УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВНЕШНЕЙ НАГРУЗКОЙ ПО ЗВУКОВОМУ КАНАЛУ КОМПЬЮТЕРА

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВНЕШНЕЙ НАГРУЗКОЙ ПО ЗВУКОВОМУ КАНАЛУ КОМПЬЮТЕРА
Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к программируемым реле времени и может быть использована для автоматизации проведения экспериментов или технологических процессов, требующих включения-отключения оборудования в различное время суток по сложному алгоритму на любое заданное время в диапазоне от долей секунд до нескольких суток.
Для управления внешней нагрузкой промышленностью выпускаются электромеханические или цифровые таймер-розетки, но они не способны обеспечить достаточную точность выдержки времени, не работают в секундном диапазоне (дискретность задания длительность включения-отключения - не менее 1 минуты) и требуют обязательного наличия сетевого напряжения. Для работы в диапазоне от долей секунд до единиц секунд известны реле времени на базе времязадающих устройств с микросхемой-таймером [1]. Основным недостатком данного реле является узкий диапазон рабочего времени и принципиальная невозможность его расширения, а также низкая точность выдержки заданного времени при частых срабатываниях.
Наиболее близким прототипом к заявляемой полезной модели служат специализированные системы сопряжения компьютера с внешними устройствами, использующими программу управления по СОМ или LPT портам [2, 3], однако в современной портативной компьютерной технике (нетбуки, ноутбуки) нет данных портов. Поскольку использование стационарного компьютера не всегда удобно для решения подобных задач, приходится приобретать специальные дорогостоящие внешние карты или переходники с виртуальным СОМ или LPT портом, которые требуют дополнительной установки драйверов, настройки программного обеспечения и обслуживания. Данные устройства, как правило, подключаются к USB-порту, программирование управления  которым представляет собой отдельную сложную задачу для профессионального программиста.
Анализ уровня техники показал, что существует необходимость в разработке недорогого устройства для управления внешними нагрузками от компьютера с простой программой управления, обладающей высокой степенью адаптивности к любой операционной системе, типу компьютера и разработка которой будет доступна для пользователя с начальными навыками программирования.
Цель полезной модели - максимальное упрощение и удешевление устройства управления внешней нагрузкой по команде с компьютера.
Поставленная цель достигается тем, что устройство управления внешней нагрузкой по команде с компьютера, содержащее компьютер с программой управления и портом вывода сигналов управления, интерфейс связи компьютера с исполнительным устройством и исполнительное устройство управления для включения/отключения внешней нагрузки выполнено таким образом, что в качестве программы управления используют базовые команды управления звуковой картой, в качестве порта вывода сигналов управления применяют стереозвуковой выход на наушники, в интерфейс связи включена триггерная схема коммутации исполнительным устройством управления внешней нагрузкой при этом программа управления подает по одному из звуковых каналов импульсы запуска работы исполнительного устройства, а по другому - импульсы сброса работы исполнительного устройства, служащие одновременно звуковым сигналом окончания заданного компьютером времени отключения-включения нагрузки.
Структурная схема устройства изображена на фигуре 1. Устройство управления внешней нагрузкой от компьютера включает портативный компьютер (нетбук или ноутбук) 1 с программой управления звуковыми каналами и разъемом 2 стерео-выхода на наушники; интерфейс связи компьютера с исполнительным устройством 3 и исполнительное устройство 4 включения/отключения внешней нагрузки 5, усилитель 6 и динамическую головку (зуммер) 7.
