Paskirtis
Tai specializuotas pramoninis įrenginys, skirtas matuoti, apdoroti ir kaupti įvairius matavimo duomenis bei valdyti nesudėtingus procesus. Gausi periferiniu įrenginių pajungimo galimybė įgalina terminalą veikti kaip universalų pramoninį kontrolerį. Pagrindinė prietaiso funkcija – registruoti pramoninių svarstyklių parodymus. Vėliau buvo sukurtas ir svarstyklių analoginis -skaitmeninis keitiklis. Sistema sukurta taip, kad užsakovas pats galėtų nesudėtingai kurti prietaiso programą. Kliento programavimo darbą palengvina mūsų pateiktos darbo su periferiniais įrenginiais tvarkyklės.
Kūrimo procesas
Užduotis
Sukurti ir pagaminti prototipą universalaus valdiklio pagal pareiktus reikalavimus, kurio pagrindinė paskirtis darbas su svėrimo įranga.
Kūrimo eigoje iškilo papildomas uždavinys – sukurti analoginį-skaitmeninį keitiklį (ADC) svarstyklių davikliui.
1 pav. Terminalo pagrindinės plokštės trasavimo schema
2 pav. ADC plokštės trasavimo schema
Techninė svarstyklių terminalo užduotis
| Eil. Nr. | Parametras | Reikšmė |
| 1. | Analoginis įėjimas ADC (svėrimo kanalas) Elektroninių svarstyklių terminalo analoginių daviklių (Analog Load Cell) įėjimo kanalas: | |
| 1.1. | Analoginio įėjimų modulio sujungimas su pagrindiniu kontroleriu: | SPI interfeisas |
| 1.2. | Analoginio įėjimų modulio sujungimo su pagrindiniu kontroleriu signalų dažnis: | 5 MHz min. |
| 1.3. | Analoginio įėjimų modulio sujungimų su pagrindiniu kontroleriu signalai: | SPCK, NPCS, MOSI, MISO, NRST, RDY |
| 1.4. | Analoginio įėjimų modulio sujungimų su pagrindiniu kontroleriu sujungimo būdas: | Galvaninis atskyrimas |
| 2. | 5V / 3V3 | |
| 2.1. | Galvaninio atskyrimo signalų suderinamumas: | |
| 2.2. | Galvaninio atskyrimo signalų dažnis | 15 MHz nom. |
| 2.3. | Analoginio įėjimų modulio išorinių daviklių maitinimas: | 9(12)-36VDC@0,5-1,2A |
| 2.4. | Analoginio įėjimų modulio išorinių daviklių maitinimo prijungimo būdas: | Galvaninis atskyrimas |
| 2.5. | Analoginio įėjimų modulio maitinimas: | 9(12)-36VDC@0,2A |
| 2.6. | Analoginio įėjimų modulio maitinimo prijungimo būdas: | Galvaninis atskyrimas |
| 3. | Pagrindinis Mikroprocesorius (Basic Controller) | |
| 3.1. | Pagrindinis mikroprocesorius: | ARM 32 bit |
| 3.2. | Taktinis dažnis: | 50 MHz min. |
| 3.3. | Vidinė atmintis:FLASH: | 512 Kb |
| 3.4. | Vidinė atmintis:SRAM: | ≥64 Kb |
| 3.5. | Elektriškai perrašoma išorinė atmintis | ≥1 Mbait |
| 3.6. | Servisinis programavimo portas | Vartotojui neprieinamas |
| 4. | Displėjai | |
| 4.1. | Vidinis segmentinis displėjus (LCD Display) | x7 eilutės, grafinis, (x12 ženklų) |
| 4.2. | Nutolęs displėjus „Distant Display“ | Panaudojamas per esamus RS485/RS232 |
| 4.3. | Papildoma indikacija „LED“ | x6-8 „LED“ elementai |
| 5. | Klaviatūros modulis „keypad“ | |
| 5.1. | Vidinė klaviatūra: | x5-8 migtukai |
| 5.2. | Klaviatūros apsauga: | IP65 (Plėvelinė darb temp. -20 iki +60) |
| 6. | Maitinimo šaltinis | |
| 6.1. | Terminalo DC maitinimas: | 9(12)-36VDC@0,5-1,2A |
| 7. | Ryšio kanalas „COM Port RS422/485“ | |
| 7.1. | Nuoseklaus tolimo ryšio kanalas „COM port RS422/485“: | 1200-115,200 bit/s |
| 7.2. | Ryšys su mikrokontroleriu: | Galvaninis atskyrimas |
