Управление гравиметром

Управление гравиметром

Руководство по эксплуатации

2010

1 Введение

1.1 Назначение

Настоящее руководство по эксплуатации предназначено для изучения структуры, принципа действия, режимов работы управления гравиметром.

1.2 Документы и сокращения

При изучении устройства управления гравиметра необходимо руководствоваться следующими документами: плата управления, схема электрическая принципиальная.

В тексте руководства по эксплуатации приняты следующие условные обозначения и сокращения:

Г. – гравиметр;

ОК – одноплатный компьютер;

ЖКИ – жидкокристаллический индикатор.

УУ - пульт (устройство) управления гравиметра

2 Назначение УУ гравиметра

2.1 Функции УУ

должна обеспечивать:

·  приём данных с модуля GPS

·  сбор данных с платы измерения температуры

·  управление работой нагревателей термостата

·  сбор данных с платы измерения наклона

·  связь с одноплатным компьютером по интерфейсу RS-232

·  формирование SIN/COS сигналов для электронной системы лазерного гравиметра

·  приём и обработка команд от одноплатного компьютера

·  вывод на ЖКИ параметров гравиметра.

2.2 Рабочие условия эксплуатации гравиметра

·  температура окружающего воздуха от минус 20° С до +40° С

·  относительная влажность до 95 % при температуре +25° С

·  атмосферное давление 750 ± 30 мм рт. ст.

·  напряжение питания 14,2 В (9,0±15,0).

3 Технические характеристики

Г. имеет следующие технические характеристики:

·сигналы SIN/COS – 28800 Гц, амплитуда 1,5В

·скорость обмена данными с ОК - 57600 бод

·скорость обмена данными с GPS - 9600 бод

·управление осуществляется с помощью клавиатуры и ЖКИ

.

Управление гравиметром допускает круглосуточную работу при рабочих условиях эксплуатации.

4 Описание и работа управления гравиметром

4.1 Конструкция

Плата управления УУ встроена в боковую крышку герметичного корпуса гравиметра.

4.2 Работа составных частей управления гравиметром

При изучении УУ следует руководствоваться принципиальной электрической схемой ПУ.

ПУ работает под управлением микроконтроллера Atmega128L-8AI (микросхема D1). На кристалле микроконтроллера находятся процессор, память программ, память данных, таймеры с модулями захвата и сравнения, два асинхронных последовательных порта, регистры ввода-вывода.

Кварцевый резонатор BQ1 7,3728 МГц задаёт тактовую частоту микроконтроллера.

Цифровые синтезаторы частоты AD9850BRS (микросхемы D4,D6) формируют синус/косинусные сигналы для электронной системы лазерного гравиметра. Дифференциальные усилители (микросхемы D5,D7) увеличивают амплитуду сигнала, подаваемых с микросхем D4,D6 и выполняют смещение сигнала, делая его симметричным относительно потенциала 1,65В.

Микросхема D2 (MAX3222EUP) служит для согласования уровней сигналов интерфейса RS-232 одноплатного компьютера и платы ПУ.

Ключевой стабилизатор LM2672M-3.3 (микросхема D7) вырабатывает из напряжения +7,2В, выдаваемого преобразователем платы, напряжение +3,3В, служащее для питания электронных компонентов платы ПУ.

VT1 – электронный ключ, обеспечивающий включение и выключение подсветки ЖКИ и напряжения питания модуля GPS.

Модуль GPS (А1) по интерфейсу RS-232 передаёт в микроконтроллер данные о местоположении гравиметра и текущем времени.

Модуль TMR 0521 вырабатывает напряжения ±5В.

Обмен между одноплатным компьютером и платой управления осуществляется посредством кабеля, подключенного к COM-порту компьютера.

После включения питания плата управления начинает управлять нагревателями термостата в соответствии с алгоритмом, приведенном в Приложении 1. Коэффициенты контура регулирования считываются из энергонезависимой памяти. Значения этих коэффициентов могут быть изменены путем посылки соответствующих команд с одноплатного компьютера.

Одновременно плата управления ожидает прихода команд от одноплатного компьютера. При поступлении команды плата управления выполняет ее и отсылает ответ в соответствии с протоколом обмена, приведенном в Приложении 2.

5 Общие указания по эксплуатации

Перед использованием Г. следует убедиться в отсутствии механических повреждений.

Проверьте чистоту разъемов.

Перед включением прибора ознакомьтесь с настоящим руководством по эксплуатации.

6 Указание мер безопасности

К работе с гравиметром допускаются работники, знающие правила техники безопасности при работе с напряжением до 1000 В.

7 Подготовка к работе

Перед началом работы следует внимательно изучить инструкцию по эксплуатации.

Следует проверить величину напряжения питания. Напряжение должно находиться в пределах значений, указанных в разделе 2.2. настоящего руководства.