Устройство работает следующим образом. По команде программы управления звуковыми каналами подается короткая пачка импульсов звуковой частоты на какой-либо один звуковой канал (например, на левый), который служит каналом включения внешней нагрузки. Импульсы «пуска» подаются на вход запуска триггерной схемы коммутации исполнительным устройством 3 управления внешней нагрузкой Импульсы переключают (защелкивают) триггер на положении логической «1», в результате чего исполнительное устройство 4 управления внешней нагрузкой 5 срабатывает на включение внешней нагрузки. В положении «включено» внешняя нагрузка пребывает до тех пор, пока компьютерная программа не подаст по другому каналу (например, правому), который служит каналом отключения внешней нагрузки пачку импульсов звуковой частоты. Импульсы подаются на вход сброса триггерной схемы коммутации исполнительным устройством. Импульсы «сброса» переключают триггер на положение «отключено», в результате чего исполнительное устройство управления внешней нагрузкой 4 срабатывает на отключение внешней нагрузки 5. В положении «отключено» внешняя нагрузка пребывает до тех пор, пока компьютерная программа не подаст сигнал запуска и т.д. Сигналы сброса, длительность которых задается в пределах 1-2 секунд усиливаются усилителем 6 и подаются на динамическую головку 7, служат звуковой индикацией окончания работы..
Устройство отличается от аналогов дешевизной и простотой исполнения как электронных узлов управления, так и программного обеспечения. Поскольку при создании управляющей программы используются стандартные команды управления звуковой картой, они хорошо согласуются со всеми операционными системами, программа не требует специальных дополнительных драйверов. Так как звуковой стерео-выход есть на компьютерах всех типов, начиная от настольных, заканчивая нетбуками, планшетами и мобильными телефонами, то внешняя нагрузка по заданной программе может управляться фактически любыми цифровыми устройствами, имеющими звуковой стерео-выход на наушники. Программу можно разработать не только для управления длительностью времени между посылками стробов «запуск-сброс», но и задавать суточное и календарное время активации команд, что позволяет реализован, довольно сложные алгоритмы управления внешней нагрузкой. Для расширения числа каналов управления можно использовать посылки различной частоты (на каждый канал управления - своя определенная частота), а в интерфейс связи вводить или дополнительный селективный фильтр или преобразователи «частота-напряжение» или «частота-двоичный код».
Пример. Устройство на базе нетбука использовалось для управления включением отключением излучения полупроводникового лазерного модуля в оборудовании, предназначенном для лазерного облучения растительных объектов и оценки их функционального состояния. Для реализации длительности экспозиций от долей секунды до нескольких часов, использовалась компьютерная программа посылки по левому каналу ЛЗ стробы запуска длительностью 20 мс и частотой 1 кГц, а по правому каналу ПС стробы сброса длительностью 2 секунды и частотой 4 кГц. Сигналы «запуска-сброса» через стерео-разъем выхода на наушники поступали на плату интерфейса связи компьютера с исполнительным устройством. Интерфейс связи состоит из оптронной пары гальванической развязки сигналов управления с силовой частью схемы на транзисторных оптронах VU1 и VU2, инверторов D1.1 и D1.2, триггера D2.1 и транзисторного ключа VT1 для управления герконовым реле РЭС64А (фиг. 2). Для питания схемы необходимо постоянное напряжение 5 вольт, которое может быть получено по свободному USB-порту от компьютера или от сетевого адаптера. Сигналы «пуска» переводят инвертирующий выход триггера в состояние с активным низким уровнем, которое через транзисторный ключ на p-n-p транзисторе КТ361Д и катушку реле К1 замыкает контакт К1.1 подачи напряжения питания на лазерный полупроводниковый модуль L1. К левому стерео-каналу подсоединен еще один транзисторный ключ VT2 с выходом на динамическую головку НА1. Двухсекундная длительность строба сигнала сброса достаточна для того, чтобы он служил также и для оповещения оператора об окончании заданного цикла облучения.
6
Заявляемое устройство позволяет формировать сигналы управления включением - отключением внешней нагрузки в диапазоне от 30 мс до 45⋅10 секунд с точностью установки ±1 мс.
Литература
1. Полезная модель №145013. Реле времени / авторы: Шестаков А.Е., Прихно А.С. - Заявка: 20141004 16/07 от 09.01.2014.
2. Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC. - М.: Эком, 1998. - 224 с.
3. Смит Д. Сопряжение компьютеров с внешними устройствами. Уроки реализации. М.: Мир, 2000. - 266 с.