| 7.3. | Ryšio tipo „RS422/RS485“ pasirinkimas: | Pasirenkamas trumpikliais instaliavimo metu. |
| 7.4. | „RS-422/485“ prijungimo lizdas: | Ištraukiamas „small size“ tipo lizdas su prisukamais kontaktais. |
| 7.5. | „RS-422/485“ prijungimo kontaktų žingsnis: | 3,81 mm |
| 8. | Ryšio kanalas „COM Port RS-232“ | |
| 8.1. | Nuoseklaus artimo ryšio kanalas „COM port RS-232“: | 1200-115,200 bit/s |
| 8.2. | Ryšys su mikrokontoleriu: | Galvaninis atskyrimas |
| 8.3. | „RS-232“ prijungimo lizdas: | Ištraukiamas „small size“ tipo lizdas su prisukamais kontaktais |
| 8.4. | „RS-232“ prijungimo kontaktų žingsnis: | 3,81 mm |
| 9. | Ryšio kanalas „Ethernet“ | |
| 9.1. | Ethernet ryšys: | TCP/IP 10/100 Base-T |
| 9.2. | Ryšys su mikrokontoleriu: | Galvaninis atskyrimas |
| 9.3. | Ethernet ryšio lizdas: | RJ45 |
| 10. | Ryšio kanalas „USB“ | |
| 10.1. | USB ryšys slave: | USB 2.0 (12Mbits/s) |
| 10.2. | USB prijungimo lizdas: | Standartinis BF |
| 10.3. | USB prijungimo lizdas: | Standartinis AF |
| 11. | Diskretinių skaitmeninių signalų modulis | |
| 11.1. | Skaitmeninių signalų įėjimai „DI“ | |
| 11.1.1. | Skaitmeniniai diskretiniai įėjimų signalai: | x8 kanalai Uni-polar |
| 11.1.2. | Ryšys su mikrokontoleriu: | Galvaninis atskyrimas |
| 11.1.3. | Įėjimų srovė: | 20 mA max. |
| 11.1.4. | Įėjimų įtampa: | 8-30 VDC |
| 11.1.5. | Aktyvaus signalo lygis: | Logic GND |
| 11.1.6. | Signalo dažnis: | 1 KHz max. |
| 11.1.7. | Įėjimų signalų prijungimo lizdas: | Ištraukiamas „small size“ tipo lizdas su prisukamais kontaktais |
| 11.1.8. | Įėjimų signalų lizdo prijungimo kontaktų žingsnis: | 3,81 mm |
| 11.2. | Skaitmeninių signalų išėjimai „DO“ | |
| 11.2.1. | Skaitmeniniai diskretiniai išėjimų signalai: | x8 kanalai Uni-polar |
| 11.2.2. | Ryšys su mikrokontoleriu: | Galvaninis atskyrimas |
| 11.2.3. | Išėjimų srovė: | 300 mA max. |
| 11.2.4. | Išėjimų įtampa: | 0-30 VDC |
| 11.2.5. | Aktyvaus signalo lygis: | Neigiamas (logic GND) |
| 11.2.6. | Išėjimo tipas: | Atviras kolektorius „OC“ |
| 11.2.7. | Signalo dažnis: | 1 KHz max. |
| 11.2.8. | Išėjimų signalų prijungimo lizdas: | Ištraukiamas „small size“ tipo lizdas su prisukamais kontaktais |
| 11.2.9. | Išėjimų signalų lizdo prijungimo kontaktų žingsnis: | 3,81 mm |
| 12. | Analoginių signalų moduliai: | |
| 12.1. | Vidiniai analoginių signalų išėjimai: | – |
| 12.2. | Išoriniai analoginių signalų išėjimai: | 1 kanalas |
| 12.3. | Vidiniai analoginių signalų išėjimai: | 1 kanalas |
| 12.4. | Išorinis analoginio signalo išėjimas „DAC“ | |
| 12.4.1. | Išorinių analoginių išėjimo signalų paskirtis: | Svėrimo signalo išvedimas |
| 12.4.2. | Analoginio išėjimo signalo amplitudė: | 0-10VDC (arba 0-5VDC) |
| 12.4.3. | Analoginio išėjimo signalo apkrova: | 500 ohm (250 ohm kai sig. 0-5VDC) |
| 12.4.4. | Analoginio išėjimo signalo pokytis (sample rate): | 5-100 samples/s |
| 12.4.5. | Išėjimų signalų prijungimo lizdas: | Ištraukiamas „small size“ tipo lizdas su prisukamais kontaktais |
| 12.4.6. | Ryšys su mikrokontoleriu: | Galvaninis atskyrimas |
| 12.4.7. | Išėjimų signalų lizdo prijungimo kontaktų žingsnis: | 3,81 mm |
| 12.5. | Vidinis analoginio signalo įėjimas „ADC“ | |
| 12.5.1. | Vidinių analoginių įėjimo signalų paskirtis: | Temperatūros matavimas |
