Е. В. КРУГЛОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
УНИВЕРСАЛЬНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
Рассмотрена концепция построения универсальной системы управления на элементной и программной базе, не требующей приобретения коммерческих лицензий.
Между аналоговыми и цифровыми системами существует достаточно большой класс систем, которые можно охарактеризовать как аналоговые системы с цифровым контролем. Для реализации таких систем управления, как правило, подходят низкочастотные (до 20 МГц) и низко разрядные (8 бит) контроллеры. В качестве интерфейса приема передачи данных между такой системой и внешней системой управления достаточно хорошо подходит USART. Он аппаратно поддерживается почти всеми представителями упомянутого выше класса контроллеров, стыкуется через преобразователь уровней с COM портом компьютера. Хотя, в последнее время COM порт становится редкостью для такого класса компьютеров как NOTEBOOK, этот недостаток легко устранить, используя аппаратный преобразователь протокола USB-USART. Также, если устройство используется в медицинских целях где имеется непосредственный контакт с человеком (например, кардиограф), между компьютером и системой управления необходимо установить гальваническую развязку, т. к. блок питания компьютера не удовлетворяет стандарту электробезопасности.
Обозначенную систему можно схематически представить следующим образом:
В данную концепцию также легко укладывается реализации функции управления питанием устройства, принцип достаточно прост, часть системы, а именно преобразователь протокола, микросхема памяти, «внешняя» часть гальванической развязки и маломощное твердотельное реле, начинают потреблять энергию от USB шины при подсоединении кабеля к компьютеру. Далее, по команде компьютера, срабатывает маломощное твердотельное реле. Оно коммутирует мощные твердотельные реле, которые отвечают за подачу питания от сети энергоснабжения к блоку питания прибора.
Теперь, когда задача структурного синтеза системы решена, предложим следующий вариант параметрического синтеза по каждому из блоков в отдельности.
В настоящее время на задачу параметрического синтеза оказывает влияние тот факт, что для использования некоторых компонентов, особенно для которых необходимо программное обеспечение, требуется приобретение коммерческих лицензий от фирмы производителя.
Исследования рынка в данной области позволило оптимизировать набор компонентов, отдав предпочтение следующим:
- 8Bit –RISC контроллер от фирмы Atmel с архитектурой AVR – обладает достаточно богатой периферией, вплоть до встроенного графического ЖКИ драйвера и имеет аппаратную поддержку большинства распространенных интерфейсов. Среда разработки приложений доступна бесплатно на сайте компании.
- Преобразователь протоколов – микросхема FT232BM от компании FTDI. Для оптимизации программного обеспечения на работу с этой микросхемы, компания производитель предоставляет два типа драйверов: имитатор COM порта и набор DLL библиотек для подключения к произвольному программному обеспечению.
- Гальваническая развязка предназначена для обеспечения норм электробезопасности по 1 или 2 классу. Развязки компании Analog Devices ADuM1402 и ADuM2402 удовлетворяют данным требованиям, обеспечивая напряжение изоляции 3000В и 6000В соответственно и скорость передачи до 100 MBit/s.
- Маломощное твердотельное реле, также является гальванической развязкой между компьютером и прибором, соответственно, она также должна отвечать требованиям электробезопасности. В качестве реле можно выбрать оптопару КР1010 с напряжением изоляции 5000В.
Таким образом, решив задачу структурного и параметрического синтеза, на выходе получаем оптимизированную и легко реализуемую систему на современной элементной базе.
