Пропонований модуль можна використовувати спільно з лабо раторно блоками харчування для захисту їх навантаження від перевищення шення напруги і струму понад встановлені межі.
Описи подібних пристроїв неодноразово публікувалися, прикладом може бути стаття «Удосконалений цифровий пристрій захисту з функцією вимірювання» ( «Радіо», 2007, № 7, с. 26-28, автор Н. Заєць), в якій розповідається про прилад подібного призначення на мікроконтролері PIC16F873 з двухразрядного семіелементним світлодіодним індикатором. На відміну від нього, пропонований модуль побудований на мікроконтролері ATmega8535L-8PU і РКІ, що містить чотири рядки по 16 символів.
Спочатку я припускав використовувати для вимірювання струму диференційний вхід АЦП мікроконтролера з вбудованим попереднім підсилювачем. Однак перевірка виявила нестабільність такого виміру. Застосування ОУ в вузлі вимірювання струму також визнано недоцільним з тієї ж причини. Був обраний компромісний варіант вимірювання струму двома каналами АЦП при порівняно великому опорі резисторів-датчиків струму.
Перший канал, який використовує датчик струму опором 0,5 Ом, вимірює струм до 1 А з дискретністю 10 мА. Другий канал здатний вимірювати струм до 5 А з дискретністю 0,1 А за допомогою датчика струму опором 0,05 Ом. Напруга прилад вимірює з дискретністю 0,1 В.
Час спрацювання захисту в основному залежить від тактової частоти АЦП (125 кГц). Розрахункова і підтверджена за допомогою осцилографа тривалість аналого-цифрового перетворення - 110 мкс. На вимір і напруги, і струму мікроконтролер витрачає 220 мкс плюс сумарна тривалість виконання команд перемикання. При тактовій частоті мікроконтролера 8 МГц вони виконуються за 3,7 мкс.
Свою лепту в збільшення часу спрацьовування захисту можуть внести процедури виведення інформації на індикатор. Програма звертається до нього кожні 0,28 с (задано константою TimeDisp). На висновок інформації вона витрачає 4 мс (виміряно осциллографом). Відлік часу ведуть два лічильника, перший з них програма інкрементує в кожному циклі вимірювання, а другий підраховує переповнення першого. Після досягнення вмістом другого лічильника значення зазначеної вище константи відбувається висновок інформації на індикатор.
Імовірність, що аварійна подія відбудеться протягом часу обслуговування індикатора, зменшується при збільшенні періоду звернень до індикатора. Якщо потрібна мінімальна затримка спрацьовування, слід заборонити програму поводження до індикатора. Такий режим передбачений.
Керують пристроєм за допомогою семи кнопок, вимикача і енкодера з кнопкою. Використання енкодера спрощує введення інформації в мікроконтролер. Індикатор на 64 знакомісця істотно підвищує можливості інформування користувача про стан пристрою.
Порівняно великий обсяг програми обумовлений наявністю в ній численних текстів повідомлень, що виводяться на індикатор. Крім виведення візуальної інформації, передбачена і звукова сигналізація спрацьовування захисту.
До статті додаються два варіанти програми. Перший (початковий текст Modul-Р & М4.asm, завантажувальний файл Modul-Р & М4.hex не передбачає збереження встановлених значень порогів спрацьовування захисту в незалежній пам'яті мікроконтролера. Після включення харчування або примусової установки мікроконтролера в початковий стан ця програма запише в регістри порівняння максимально допустимі значення.
У другому варіанті програми (вихідний текст Modul-Р & М-EP.asp, завантажувальний файл Modul-Р & М-EP.hex) встановлені значення порогів при виключенні живлення зберігаються в EEPROM. При наступному включенні програма їх відновлює.
