Разработка автомобильного стробоскопа (стр. 3 из 10)
Рисунок 3.1 – Устройство лампы-вспышки
Вне зависимости от материала используемого стекла и электродов, лампы-вспышки имеют три основных конструктивных характеристики, определяющих степень их применения. К таким параметрам относятся:
1) расстояние между внутренними электродами (e);
2) внутренний диаметр колбы (r);
3) используемый газ.
Соотношение этих величин определяет длительность разряда, интенсивность светового излучения и, соответственно, сферу применения. Так, например, если отношение e/r<5, лампы будет иметь короткую разрядную дугу и высокую интенсивность излучения, если же это соотношение находится в пределах 10<e/r<20, лампа будет обладать большим внутренним сопротивлением и длительной фазой разряда.
3.2.3 Разрядная характеристика
Процесс вспышки можно условно разделить на две основные фазы: фазу поджига и фазу разряда. На рисунке 3.6 приведена разрядная характеристика, поясняющая процессы, происходящие в лампе.
В момент подачи напряжения на поджигающий электрод напряжение между анодом и катодом лампы максимально и равно значению, до которого заряжен разрядный конденсатор. По мере ионизации газа внутри лампы происходит постепенное снижение напряжения между анодом и катодом при незначительном увеличении анодного тока, что является следствием постепенного образования ионной дорожки между электродами внутри лампы. В какой-то момент времени внутреннее сопротивление лампы достигнет такого предела, при котором произойдет резкое увеличение анодного тока и разряд конденсатора, иными словами, наступает электрический пробой. Внутри лампы в этот момент происходит образование плазмы, разогретой до температуры 7000÷10000 К, и высвобождение яркого светового импульса с длительностью от 10 мкс до 10 мс. Сопротивление лампы в этот период времени составляет примерно 0,1÷5 Ом. Процесс образования плазмы показан на рисунке 3.5.
По мере разряда конденсатора происходит уменьшение анодного напряжения при постепенном снижении разрядного тока, что ведет к прекращению процесса. Вспышка продолжает «гореть», пока напряжение на лампе не упадет до уровня гашения.
Такой процесс генерации светового импульса является разовым и краткосрочным по времени своего действия. Для его возобновления необходимо повторение описанных выше фаз.
3.2.4 Световая энергия вспышки
Световая энергия определяется произведением светового потока вспышки на ее длительность и косвенно может быть выражена электрической энергией заряженного конденсатора W, Дж:
(3.1)где С — емкость конденсатора, Ф;
U — напряжение, до которого заряжается конденсатор, В.
Таким образом, изменять световую энергию (мощность) вспышки можно путем увеличения емкости накопительного конденсатора или изменением напряжения на лампе. При этом необходимо учитывать, что электрическая энергия заряда конденсатора может превышать аналогичный параметр самой лампы не более чем на 20% (за счет потерь в соединительных проводах лампы и источника питания). Напряжение должно быть не ниже напряжения зажигания лампы и не должно приближаться к напряжению самопробоя.
3.2.5 Схема включения
Инициация вспышки происходит в момент подачи высоковольтного импульса величиной 2–20 кВ на поджигающий электрод лампы.
Импульс высокого напряжения снимается со вторичной обмотки импульсного высоковольтного трансформатора. Как правило, эти трансформаторы двухобмоточные и имеют соотношение витков первичной обмотки к виткам вторичной обмотки от 1:20 до 1:100.
Рисунок 3.2 – Типовая схема включения
Первичная обмотка имеет небольшое количество витков, предназначена для разряда «поджигающего» конденсатора и выполняется, как правило, «толстым» медным проводом.
Типовая схема включения лампы-вспышки приведена на рисунке 3.2.
Принцип работы управляющей схемы следующий. При подаче напряжения U на схему начинается заряд конденсатора CZ через ограничивающее сопротивление R и первичную обмотку трансформатора. Одновременно с этим происходит процесс заряда накопительного конденсатора CB.
Тиристор VS в этот момент находится в закрытом состоянии. При подаче запускающего импульса на управляющий электрод тиристора VS он открывается, тем самым замыкая разрядный конденсатор CZ на «землю». В этот момент времени конденсатор CZ начинает разряжаться по цепочке тиристор — «земля» — первичная обмотка трансформатора. Образуется своеобразный колебательный контур, в котором возникают затухающие гармонические колебания, частота которых зависит от параметров L и C. Вокруг первичной обмотки трансформатора возникает переменное магнитное поле, которое, пронизывая витки вторичной обмотки трансформатора, наводит в нем ЭДС.
