Применение радиопередатчиков в дистанционных следящих электроприводах

УДК 621.13.13

И. Ю. МУЛЛИН, А. О. ХОЛЯВКО

ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ В ДИСТАНЦИОННЫХ СЛЕДЯЩИХ ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ

Рассматриваются способы передачи данных посредством радиоканала и обработка их сигнала с помошью бортового микроконтроллера. Описывается принцип работы радиомодуля, его устройство и перспективы его применения в электроприводах и системах автоматизации. Анализирутся программы передачи данных.

Ключевые слова: микроконтроллер, обратная связь, радиопередача, уровень напряжения.

При использовании длинных проводных связей на подвижных механизмах (кранах) ухудшается качество передаваемого сигнала, снижается надёжность системы, возникает возможность обрыва проводов - всего этого можно избежать при применении радиомодуля, имеющего на борту микроконтроллер и датчик интересующей нас информации. Применение радиопередатчиков может быть адаптировано для различных приложений и задач. Микроконтроллер, управляющий работой радиомодуля, позволит модифицировать систему управления без механических вмешательств и изменений схемы системы управления только за счёт изменения программы. Длительное время автономной работы радиопередатчиков за счёт сверхнизкого энергопотребления позволит сократить сервисные расходы.

AIR BoosterPack CC110L (рис. 1) - устройство, имеющее на борту радиомодуль LR09A и микроконтроллер MSP430G2553, управляющий работой радиомодуля и обрабатывающий входящие и исходящие сигналы. Оно позволяет добавить в цепь датчик ускорения по трём осям. При изменении показателей датчика микроконтроллер отправляет сигнал на радиомодуль, который отсылает сигнал на аналогичный базовый радиомодуль, микроконтроллер которого фиксирует изменения, проводит над ними математические операции и с помощью бортового ЦАП посылает сигнал на силовой блок системы управления электроприводом.

Этот радиомодуль может может быть применён в системах управления электроприводами

© Муллин И. Ю., Холявко А. О., 2013

грузоподъёмных механизмов, системами автоматизации дома, сбора данных об атмосферных изменениях, коммерческих системах контроля климата, уровня воды в водохранилищах и прочих приложениях.

Принцип работы радиомодуля

AIR BoosterPack - энергосберегающий беспроводной передатчик, предназначенный для использования в паре с платой MSP-EXP430G2 LaunchPad. В основе лежит устройство CC110L с бортовым радиочипом A110LR09A с интегрированной антенной, которая может быть настроена в диапазоне от 868 до 570 МГц для приложений, территориально находящихся в Европе.

Помимо стандартного применения, которое демонстрирует принцип работы радиомодулей и использования платы MSP-EXP430G2 LP, есть возможность создать собственный дизайн имеющейся платы, разместив на ней все необходимые SMD резисторы, конденсаторы, кнопки и светодиоды на так называемой площадке прототипов. Подключив устройство к источнику питания (достаточно использования двух батарей формата АА для долгосрочной работы), можно получить независимый датчик или любое другое приложение.

При использовании заявленного микроконтроллера появится возможность взаимосвязи нескольких датчиков, используя различные типы соединения (точка - точка, точка - мультиточка и т. д). Каждый из радиомодулей сети будет иметь свой идентификатор, по которому он определяется в радиосети.

Для того чтобы задать радиомодулю инструкцию по его алгоритму работы, необходимо запрограммировать микроконтроллер. Это можно выполнить с помощью написания программы на ассемблере, либо используя программные среды, предоставляемые изготовителем - Code Composer Studio или IAR Embedded Workbench.

Рис. 1. AIR BoosterPack CC110L в паре с MSP-EXP430G2 LaunchPad

<D  ©

* Ulnaren il

а [Ж)СЖЭ СЖЗ [Ж] nisn < I

О * СЖЗ ЕЖ] СМИ СЮ •• • '

О * СКЭ CXD СЖ1 ГШ ' -

о * ас еж) сжз гш ™if "

О (ЖЭСШГШГШ ÎÏ " о ГШ CK] DD СИЗ . г

о ГШ ГШ ГШ СШ •• Т

Рис. 2. AIR BoosterPack CC110L. 1 - AIR радиомодуль; 2 - площадка для сигнальных перемычек; 3 -прототипная площадка; 4 - места посадки для свето-диодов; 5 - место для кнопки; 6 - указатель местоположения; 7 - площадка для установки микроконтроллера; 8 - контакты для внешнего питания

Рис. 3. Устройство беспроводного сенсора и собиратель энергии bq25504

Каждая из них имеет свои особенности, однако многими пользователями в сети отмечено, что использование программной среды от IAR для программирования рассматриваемого модуля более целесообразно.

