bigpo.ru
добавить свой файл
1
УДК ------


А.С.ДОЛНАКОВА, П.В.ЮХТА

ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», г. Санкт-Петербург


РАЗРАБОТКА БЛОКА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ RS-232 – сквт


Приведены результаты разработки блока преобразования RS-232 – СКВТ, осуществляющего взаимодействие цифрового интерфейса RS-232 с аналоговым каналом связи. Представлена структура блока преобразования, приведен алгоритм его функционирования. Путем моделирования эквивалентной электрической схемы блока показана его работоспособность. Выполнено проектирование печатной платы блока преобразования.


Введение

В устройствах автоматики и вычислительной техники десятилетие назад нашли широкое применение аналоговые информационные электрические машины, выполняющие различные функциональные преобразования механических и электрических величин. Наибольшее распространение среди электрических машин этой группы получили вращающиеся трансформаторы и сельсины [1].

В настоящее время в промышленности (судостроение, авиастроение) идет активная модернизация оборудования, при этом многие системы проходят углубленную переработку, результатом которой является создание нового аппаратного обеспечения, обладающего дополнительными полезными свойствами (сокращение габаритов, увеличение надежности, вычислительных возможностей и т.п.). Тем не менее, для ряда систем никакой модернизации не предусматривается, они остаются неизмененными, многие из подобных систем обмениваются данными по устаревшим аналоговым связям, например, по линиям синусно-косинусного вращающегося трансформатора (далее – СКВТ). В связи с этим задача сопряжения новых систем, обладающих цифровыми каналами обмена, со старыми «аналоговыми» системами является актуальной.

Характерный пример необходимости использования аналоговых интерфейсов связи приведен в данной работе. Для реализации аналогового обмена между радиодоплеровским лагом РДЛ-4 (далее – РДЛ-4) и системой управления движением требуется создание блока преобразования RS-232 – СКВТ, входящего в состав транслятора цифро-аналогового (далее – прибор ТЦА) изделия РДЛ-4. В приборе ТЦА должно быть два канала сопряжения СКВТ с цифровыми каналами связи.

Для реализации поставленной задачи потребовалась разработка блока преобразования интерфейса передачи данных RS-232 в интерфейс СКВТ. Этот блок осуществляет передачу информации о значении угла сноса или курса или значения скорости по последовательным интерфейсам в виде напряжения пропорционального значению синусу (косинусу) передаваемой величины.


Методика проектирования блока преобразования RS-232 – СКВТ

Исходя из технического задания, необходимо создать блок электронного аналога синусно-косинусного вращающегося трансформатора, который будет вырабатывать напряжение, соответствующее реальному СКВТ и иметь такие же фазовые сдвиги, какие дает СКВТ при вращении ротора. Функциональная схема электронного аналога блока преобразования RS-232 – СКВТ представлена на рис. 1.



Рис. 1. Функциональная схема блока преобразования RS-232 – СКВТ


Источник опорного напряжения выдает значение Uоп, которое поступает на трансформатор, на котором осуществлена гальваническая развязка блока с источником опорного напряжения потребителя. Далее с помощью фазового корректора искусственно сдвигаем фазу, как это происходит в реальном СКВТ.

Цифро-аналоговый преобразователь обрабатывает сигналы, выдаваемые микроконтроллером, и , который приходит от фазового корректора. В результате на выходе ЦАП получаем аналоговый сигнал синуса и косинуса. Каждая из этих составляющих поступает на усилитель мощности, работающий на потребителя.

В соответствии с функциональной схемой, представленной на рис. 2 разработана принципиальная электрическая схема.

В блоке преобразования RS-232 – СКВТ используются два цифровых интерфейса: RS-232 для обмена данными между устройствами и SPI для последовательного обмена данными между микросхемами.

Моделирование

Для проверки функционирования разработанного блока преобразования
RS-232 – СКВТ, воспользуемся программой для моделирования электронных схем и разводки печатных плат Circuit Design Suite NI Multisim 11.0.

Вид сигнала синуса и косинуса в зависимости от угла сноса (Ω = 30˚, sin(Ω)=0.5, cos(Ω)=0.866) проиллюстрирован на рис. 2, из которого видно, что с уменьшением значения синуса, его амплитуда становится больше, чем амплитуда косинуса.




