Разработка системы управления роботом (стр. 5 из 5)
Для того чтобы использовать дополнительные интерфейсы связи, необходимо разрабатывать программное обеспечение для операционной системы персонального компьютера. Вся техническая информацию по программированию интерфейсов связи имеется в datasheetмикроконтроллера MSP430C1101.
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
(Обязательное)
Руководство пользователя
Для управления частотой вращения двигателя постоянного тока необходимо:
– соединить ОВЕН ПЛК-150 с персональным компьютером через COMпорт (подробное описание приводится в документации прибора ОВЕН ПЛК-150);
– запустить исполняющую программу new.pro;
– в открывшейся программе выбрать вкладку Visualizations - Diplom. Откроется следующее окно:
Рисунок Г.1. Окно визуализации программы.
– для запуска программы нажать на кнопку «Старт»;
– сбросить предыдущие значения кнопкой «Сброс»;
– для увеличения или уменьшения скважности ШИМ нажать на кнопку «+1» или «-1». Для быстрого увеличения или уменьшения скважности ШИМ нажать на кнопку «+5» или «-5».
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
(Рекомендуемое)
Характеристики MAХ232
Рисунок Д.1. Внешний вид приёмопередатчика MAX232.
Рисунок Д.2. Обозначение контактов MAX232.
Микросхема приемопередатчика MAX3232 оснащена фирменным выходным каскадом передатчиков, обеспечивающим малое падение напряжения и полную совместимость с требованиями стандарта RS-232 при напряжении питания от 3,0 до 5,5 В. Формирование выходного сигнала, при использовании одного положительного напряжения питания, обеспечивается двумя встроенными генераторами накачки, для работы которых достаточно четырех внешних малогабаритных конденсаторов емкостью по 0,1 мкФ.
1.3 Цифровой сигнальный процессор:
MSP430C1101 - 16-разрядная RISC-архитектура, время выполнения инструкции
- 125 нс, 16-разрядная RISC-архитектура, время выполнения инструкции
- 125 нс 32 КГц кварцевый резонатор, встроенный модуль 10-разрядного АЦП скоростью 200 ksps, 16-битовый таймер с тремя регистрами захвата/сравнения, ОЗУ 128б, ПЗУ 1кб, корпус 20 выводов, напряжение питания от +1,8В до +5В.
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
(Рекомендуемое)
Микроконтроллер MSP430C1101
Рисунок Е.1. Внешний вид микроконтроллера MSP430C1101.
Цифровой сигнальный процессор MSP430C1101 имеет в своем составе ПЗУ, ОЗУ, число портов ввода/вывода - 20. Питание микроконтроллера осуществляется от источника напряжения +3В. Микроконтроллеры данного семейства содержат 16-разрядное RISC CPU, периферийные модули и гибкую систему тактирования, соединенные через фон-Неймоновскую общую адресную шину (MAB) памяти и шину памяти данных (MDB). Объединяя современное CPU с отображаемыми в памяти аналоговыми и цифровыми периферийными устройствами.
Система тактирования разработана специально для использования в приложениях с питанием от батарей. Вспомогательная низкочастотная система тактирования (ACLK) работает непосредственно от обычного 32 кГц часового кристалла. Модуль ACLK может использоваться в качестве фоновой системы реального времени с функцией самостоятельного «пробуждения». Интегрированный высокоскоростной осциллятор с цифровым управлением (DCO) может быть источником основного тактирования (MCLK) для ЦПУ и высокоскоростных периферийных устройств. Модуль DCO становится активным и стабильным менее чем через 6 мкС после запуска.
Семейство MSP430 имеет фон-Неймоновскую архитектуру с единым адресным пространством для регистров специального назначения (SFR), периферии, ОЗУ и Flash-памяти программ. Доступ к программному коду выполняется всегда по четным адресам. Данные могут быть доступны как байты или как слова.
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж
(Рекомендуемое)
Основные характеристики ОВЕН ПЛК-150
Надежная среда программирования CoDeSys входит в комплект поставки контроллера.
Программируемые логические контроллеры ОВЕН ПЛК имеют встроенные интерфейсы Ethernet 10/100 Мbps, RS-485, RS-232, USB-Device*, USB-Host*.
Контроллеры поддерживают протоколы ОВЕН, Modbus RTU, Modbus ASCII, DCON, Modbus TCP, GateWay.
Устройство промышленного контроллера предусматривает три режима функционирования дискретных входов (10 кГц): режим импульсного счетчика, триггера или энкодера.
Контроллер предусматривает высокую точность настройки всех дискретных входов на генерацию ШИМ-сигнала.
В комплект поставки входят готовые библиотеки функциональных блоков. Это как стандартные библиотеки CoDeSys, так и разработки ОВЕН (ПИД-регулятор с автонастройкой, блок управления 3-х позиционными задвижками, блок измерения влажности психрометрическим методом и т.д.).
Количество входов и выходов программируемых логических контроллеров можно увеличить с помощью подключения внешних модулей ввода/вывода.