Величина ЭДС зависит от коэффициента трансформации и соотношения витков первичной и вторичной обмоток. Напряжение UZ, равное единицам или десяткам киловольт и снимаемое со вторичной обмотки трансформатора, подается на поджигающий электрод лампы, тем самым вызывая разряд накопительного конденсатора CB через лампу.
4 ОПИСАНИЕ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МИКРОСХЕМ
4.1 Описание модуля MT–16S2H
Жидкокристаллический модуль MT–16S2H состоит из БИС контроллера управления и ЖК панели. Контроллер управляется КБ1013ВГ6, производства ОАО «АНГСТРЕМ», аналогичен HD44780 фирмы HITACHI. Модуль выпускается со светодиодной подсветкой.
Модуль позволяет отображать 2 строки по 16 символов. Символы отображаются в матрице 5*8 точек. Между символами имеется интервал в одну отображаемую точку. Каждому отображаемому на ЖКИ символу соответствует его код в ячейке ОЗУ модуля.
Модуль содержит два вида памяти – кодов отображаемых символов и пользовательского знакогенератора, а также логику для управления ЖК панелью.
Недопустимо воздействие статического электричества больше 30 вольт.
Модуль позволяет:
– модуль имеет программно – переключаемые две страницы встроенного знакогенератора;
– работать как по 8 –ми, так и по 4-х битной шине данных;
– принимать команды с шины данных;
– записывать данные в ОЗУ с шины данных;
– читать данные из ОЗУ на шину данных;
– читать статус состояния на шину данных;
– выводить мигающий (или не мигающий) курсор двух типов;
– управлять контрастностью и подсветкой.
Таблица 4.1- Характеристики модуля MT–16S2H
| Название | Обозна-чение | Ucc = 5B | Ucc = 3B | Единицыизмерения | |||||
| Min | Nom | Max | Min | Nom | Max | ||||
| Напряжениепитания | Лог. | Ucc - GND | 4.5 | 5.0 | 5.5 | 2.7 | 3.0 | 3.3 | В |
| ЖКИ | Ucc - Uo | 4.8 | 5.0 | 5.2 | - | - | В | ||
| Ток потребления | Icc | - | 0.8 | 1.0 | - | 0.8 | 1.0 | мА | |
| Входное напряжение высокого уровня | UIH | 2.2 | - | Ucc | 2.2 | - | Ucc | В | |
| Входное напряжение низкого уровня | UIL | -0.3 | - | 0.6 | -0.3 | - | 0.4 | В | |
| Выходное напряжение высокого уровня | UOH | 2.4 | - | - | 2.0 | - | - | В | |
| Выходное напряжение низкого уровня | UOL | - | - | 0.4 | - | - | 0.4 | В | |
| Ток подсветки при напряжении Ucc | ILED | - | - | 120 | - | - | 80 | мА | |
4.2 Описание микроконтроллера Atmega16
В работе используется 8 – разрядный микроконтроллер семейства AVRAtmega16 (рисунок 4.1). Микроконтроллер изготовлен по КМОП – технологии, которая в сочетании с RICS архитектурой позволяет достичь наилучшего соотношения показателей быстродействие/энергопотребление
Atmega16 включает в себя:
Высокопроизводительный, маломощный 8-разрядный AVR-микроконтроллер;
– 131 мощных инструкций, большинство из которых выполняются за один машинный цикл;
– 32× 8-разрядных регистров общего назначения и регистры управления встроенной периферией;
– полностью статическая работа;
– производительность до 16 миллионов операций в секунду при тактовой частоте 16 МГц;
– встроенное умножающее устройство выполняет умножение за 2 машинных цикла;
– шестнадцат кбайт внутрисистемно перепрограммируемой флэш-памяти;
– память данных (ОЗУ) 512 байт;
– память данных (EEPROM) 512 байт;
– программируемая защита кода программы;
– два 8-разрядных таймера-счетчика с раздельными предделителями и режимами сравнения;
– один расширенный 16-разразрядный таймер-счетчик с отдельным предделителям, режимом сравнения и режимом захвата;
– счетчик реального времени с отдельным генератором;
– два 8-разразрядных канала широтно-импульсной модуляции (ШИМ);
– модулятор выходов сравнения;
– 8 мультиплексированных каналов 10-разрядного аналогово-цифрового преобразования;
– двухпроводной последовательный интерфейс, ориентированный не передачу данных в байтном формате;
– последовательный интерфейс SPI с поддержкой режимов ведущий/подчиненный;
– программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором;
– встроенный аналоговый компаратор;
– сброс при подаче питания и программируемая схема сброса при снижении напряжения питания;
– встроенный калиброванный RC-генератор;
– внешние и внутренние источники прерываний;
– программный выбор тактовой частоты;
– общее выключение подтягивающих резисторов на всех линиях портов ввода-вывода.