Рис. 2. Сигналы синуса и косинуса при угле сноса Ω=30˚
1 – входной сигнал после микросхемы D2B, 2 – сигнал косинуса, 3 – сигнал синуса


Вид сигнала синуса и косинуса в зависимости от угла сноса (Ω = 90˚, sin(Ω)=1, cos(Ω)=0) проиллюстрирован на рис. 3. Из рис. 3 видно, что синус повторяет входной сигнал по фазе, а косинус равен 0.




Рис. 3. Сигналы синуса и косинуса при угле сноса Ω=90˚
1 – сигнал после микросхемы D2B, 2 – сигнал косинуса, 3 – сигнал синуса


Вид сигнала синуса и косинуса в зависимости от угла сноса (Ω = 160˚, sin(Ω)=0.342, cos(Ω)=0.939) проиллюстрирован на рис. 4.



Рис. 4. Сигналы синуса и косинуса при угле сноса Ω=160˚
1 – сигнал после микросхемы D2С, 2 – сигнал синуса, 3 – сигнал косинуса


Результаты моделирования показали, что схема работоспособная и функционирует согласно алгоритму работы реального СКВТ. Следующим этапом является процесс разводки печатной платы. Для этого использовался пакет программ Cadence Orcad.


Проектирование блока преобразования RS-232 – СКВТ

Для проектирования печатной платы блока преобразования использовался пакет программ Cadence Orcad. Графический редактор печатных плат Orcad Layout – средство расстановки компонентов на плате и прокладки наиболее критических цепей [3].

Поскольку составить стратегию разводку (указать необходимое расположение элементов, толщину проводников, зазор между проводниками) с использованием автоматической трассировки зачастую занимает столько же время, что и ручная трассировка, то целесообразно воспользоваться ручной трассировкой. При автоматической трассировке используется волновой алгоритм трассировки, ставится большее количество переходных отверстий, что является нежелательным.

Технологические нормы, предъявляемые при проектировании печатной платы:

  • минимальная ширина проводника – 0,3 мм;

  • максимальная ширина проводника –1,0 мм;

  • минимальное расстояние между проводниками и элементами печатного монтажа – 0,3 мм;

  • минимальный диаметр отверстия – 0,3 мм.

Плата является двухслойной, все элементы печатной платы расположены на верхнем слое.

При помощи программы для создания и доработки управляющих файлов для фотоплоттеров – Orcad GerbTool, которая автоматически создает список файлов для создания платы были разработаны данные для проектирования. Помимо файлов для создания платы, разработаны спецификация и сборочный чертеж, на котором указаны технические требования.

Для выполнения монтажа элементов блока преобразования разработаны сборочный чертеж и спецификация блока.

На основании изготовленной печатной платы смонтирован блок преобразования RS-232 – СКВТ ДНИЯ.468159.014, фотография которого представлена на рис. 5.



Рис. 5. Макетный образец блока преобразования RS-232 – СКВТ

Заключение

В ходе выполнения работы осуществлена разработка блока преобразования RS-232 – СКВТ. Разработана электрическая принципиальная схема блока, изучена современная элементная база радиоэлектронных компонентов и выбраны конкретные элементы исходя из требований к данному блоку, как составной части прибора.

Далее произведено моделирование эквивалентной электрической принципиальной схемы в пакете программ Circuit Design Suite NI Multisim. Результаты моделирования подтвердили, что схема является работоспособной и выдает необходимые показания.

Воспользовавшись пакетом программ Cadence Orcad, была произведена ручная трассировка печатной платы и получены файлы для создания печатной платы. Также был разработан сборочный чертеж печатной платы и чертеж печатной платы в AutoCAD для возможности ее создания.

На опытном образце блока преобразования RS-232 – СКВТ были произведены натурные испытания, подтверждающие его работоспособность и правильность выбранных технических решений.


Литература


  1. Баканов М.В., Информационные микромашины следящих и счетно-решающих систем (вращающиеся трансформаторы, сельсины) // М.В.Баканов, В.А.Лыска, В.В.Алексеев. - М.: «Советское радио», 1977. – 88с.;

  2. Афанасьев А.О. OrCAD 7.0…9.0. Проектирование электронной аппаратуры и печатных плат // А.О.Афанасьев, С.А.Кузнецова – СПб: Наука и Техника, 2001. – 464с.;

  3. Разевиг В.Д. Система проектирования цифровых устройств OrCAD. – М.: «Солон-Р», 2000. – 160с.;



Текст доклада согласован с научным руководителем.


_______________/к.т.н. А.И.Соколов ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»

Научный руководитель к.т.н., начальник отдела, Соколов Анатолий Игоревич.