Схема модуля показана на рис. 1. Перший канал вимірювання струму утворюють резистори-датчики струму R12, R14, підлаштування резистор R16 і несиметричний вхід АЦП ADC1, другий канал вимірювання струму - це резистори R11, R13, підлаштування резистор R15 і несиметричний вхід АЦП ADC3. Навантаження першого каналу підключають між плюсовим зажимом захищається джерела і затискачем «-Uвих1, а другого каналу - між тим же затискачем джерела і затискачем« -Uвих2. Частина напруги джерела з затиску «+ U" через дільник напруги, утворений постійним резистором R18 і підлаштування резистором R17, надходить для вимірювання на несиметричний вхід АЦП ADC4.
Мал. 1
Підлаштування резистори R15-R17 використовують при налагодженні для установки на індикаторі HG1 показань напруги і струму по зразковим приладам. Кожен з транзисторних ключів, що роз'єднують при необхідності навантаження і контрольований джерело, складається з потужного польового транзистора і керуючого їм біполярного транзистора. Тут можуть бути застосовані польові транзистори з граничною напругою 2 ... 5 В.
Короткочасна спалах світлодіода HL1 при включенні харчування (установці в початковий стан) викликана тим, що після цього висновки мікроконтролера деякий час знаходяться в високоімпедансних стані. В результаті по ланцюгу плюс харчування - світлодіод HL1 - резистори R2, R7 - емітерний перехід VT4 - діод VD3 - загальний провід (для каналу 1) протікає імпульс струму. З аналогічної причини спалахує і світлодіод HL2.
При роботі модуля одночасно з включенням каналу загоряється відповідний світлодіод: канал 1 - НL1, канал 2 HL2.
Для установки порогів спрацьовування захисту по струму і напрузі служить енкодер S1. Передбачена звукова сигналізація спрацьовування захисту по напрузі або току. Для цього служить вузол з підсилювача на транзисторі VT5 і електромагнітного випромінювача звуку НА1.
РКІ HG1 працює з восьмирозрядного шиною даних, утвореної лініями порту В мікроконтролера. На його екран програма виводить інформацію про виміряних значеннях напруги і струму, режимах роботи пристрою.
Після включення живлення або установки мікроконтролера в початковий стан модуль переходить в режим очікування. Обидва канали закриті, вимір напруги і струму не проводиться. Підключіть регульований джерело напруги до затискачів «+ U» і «-UBX«, а навантаження - до затискачів «+ U» і «-Uвих1«. Вибравши натисканням на кнопку SB3 перший канал, підлаштування резисторами R16 і R17 добийтеся збігу показань модуля і зразкових амперметра і вольтметра. Натиснувши на кнопку SB2, поверніться в режим очікування.
Потім підключіть навантаження до каналу 2 (затискачів «+ U» і »-Uвих2"), виберіть натисканням на кнопку SB4 другий канал і підлаштування резистором R15 добийтеся збігу показань РКІ і зразкового амперметра.
Натиснувши на кнопку енкодера, виберіть його для установки порогів спрацьовування захисту по напрузі і струму. Обертанням енкодера задайте необхідний поріг струму в одному з каналів і натисканням на кнопку SB6 (канал 1) або SB7 (канал 2) запишіть це значення в регістр порівняння мікроконтролера. Встановлювати в каналі 1 поріг спрацьовування захисту вище 1 А програма забороняє і при спробі зробити це виводить на РКІ відповідне попередження. Натискання на кнопку SB5 записує в регістр порівняння поріг захисту від перевищення напруги.
Після запису всіх порогів, натиснувши на кнопку SВ2, поверніть модуль в режим очікування. Перевірте роботу захисту перевищенням встановлених порогів по напрузі і струму. При її спрацьовуванні буде поданий звуковий сигнал, а на РКІ виведена інформація про те, що сталося. Одночасно згасне світлодіод каналу, в якому відбулося спрацьовування.
Після спрацьовування захисту можливі два варіанти подальших дій: натисканням на кнопку ЕВ2 повернутися в режим очікування або, натиснувши на кнопку енкодера, увійти в режим установки порогів. У другому випадку в регістри, що використовуються в підпрограмі обслуговування енкодера, будуть скопійовані поточні значення з регістрів порівняння, що прискорить установку нових значень.