| 12.5.2. | Matuojamo signalo diapazonas: | -20÷105°C |
Svarstyklių terminalo programos darbo principas
Svarstyklių terminalo darbo programa veikia RTOS operacinės sistemos pagrindu. Pagrindinis uždavinys yra ciklinis AI bloko duomenų nuskaitymas, taigi šis procesas turi aukščiausią prioritetą ir jo atžvilgiu yra derinamas daugumos programinių komponentų darbas. Kiti nepriklausomi procesai, veikiantiems savo laiko skalėje, turi pakankamai buferinės atminties, kad galėtų išlikti nepriklausomi. Žemesnio prioriteto uždavinys yra matavimo rezultatų registravimas i kaupimas SD kortelėje. Dar žemesnio prioriteto lygį sudaro I/O ir iš išorinių interfeisų atėjusių duomenų apdorojimas ir išsiuntimas. Į šį prioriteto lygį įeina ir analoginių įėjimų/išėjimų apdorojimo programos. Tiesa temperatūros matavimo įėjimas, tiek analoginis, tiek skaitmeninis turi dar laipteliu žemesnį prioriteto lygį, vienodą su duomenų vaizdavimo/ klaviatūros nuskaitymo ir analoginių duomenų vaizdavimo procesais (toks pat yra ir analoginių duomenų vaizdavimo per išorinę LED matricą, prijungtą prie RS232/RS485 interfeiso, lygis).
Laike procesai išdėlioti taip: kas konfigūruojamą laiko tarpą (kas 5 ms ir rečiau) per SPI magistralę yra nuskaitomi duomenys iš AI bloko (trūkiais valdomas procesas naudojamas, jei laiką užduodanti grandis yra pasirenkamas AD7730L keitiklis.Tada yra atliekamas šių duomenų skaitmeninis apdorojimas, ir kas konfigūruojamą nuskaitymų kiekį (1-1024matavimų ) yra išduodamas naujas matavimo rezultatas. Apdorojimo programai yra skiriamas didelė buferinė atmintis, sauganti 2048 atskaitų po 24 bitus, leidžianti taikyti pakankamai sudėtingus duomenų apdorojimo algoritmus. Matavimo rezultato pasirodymas paleidžia indikavimo , duomenų siuntimo ir valdymo procesus. Reguliavimo procesas, dirbantis su papildomu analoginiu įėjimu ir konfigūracijoje nuriodytais diskretiniais įėjimais, veikia nepriklausomai ir padaro viena ciklą per konfigūruojamą ms kiekį. Rezultatas gali būti tiek išvestas per analoginį išėjimą, tiek patalpintas į siuntą pagal konfigūracijos reikalavimus.
Indikavimo procesas paleidžiamas irgi gavus matavimo rezultatą, bet jis turi dar ir savo
duomenų apdorojimo procesą, kurio parametrai (apvalinimas, kitimo dažnis, integravimo tipas ir laikiniai parametrai) gali būti kaičiami pagal konfigūracijoje laikomus duomenis.
Konfigūracinė atmintis laikoma AT25DF641 mikroschemoje ir susideda iš kelių sričių, laikomų skirtinguose segmentuose:
-Pagrindinė sritis gali būti pakeista tik gamintojo ir priklauso nuo gaminio paskirties
-Derinimo sritis gali būti keičiama kalibravimo proceso metu, bet prieinama tik autorizuotiems vartotojams
-Autokalibravimo sritis, prieinama utorizuotam personalui, bet skirta daugiausiai tik nuskaitymui, nes šios srities duomenis koreguoja pati svarstyklių valdymo programa.
-Vartotojo sritis prieinama vartotojui ir leidžia nustatyti norimą veikimo aplinką bei kai kuriuos matavimo parametrus.
Konfigūracinė atmintis, priklausomai nuo srities, gali būti prieinama per vidinį (gamintojo) interfeisą, per išorinį RS232/Ethernet interfeisą arba naudojant klaviatūrą.
Projekto laikotarpis 2013-2014