uno, со значением, считываемым контроллером IC. Если появляется несоответствие, переключатель срабатывает, и DLC переводит устройство обратно в режим ожидания. В этой ситуации только один из входов контроллера IC должен быть опробован для определения состояния переключателя из-за механического характера переключателя Double Pull Double Throw.
Контроллер температуры мощности
VNH7070AST Схема примененияТехнические характеристики:
- VNH7070. Функция: Эта ИС действует как переключатель нагрузки для мощного нагревательного массива и модуля Пельтье (типичное значение ~6,5 А). Обычно используемая для управления двигателем в конфигурации H-Bridge, микросхема включает в себя сигнал управления скоростью PWM. Однако при просмотре таблицы данных стало ясно, что управление скоростью ШИМ основано на диапазоне частот (0-20 кГц), а не на истинной широтно-импульсной модуляции. Для Arduino Uno единственная доступная частота ШИМ — это дискретные значения (490 Гц или 980 Гц). Метод управления скоростью, используемый в ИС, заключается в подключении ШИМ-сигнала к затвору транзисторов нижнего плеча Н-моста. Чем больше частота коммутации, тем больше мощности отводится от выхода на землю. Чтобы решить эту проблему, нагревательная решетка и элементы Пельтье будут работать с использованием схемы управления «включено-выключено», исключая ШИМ-управление в пользу прямого микропроцессорного управления двумя входными контактами. Можно управлять обоими модулями независимо, работая с микросхемой в полумостовой конфигурации.
- Half Bridge IC Operation
SOIC-16 Package
EAGLE VNH7070ASTR Wiring SchematicPower Management
Technical Specifications:
- LM7812CT/NOPB
- Linear Voltage Regulator
- Output Voltage: 12V
- Выходной ток: 1 А
Технические характеристики:
- Кулисный переключатель SPST
- Номинальный ток (переменный ток) = 20 А
- Номинальное напряжение (переменный ток) = 125 В
Функция: Система управления питанием для Arduino Uno состоит в основном из однопозиционного двухпозиционного двухпозиционного переключателя, последовательно соединенного с линейным регулятором напряжения 12 В, который регулирует мощность, поступающую от автобус снабжения. Регулятор напряжения является предупредительной мерой, гарантирующей, что во время переключения нагрузки микропроцессор не заметит изменения входного напряжения.