Удаленный контроль массива датчиков

Басков М.П. - Москва, Левашов О.Д. - Брешия (Италия)

В статье представлена простая реализация контроля удаленного массива датчиков, имеющих бинарный выход («да – нет»). Датчики могут иметь различное назначение и конструкцию, важно, чтобы они имели либо релейный (контактный) выход, либо выход с открытым коллектором.

Авторы несколько лет используют представленную схему для контроля температуры, влажности и других параметров в оранжерее, удаленной от поста контроля на 50 метров. Система капельного автополива в оранжерее является общей для всех растений. Регулировка осуществляется индивидуальными дозаторами, которые довольно часто перестают работать из-за зарастания сопла кристаллами кальция, так как вода в местных источниках является сильно кальцинированой. Поэтому почти каждое растение снабжается индивидуальным датчиком влажности, срабатывающим при критическом высыхании почвы. Соединение концентратора с датчиками осуществляется двухпарным кабелем UTP категории 5е с медными жилами.

Для организации канала передачи данных использованы широко распространенные микросхемы энкодера и декодера серии HT12 фирмы HOLTEK. В технических описаниях микросхем (см. ссылки в конце статьи) приведены типовые примеры их применения.

Энкодеры HT12A и HT12E используют 12-разрядное адресное пространство, 4 старших разряда из которого используются для передачи данных. Отличие между этими микросхемами заключается в том, что на выходе HT12А последовательный код модулирует несущую частоту 38 кГц для использования в системах управления, имеющих инфракрасный канал связи.

Последовательный код на выходе HT12Е высокочастотного заполнения не имеет и для передачи данных нужен либо радиоканал, либо физическая линия.

Декодеры HT12D и HT12F также имеют существенные различия. Декодер HT12D использует 8-разрядное адресное пространство и 4-разрядный выходной регистр-защелку данных, то есть, полученные данные сохраняются до прихода новой порции данных. Это позволяет передать максимум 15 состояний объекта, отличных от исходного. Декодер HT12F использует 12-разрядное адресное пространство и единственный выход данных.

В предлагаемой вниманию читателей статье мы применили именно эту микросхему, используя для декодирования данных динамическое формирование адреса в старших разрядах, так как число датчиков в нашей системе существенно больше пятнадцати.

Принципиальная схема системы удаленного контроля массива датчиков изображена на Рисунке 1. Сверху – схема объекта, снизу – схема устройства контроля.

Удаленный контроль массива датчиков
Рисунок 1. Принципиальная схема системы контроля массива датчиков.

В схеме допущен ряд упрощений. Так, приоритетный шифратор «64 на 6» и дешифратор «6 на 64» показаны условными блоками; они выполнены по стандартным для отрасли схемам, неоднократно описанным в любительской литературе, например [1] и [2]. Индикация состояния датчиков представлена набором светодиодов.

Рассмотрим схему более подробно. Контроль состояния объекта осуществляется массивом датчиков, имеющих выходы с открытым коллектором. Низкий потенциал на выходе датчика сигнализирует об отклонении контролируемого параметра от нормы.

Срабатывание любого датчика приводит к изменению двоичного кода на выходе шифратора. Любая «лог. 1» в коде приводит к появлению на выходе инвертора DD1-1 низкого уровня, разрешающего энкодеру DD2 начать передачу данных.

Для контроля исправности канала связи в схему введен генератор на триггере Шмитта DD1-2, выходной сигнал которого – «меандр» с периодом 15 секунд.

Важное условие функционирование системы контроля. Выходной сигнал датчика должен быть продолжительным (более 10 секунд), то есть датчик не должен срабатывать и тут же возвращаться в исходное состояние. Это условие соответствует контролю «медленных» процессов – критическому изменению влажности, температуры и т.д.

Выходной сигнал энкодера DD2 с выхода VT1 в виде пачек последовательного кода поступает на вход передатчика TR – радиотрансивера или адаптера физической линии.

Переданный код принимается ресивером RS и обрабатывается декодером DD3, шесть старших битов адреса которого формируются динамически двоичными счетчиками DD4-1 и DD4-2.

Параллельно двоичный код подается на вход дешифратора «6 на 64», к выходу которого подключены светодиоды индикатора LED1 – LED63.

При совпадении принимаемого кода и адреса декодера на его выходе VT появляется высокий уровень, останавливающий счетчик DD4-1 и открывающий транзистор VT1, который, открываясь, подает низкий потенциал на катоды светодиодов LED1 – LED63, вследствие чего загорается светодиод с номером сработавшего датчика, который будет светиться до тех пор, пока не будет устранена причина аварии.

В отсутствие аварийной ситуации светодиод LED64, периодически вспыхивая, индицирует исправность канала связи. При обрыве линии светодиод LED64 постоянно выключен, а случае срабатывания любого из датчиков светится постоянно.

Единственным элементом системы контроля, нуждающимся в настройке, является генератор на триггере Шмитта DD4-1, частоту которого следует корректировать в процессе наладки. Лучше сразу установить многооборотный подстроечный резистор. Наивысшая частота генератора, при которой корректно выполняется сравнение динамически формируемого адреса с адресом, передаваемым по каналу связи, составляет 200 Гц. Причина в том, что каждый новый адрес сравнивается с переданным адресом трижды, и лишь после этого происходит подтверждение корректности адреса.

Относительно медленная реакция на изменение состояния объекта, составляющая около 2 секунд, не является недостатком системы контроля, а ее свойством, определяющим сферу применения.

Если число датчиков в системе меньше 32, можно существенно упростить схемы шифратора и дешифратора, а также увеличить скорость реакции на срабатывание датчиков.

  1. Datasheet Holtek HT12A/HT12E
  2. Datasheet Holtek HT12D/HT12F
  3. Datasheet Texas Instruments CD4049BE
  4. Datasheet Texas Instruments CD4093BE
  5. Datasheet Texas Instruments CD4520BE

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 129
сейчас смотрят 12
представлено поставщиков 595
загружено
позиций
25 067 862