Подайте питание на Г., нажмите и удерживайте верхнюю кнопку до появления на экране ЖКИ заставки и звукового сигнала, затем отпустите кнопку.

8 Назначение органов управления и отображения

На верхней панели гравиметра находятся две кнопки управления: левая "Выбор" и правая "Ввод". Кнопкой "Выбор" осуществляется выбор режима отображения параметров гравиметра, выбор изменяемого параметра. Кнопкой "Ввод" производится установка выбранного параметра. Нажатие кнопок сопровождается звуковым сигналом. Выбранные и установленные режимы, и параметры отображаются на ЖКИ МТ12864J

.

9 Порядок работы

9.1 Включение гравиметра

Включение гравиметра производится нажатием на кнопку "Выбор" и удержанием её в нажатом состоянии до появления на дисплее следующего сообщения, сопровождаемого звуковым сигналом:

где:

"Ту" – заданная температура;

"Тк" – контрольная температура;

"Т1","Т2" – измеренные температуры;

"Наклон X","Наклон Y" – углы наклона;

"Спут" количество видимых спутников;

"10:18:24" – время GPS;

"сш" – северная широта;

"вд" – восточная долгота;

" Высота " – высота места приёма.

Если информации для определения координат недостаточно, то на ЖКИ следующая картинка:

При неисправности приёмника GPS на ЖКИ появится мигающее сообщение "П":

В случае неисправной антенны (короткое замыкание или обрыв) на дисплей выдаётся одно из Ао/Аз мигающих сообщений:

При нажатии на клавишу "Выбор" на дисплей выдаётся сообщение:

где:

"DG" – разность в миллигалах между измеренным и табличным ускорением;

"Uпит" – напряжение питания гравиметра;

"Uак1" – напряжение аккумулятора 1;

"Uак2" – напряжение аккумулятора 2;

"Вкл/Откл" – состояние аккумуляторов подключен/отключен;

"Компьютер Вкл/Откл" – состояние одноплатного компьютера.

При дальнейших нажатиях на кнопку "Выбор" последовательно начинают мигать "Uак1", "Uак2", "Компьютер". Нажатием кнопки "Ввод" включается/выключается соответствующее устройство.

11 Правила хранения

гравиметр должна храниться в следующих условиях:

- температура воздуха от +5 до +30° С;

- относительная влажность воздуха до 85 % при температуре +25° С.

12 Транспортирование

Транспортирование гравиметра потребителю может осуществляться всеми видами транспорта при условии защиты от прямого воздействия атмосферных осадков и пыли. В процессе транспортирования не кантовать.

Приложение 1

Алгоритм управления нагревателями термостата

Система управления нагревателями термостата предназначена для поддержания постоянной температуры в термостате, содержащем чувствительный элемент лазерного гравиметра. Управление нагревателями осуществляется на основе измерений текущих значений температуры, поступающих на систему управления от платы измерения температуры.

Оба контура регулирования работают по следующему алгоритму:

1) С периодом 1 с производится считывание i-го целочисленного значения температуры .

2) Вычисляется производная:

3) Вычисляется выходной код регулирования:

,

где – целочисленная часть интегрального коэффициента, ограниченная 2-мя байтами.

4) Ограничивается значение выходного кода:

если , то ;

если , то ;

5) Вычисляется интегральный коэффициент:

Если или , то , иначе

6) Значение передается в блок формирования ШИМ-сигнала, который осуществляет формирование 16-битного ШИМ-сигнала с частотой 56 Гц.

При включении системы управления принимается и .

Приложение 2

Протокол обмена между платой управления и управляющим ПК

1. Обмен между платой управления (ПУ) и одноплатным компьютером (ОК) осуществляется по типу «ведущий-ведомый», где в качестве ведущего выступает ОК, а в качестве ведомого – ПУ.

2. Все данные между СУ и ОК передаются в виде пакетов, формат которых приведен в Таблице 1.

Таблица 1. Формат пакета 1

№ байта	Допустимое значение	Описание
0	0xA5	Идентификатор начала пакета
1	0xA5	Идентификатор начала пакета
2	1 – 4	Тип пакета: 1 – команда на выполнение 2 – подтверждение получения пакета 3 – сообщение об ошибке 4 – данные
3	0 – 0xFF	Номер команды (для пакетов команд, подтверждения и данных); Номер ошибки (для пакетов сообщения об ошибке);
4	0 – 0xFF	Количество байт данных (N)
5	0 – 0xFF	байт 1
…
N+5	0 – 0xFF	байт N
N+6	0 – 0xFF	Контрольная сумма 2, рассчитанная по значениям байт данных (N+6 – младший байт, N+7 – старший)
N+7	0 – 0xFF

Примечания: 1. Если данные в пакете отсутствуют (байт 4 равен нулю), передается только заголовок (байты 0…4).