У робочому режимі модуля натисканнями на кнопки SB5-SB7 можна записати в регістри порівняння поточні значення напруги або струму включеного каналу, збільшені на дві одиниці молодшого розряду.
Включають швидкодіючу захист вимикачем SА1, попередньо встановивши необхідні значення напруги, струму і порогів. Відповідна інформація виводиться на РКІ.
Мал. 2
Друкована плата модуля зображена на рис. 2, розташування елементів на ній - на рис. 3. Всі контактні площадки для підключення кнопок, енкодера, світлодіодів, РКІ і подачі живлення розташовані з кроком 2,54 мм на краях плати. При бажанні можна підключити зовнішні компоненти і харчування через штирові багатоконтактні роз'єми. Підсвічування індикатора зважаючи на великий (до 220 мА) споживаного струму запитана безпосередньо від блоку живлення через вимикач SА2. Підлаштування резистор регулювання контрастності R20 краще винести на одну з стінок корпусу. Ділянки друкованих провідників, по яких протікає струм навантаження другого каналу, необхідно умощ- нитка, напаяти поверх них дроту діаметром 1 мм.
Мал. 3
На платі досить місця для установки, при необхідності, теплоотводов для транзисторів VT1 і VT2. Мікроконтролер ATmega8535L-8PU можна замінити на ATmega8535-16PU або один з того ж сімейства з індексами PI, а РКІ DV-16400S1F-BLY-H / R на WH-1604A-YGH-CT або інший русифікований четирёхстрочний з контролером, сумісним з KS0066U. Замість електромагнітного випромінювача звуку HC0905F підійде НСМ1212А. Зазначені на схемі діоди GS1A (VD2 і VD3) - аналоги діодів 1N4001 у виконанні для поверхневого монтажу.
Підлаштування резистори R15-R17 - багатооборотні імпортні 3266W опором від 100 до 500 Ом (R15, R16) і не менше 500 Ом (R17). Можлива заміна підлаштування резисторів делителями з двох постійних резисторів, що підбираються при налагодженні.
Резистори R12, R14 - МОН-0,5, які можна замінити імпортними CF-50 або CF-100. Резистори R11, R13 - SQP потужністю 3 Вт. Обмеження вимірюваного струму значенням 5 А викликано занадто
сильним нагріванням цих резисторів при більшому струмі. При заміні їх більш потужними, наприклад, дротяними KNP-500 або KNP-600, можна вимірювати струм до 9,9 А без змін у програмі.
Для живлення модуля автором застосований трансформаторний блок живлення від відеоплеєра. Напруга +12 В знято з входу інтегрального стабілізатора напруги +5 В.
Модуль зібраний в корпусі від комп'ютерного блоку живлення потужністю 300 Вт. Все старе вміст корпусу видалено, задня стінка вирізана. Її залишки утворюють рамку, до якої прикріплено гвинтами М3 нова пластмасова передня панель модуля. Його вигляд з боку цієї панелі показаний на рис. 4.
Мал. 4
Програма мікроконтролера створена в середовищі розробки AVR Studio 4. Конфігурація мікроконтролера ATmega8535L для роботи з внутрішнім RC-генератором на частоті 8 МГц повинна відповідати таблиці. 
Я використовую в роботі регульований блок живлення, виготовлений в 80-х роках, і бувають випадки перегріву регулюючого транзистора П210 з подальшим зростанням вихідної напруги. Це сталося і при спільній роботі з описаним модулем захисту. Модуль спрацював, як годиться, відключив напругу, подав звуковий і світловий сигнали, вивів на РКІ відповідну інформацію.
завантажити програми мікроконтролера
Автор: Н. Салім, м Ревда Свердловської обл.
Джерело: Радіо №10,2016