При рассмотрении различных применений радиомодуля было найдено интересное техническое решение. Автор [3] описал способ сбора информации о напряжении на солнечных панелях посредствам трёх плат разработок, трёх радиомодулей, трёх заявленных микроконтроллеров и двух плат с солнечными панелями (рис. 3).

Принцип работы: солнечные батареи вырабатывают ЭДС, значение которой поступает на компьютер, который ведёт учёт изменения напряжения на панелях. Так же в микроконтроллере MSP430 имеется встроенный тепмературный датчик.

Полученную информацию можно использовать в статистике, в системах контроля освещённости и климатических условий в различных помещениях, а также в метеорологических целях.

Рассматривая программный код представленного примера и адаптировав его на применение датчиков ускорения, а принимающий радиомодуль на подачу управляющих импульсов на транзистор, можно создать информационную часть системы управления электроприводом (табл. 1).

Выводы

Изучение микроконтроллеров и построенных на их базе плат расширения раскрывает перед инженерами по автоматизации большие возможности по регулированию электроприводов и других систем, где требуется автоматическое управление с передачей данных по радиоканалу.

Большой интерес в настоящее время представляют микроконтроллеры компании Texas Instruments, которые отличаются удобством программирования, широкой базой плат расширения, большого количества технической документации и примеров различных проектов. При программировании микроконтроллеров с кодом, не превышающим размер в 16 KB в среде Code Composer Studio, не требуется приобретение платной лицензии. Этого объёма более чем достаточно для рассматриваемых приложений.

Основные характеристики устройств

Таблица 1

MSP430G2553IN20

AIR BoosterPack œ110L

ADXL325BCPZ-RL7

Вид монтажа: Through Hole; Встроенный в чип АЦП: да; Частота: 16 MHz; Доступные

аналоговые/цифровые каналы: 8;

Интерфейс: I2C, IrDA, SPI, UART;

Количество линий

ввода/вывода: 16; Количество таймеров: 2; Рабочее напряжение питания: 1.8 В ... 3.6 В; Рабочий диапазон температ-рур: -40оС ... +85оС; Размер ОЗУ: 512 B; Размер памяти программ: 16 Кб;

Разрядность АЦП: 10 бит; Серия процессора: 2 Series; Тактовая частота

максимальная: 16 МГц; Тип корпуса: PDIP-20; Таймер: 2 шт. 16-бит Тип памяти программ: Flash; Шина данных: 16 бит; RoHS: да.

Программируемая выходная мощность: +12 dBm; Чувствительность приемника: -116 dBm (при 0.6 Кб/с); Программируемая скорость передачи данных: 0.6 кбит/с ... 600 кбит/с;

Поддерживаемые виды модуляции: 2-FSK, 4-FSK, GFSK и OOK;

Питание 1.8.3.6 В; Низкое энергопотребление; SPI интерфейс между RF модулем и MSP430;

Площадка для макетирования; Посадочные площадки для микроконтроллера, кнопки включения и светодиодов для автономного режима работы; Соответствие RoHS и REACH; Соответствие ETSI и FCC/IC сертификат;

Топология сети - звезда

Максимальгое ускорение:

± 5Е;

Оси: ХУ2; Нелинейность: 0.2%; Чувствительность: 174

мВ^;

Частота среза: 1600 Гц; Рабочее напряжение питания: 1.8 В ... 3.6 В; Номинальный ток

потребления: 0.35 мА; Рабочий диапазон

температур: -40 ...+85°С; Корпус: LFCSP-16.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Муллин, И. Ю. Ограничение раскачивания груза крановых электроприводов / И. Ю. Муллин, А. О. Холявко // Вестник УлГТУ. - 2012.— №4. — С. 50.

2. Муллин, И. Ю. Крановый электропривод с вычислением угла раскачивания груза / И. Ю. Муллин, А.О. Холявко // Вестник УлГТУ. — 2013. — №1.

3. Sankman Joey. Wireless Sensor Network + bq25504 Energy Harvesting BoosterPack for Laun-chPad. http://e2e.ti.com/ (дата обращения 03.06.2013).

4. Users Manual CC110L AIR Module BoosterPack. © Anaren, Inc. www.anaren.com

5. Datasheet MSP430G2554. © Texas Instruments, Inc. www.ti.com (дата обращения 03.06.2013).

Муллин Игорь Юрьевич, ассистент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» энергетического факультета УлГТУ. Имеет 32 публикации, автор 5 изобретений.

Холявко Артур Олегович, студент Ульяновского государственного технического университета по специальности «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов». Имеет 4 научных публикации.