Контроллер оснащен встроенными часами реального времени и встроенным аккумуляторным источником резервного питания.
Внешний вид ОВЕН ПЛК-150 показан на рисунке Ж.1.
Рисунок Ж.1 – Внешний вид ОВЕН ПЛК-150
ПРИЛОЖЕНИЕ И
(Рекомендуемое)
Среда программирования CoDeSys
CoDeSys - это современный инструмент для программирования контроллеров (CoDeSys образуется от слов Controllers Development System).
CoDeSys предоставляет программисту удобную среду для программирования контроллеров на языках стандарта МЭК 61131-3. Используемые редакторы и отладочные средства базируются на широко известных и хорошо себя зарекомендовавших принципах, знакомых по другим популярным средам профессионального программирования (такие, как Visual C++).
Проект включает следующие объекты: POU, типы данных, визуализации, ресурсы, библиотеки. Каждый проект сохраняется в отдельном файле.
К программным компонентам (POU) относятся функциональные блоки, функции и программы. Отдельные POU могут включать действия (подпрограммы).
Каждый программный компонент состоит из раздела объявлений и кода. Для написания всего кода POU используется только один из МЭК языков программирования (IL, ST, FBD, SFC, LD или CFC).
CoDeSys поддерживает все описанные стандартом МЭК компоненты. Для их использования достаточно включить в свой проект библиотеку standard.lib.
POU могут вызывать другие POU, но рекурсии недопустимы.
Функция – это POU, который возвращает только единственное значение (которое может состоять из нескольких элементов, если это битовое поле или структура). В текстовых языках функция вызывается как оператор и может входить в выражения.
При объявлении функции необходимо указать тип возвращаемого значения. Для этого после имени функции нужно написать двоеточие и тип.
ПРИЛОЖЕНИЕ К
(Рекомендуемое)
Инкрементные фотоимпульсные датчики (ФИД)
Схема применения фотоимпульсного датчика для измерения угла поворота a показана на рисунке К.1.
Рисунок К.1. Схема применения фотоимпульсного датчика.
Основным элементом ФИД является прозрачный диск с нанесенными на него рисками, количество которых достигает нескольких тысяч. При повороте диска, луч света, излучаемый источником ИС, модулируется рисками и воспринимается фотоприемниками ФП. Электрические сигналы от ФП преобразуются электронным преобразователем ЭП в систему электрических сигналов, которые подаются на программируемый логический контроллер ПК.
ФИД генерирует следующие сигналы и их инверсии:
OSN – основной;
SM – смещенный;
CLRM – нуль-метод.
Диаграмма этих сигналов при вращении вправо и влево показана на рисунке К.2. Программно-аппаратное обеспечение ПК организовано так, что при движении вправо при каждом переходе входного сигнала происходит прибавление "1" в программном или аппаратном счетчике, а при движении влево – вычитание "1". Кроме того, ПК проверяет отсутствие обрыва линии, сравнивая сигналы с их инверсиями. Таким образом, в счетчике ПК формируется код угла поворота Na или его приращения.
Рисунок К.2 – Диаграмма сигналов, генерируемых ФИД
ПРИЛОЖЕНИЕ Л
(Рекомендуемое)
Принцип управления скоростью вращения двигателя постоянного тока с помощью широтно-импульсной модуляции
При регулировании скорости вращения двигателя с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ, в англоязычных текстах - PWM, pУLse-width modУLation) на двигатель подается полное напряжение питание, но регулируется время, в течение которого оно подается. Широтно-импульсная модуляция представлена на рисунке Л.1.
Рисунок Л.1. Широтно-импульсная модуляция.
То, что с помощью дискретного сигнала ("включено/выключено") можно управлять аналоговой величиной (частотой вращения двигателя), делает этот способ очень популярным при использовании цифровых схем управления и, в частности, логических контроллеров.
Обычно частота ШИМ бывает довольно высока и составляет от нескольких десятков до нескольких сотен герц. В этом случае при емкостной нагрузке происходит сглаживание пульсаций питающего напряжения и
фактически мы подаем на двигатель некоторое эффективное напряжение. Скажем, при напряжении питания 10В и длительности импульса 50% от периода, мы получим точно такой же результат, как если бы просто
подали на двигатель напряжение 5В.
Часто именно это и требуется. Более того, это один из наиболее популярных способов регулирования аналогового напряжения в цифровых схемах.
Обратите внимание, что если емкость нагрузки мала, вы можете столкнуться с неожиданным поведением двигателя, что особенно заметно у дешевых микромоторов. Коллекторная система двигателя играет роль коммутатора, включая и выключая его обмотки; когда же на включение обмоток накладывается периодическое включение питания, результат может быть непредсказуемым, вплоть до того, что при определенном сочетании частоты ШИМ и частоты вращения двигателя, последний начнет вращаться в обратную сторону.
Схема подключения нагрузки представлена на рисунке Л.2.
Рисунок Л.2. Схема подключения нагрузки.