2. Контрольная сумма представляет собой 2 младших байта суммы всех байтов данных (байты 5…N+5) пакета.

3. ОК посылает ПУ пакет 1-го типа (байт 2 = 1), содержащий код команды и ее параметры. Поддерживаемые команды и значения соответствующих байтов приведены в Таблице 2.

Таблица 2. Классификатор команд

№ п/п	Описание	Идентификатор начала пакета	Тип пакета	Код команды	Размер поля данных	Параметры команды	Тип ответ. пакета
байт 0	байт 1	байт 2	байт 3	байт 4	байт 5	байт 6	байт 7	байт 8	байт 9	байт 10

1	Передать данные GPS	A5	A5	01	01	00							4
2	Передать данные АЦП	A5	A5	01	02	00							4
3	Задать номинальную температуру digT0	A5	A5	01	03	04	№ канала (1, 2)	мл. байт	ср. байт	ст. байт	Контрол.	сумма	2
4	Считать значение digT0	A5	A5	01	04	01	№ канала (1, 2)	Контрол.	сумма				4
5	Задать коэффициент	A5	A5	01	05	03	№ канала (1, 2)	мл. байт	ст. байт	Контрол.	сумма		2
6	Считать значение	A5	A5	01	06	01	№ канала (1, 2)	Контрол.	сумма				4
7	Задать коэффициент	A5	A5	01	07	03	№ канала (1, 2)	мл. байт	ст. байт	Контрол.	сумма		2
8	Считать значение	A5	A5	01	08	01	№ канала (1, 2)	Контрол.	сумма				4
9	Задать коэффициент	A5	A5	01	09	03	№ канала (1, 2)	мл. байт	ст. байт	Контрол.	сумма		2
10	Считать значение	A5	A5	01	0A	01	№ канала (1, 2)	Контрол.	сумма				4
11	Задать коэффициент CI	A5	A5	01	0B	03	№ канала (1, 2)	мл. байт	ст. байт	Контрол.		2
12	Считать значение CI	A5	A5	01	0C	01	№ канала (1, 2)	Контрол.	сумма				4

* Передача пакетов данных начинается после отсылки пакета подтверждения

Принципиальная электрическая схема ПУ

4. В ответ на пакет от ОК ПУ может отсылать следующие пакеты:

а) пакет подтверждения (байт 2 = 2) для команд управления и команд записи данных. В 3-м байте передается номер команды, в ответ на которую посылается пакет. Данные в пакете подтверждения отсутствуют (байт 4 = 0).

б) пакет ошибки (байт 2 = 3) при возникновении нештатной ситуации. В 3-м байте передается код ошибки (см. Таблицу 3). Данные в пакете ошибки отсутствуют (байт 4 = 0).

Таблица 3. Классификатор кодов ошибок

№ п/п	Код ошибки (байт 3)	Описание
1	1	Неверный идентификатор пакета
2	2	Неверный тип пакета
3	3	Ошибка контрольной суммы данных
4	4	Неверное значение параметра команды

в) пакет данных (байт 2 = 4) для команд чтения данных. В 3-м байте передается номер команды, в ответ на которую посылается пакет. Формат поля данных (байты 5…N+5) различных пакетов данных, передаваемых СУ, приведено в Таблицах 4…6.

Таблица 4. Формат поля данных пакетов, передаваемых после получения команды «Передать данные АЦП»

№ байта	Значение
1	1-й канал АЦП температуры, 1-й байт (младший)
2	1-й канал АЦП температуры, 2-й байт
3	1-й канал АЦП температуры, 3-й байт
4	1-й канал АЦП температуры, 4-й байт (старший, = 0)
5	2-й канал АЦП температуры, 1-й байт (младший)
6	2-й канал АЦП температуры, 2-й байт
7	2-й канал АЦП температуры, 3-й байт
8	3-й канал АЦП температуры, 4-й байт (старший, = 0)
9	3-й канал АЦП температуры, 1-й байт (младший)
10	3-й канал АЦП температуры, 2-й байт
11	3-й канал АЦП температуры, 3-й байт
12	3-й канал АЦП температуры, 4-й байт (старший, = 0)
13	1-й канал АЦП наклона, 1-й байт (младший)
14	1-й канал АЦП наклона, 2-й байт (старший)
15	2-й канал АЦП наклона, 1-й байт (младший)
16	2-й канал АЦП наклона, 2-й байт (старший)

Таблица 5. Формат поля данных пакета, передаваемого в ответ на команду
«Считать значение »

№ байта	Значение
1	№ канала
2	1-й байт значения (младший)
3	2-й байт значения
4	3-й байт значения (старший)

Таблица 6. Формат поля данных пакета, передаваемого в ответ на команду
«Считать значение коэффициента X»

№ байта	Значение
1	№ канала
2	1-й байт значения коэффициента (младший)
3	2-й байт значения коэффициента (старший)