Программа Сервисный Центр
0

osPID - ПИД-контроллер с открытым исходным кодом. Часть 1 - основная плата контроллера


Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор – устройство в цепи обратной связи, используемое в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, состоящий из суммы трех слагаемых, первое из которых пропорционально входному сигналу, второе – интегралу входного сигнала, третье – производной входного сигнала [1]. Этим трем составляющим соответствуют отдельные элементы ПИД-контроллера, каждый из которых выполняет свою задачу и оказывает свое специфическое воздействие на поведение системы.

Промышленность выпускает большой ассортимент ПИД-контроллеров, отличающихся в основном выполняемыми функциями и элементной базой. Большинство из них выполнено в стандартном форм-факторе (Рисунок 1).

osPID - ПИД-контроллер с открытым исходным кодом. Часть 1 - основная плата контроллера
 
Рисунок 1.ПИД-контроллеры промышленного изготовления в основном имеют стандартный форм-фактор.

В статье мы рассмотрим конструкцию ПИД-контроллера с открытой аппаратной платформой и открытым исходным кодом, выполненного в промышленном форм-факторе (Рисунок 2). Эта разработка является результатом сотрудничества компании Rocket Scream Electronics и Бретта Беорегарда (Brett Beauregard) – автора программной библиотеки ПИД-функций Arduino. Основное внимание будет уделено аппаратной части контроллера. Придуманная авторами аббревиатура «osPID», расшифровывается как «open source PID», т.е., «ПИД-контроллер с открытым исходным кодом».

osPID - ПИД-контроллер с открытым исходным кодом. Часть 1 - основная плата контроллера
 
Рисунок 2.Внешний вид osPID-контроллера.

Компания Rocket Scream Electronics занимающаяся разработкой коммерческих вариантов Arduino-совместимых процессорных модулей, плат расширения и отладочных инструментов, пополнила ассортимент ПИД-контроллером, которому посвящена эта статья. Одной из интересных разработок компании является плата расширения для Arduino – контроллер печи для пайки оплавлением (Arduino Reflow Controller Shield).

В отличие от промышленных изделий, описываемый ПИД-контроллер имеет гибкую аппаратную часть, что позволит пользователям и инженерам модифицировать, изменять и улучшать его. В качестве базовой аппаратной платформы выбрана Arduino, что также предоставляет определенные преимущества: полную программную поддержку, бесплатную среду разработки, большое количество дополнительных материалов и ресурсов.

Имеющий модульную конструкцию ПИД-контроллер состоит из основной (материнской) платы, платы ввода и платы вывода.

  • Основная плата – это Arduino-совместимая процессорная плата с пользовательским интерфейсом (дисплей, органы управления). Два установленных на ней краевых разъема предназначены для подключения плат ввода и вывода.
     
  • Плата ввода предназначена для нормирования и согласования сигналов от датчиков. Другими словами, это входная часть ПИД-контроллера. В зависимости от типа контролируемого параметра, платы ввода могут быть нескольких вариантов. К примеру, ниже мы рассмотрим плату, к которой подключается термистор и термопара для контроля температуры.
     
  • Плата вывода предназначена для организации обратной связи с системой, другими словами, это плата управления конечным (исполнительным) устройством.

Платы ввода и вывода имеют 6-контактные ответные разъемы для подключения к основной плате. Вся периферия микроконтроллера, включая интерфейсы SP, I2C, внешний источник опорного напряжения, аналоговые входы и цифровые линии ввода/вывода, доступна для обеих плат.

Основная плата

Сердцем аппаратной части ПИД-контроллера является Arduino-совместимая плата с микроконтроллером AtmelATMega328P, снабженная простым пользовательским интерфейсом. Микроконтроллер работает на частоте 16 МГц, пользовательский интерфейс образован двухстрочным 8-символьным ЖК индикатором с голубой подсветкой и четырьмя кнопками управления (Рисунок 3).

 
osPID - ПИД-контроллер с открытым исходным кодом. Часть 1 - основная плата контроллера
Рисунок 3.Внешний вид основной платы ПИД-контроллера.

Отличительные особенности основной платы:

  • Arduino совместимая плата на микроконтроллере ATMega328P-AU;
  • Пользовательский интерфейс с двухстрочным ЖК индикатором;
  • Встроенный USB порт для программирования и конфигурирования;
  • Специальные разъемы для подключения плат ввода и вывода
  • Несколько светодиодов состояния;
  • Электромагнитный излучатель для звукового оповещения;
  • Кнопка сброса;
  • Источник опорного напряжения для АЦП с LC-фильтром;
  • Диапазон напряжений питания ПИД-контроллера от 7 до 38 В;
  • Интерфейс внутрисхемного программирования;
  • Размеры 46.99 × 46.99 мм.

Принципиальная схема основной платы контроллера изображена на Рисунке 4. Для облегчения чтения схемы каждый функциональный узел изображен отдельно.

 
osPID - ПИД-контроллер с открытым исходным кодом. Часть 1 - основная плата контроллера
Рисунок 4.Принципиальная схема основной платы.

Источник питания 5 В для микроконтроллера и периферии сделан на основе микросхемы высокоэффективного понижающего DC/DC преобразователя LT3971. Это позволяет питать ПИД-контроллер напряжением до 38 В, а также оставляет возможность дальнейшей модернизации схемы для приложений, использующих напряжения ±10 В или ±5 В.

Микросхема LT3971 имеет сверхмалый ток покоя (IQ = 2.8 мкA), а режим Burst Mode обеспечивает высокий КПД при малых нагрузках, удерживая выходные пульсации в пределах 15 мВ.

Узел звукового излучателя B1 с усилителем на транзисторе Q1 можно также отнести к пользовательскому интерфейсу, так как он используется для звукового подтверждения действий оператора.

Интерфейс USB, предназначенный для программирования и конфигурирования контроллера с помощью ПК, реализован на микросхеме моста USB-UART FT232RL. Добавлен также разъем внутрисхемного программирования, который будет полезен при необходимости модификации Arduino-загрузчика.

К специальным двухрядным 6-контактным разъемам основной платы подключаются платы ввода/вывода. Такая конструкция позволила обойтись без ответных разъемов на самих платах ввода/вывода (Рисунок 5).

 
osPID - ПИД-контроллер с открытым исходным кодом. Часть 1 - основная плата контроллера
Рисунок 5.Подключение плат ввода/вывода к основной плате контроллера.

Модуль ЖК индикатора на стандартном контроллере HD44780 имеет 2 строки по 8 символов. Модуль подключается к микроконтроллеру по 4-битному интерфейсу, контрастность регулируется подстроечным резистором R3. Модуль является отдельным компонентом, который впаивается на основную плату. Работу с индикаторами подобного типа поддерживает стандартная библиотека Arduino LCD Library.

Окончание следует
 

 
 
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
 
Обратная связь

Наши партнеры

 

Опросы

Есть ли справедливость в жизни?
Конечно есть, уверен!
Вроде как должна быть, но...
Затрудняюсь ответить...
Какая справедливость? О чем Вы?
Эх.., нет правды на свете!

 

Облако тегов

Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

Показать все теги
 

Календарь публикаций

«    Декабрь 2016    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 
 

Архив новостей

Декабрь 2016 (1)
Ноябрь 2016 (42)
Октябрь 2016 (34)
Сентябрь 2016 (38)
Август 2016 (34)
Июль 2016 (36)
 
Наверх Сервисные мануалы Даташиты Ремонт LCD, ЖК телевизоров LG Samsung Скрипт программы "Сервисный центр"