Счетчик времени работы

Лет этак 30-50 назад практически на все промышленное оборудование велись формуляры, где указывалась наработка оборудования в часах. Во многой аппаратуре стояли счетчики наработки, которые начинали считать, как только оборудование включалось в сеть. Сейчас уже мало кто ведет формуляры, а счетчики наработки часов вообще исчезли. Но необходимость в них все-таки иногда возникает. Решить эту проблему и предназначена описанная в статье схема.

В настоящее время большинство оборудования постоянно включено в сеть и находится в "дежурном" режиме. При использовании классического счетчика наработки время в "дежурном" режиме будет учитываться наравне с "рабочим". Но чаще всего интересует именно время работы оборудования. Это касается и станков лазерной резки, и фрезерных станков и прочего оборудования. Ведь износ инструмента и оборудования происходит не в "дежурном" режиме, а именно при работе. Но и знать время нахождения оборудования в "дежурном" режиме тоже не помешает. Исходя из этого была разработана схема, ведущая учет работы нагрузки как в "дежурном", так и в "рабочем" режимах.

Схема устройства приведена на рисунке.

Лампы L1 и L2 с кнопками имитируют нагрузку, то есть оборудование, у которого ведется учет времени работы. Узел на элементах D1,D2, R1 служит для измерения протекающего тока. Чем больше ток, тем больше падение напряжения. Верхний порог ограничен напряжением падения на диодах и составляет примерно 0,7 Вольта. Конечно, можно и даже нужно использовать специализированные микросхемы например ACS712. Но на момент, когда возникла идея, у меня этих микросхем не было, да и до сих пор их приходится выковыривать с модулей для ARDUINO. Отдельно в продаже, по крайней мере у нас, этих микросхем нет. Но вернемся к схеме. Напряжение на D1, D2, R1 подается на АЦП микроконтроллера. Эти данные уже обрабатываются микроконтроллером. Информация выводится на семисегментных индикаторах. Питается устройство от однополупериодного выпрямителя, реализованного на гасящем резисторе, 2-х диодах и электролитическом конденсаторе. Почему 2 диода? Сигнал после первого диода служит для синхронизации момента измерения напряжения на D1, D2, R1 и для подсчета времени работы. Поэтому его нельзя сглаживать посредством конденсатора, он должен быть импульсным. Как видно в схеме ничего неординарного нет. Стандартный набор: датчик - микроконтроллер - индикация - блок питания. 

Работает устройство следующим образом. Первоначально надо указать, какие токи, а точнее напряжения на диодах, соответствуют "дежурному" режиму. Для того, чтобы указать микроконтроллеру ток, соответствующий "дежурному" режиму предусмотрена перемычка (на схема это кнопка B2). При установленной перемычке на индикаторе отображается значение АЦП. При нажатии кнопки B1 происходит анализ значения. Делаем несколько измерений, то есть несколько раз нажимаем на кнопку. Вычисляются и запоминаются максимальное и минимальное значения. Будем считать эти значения соответствующими «дежурному» режиму работы нагрузки. Все что меньше – это нагрузка выключена (нет нагрузки), все что больше – это «рабочий» режим нагрузки. При необходимости сброса запомненных значений и установки новых надо нажать и удерживать нажатой кнопку в течении примерно 10 секунд. При включении без перемычки микроконтроллер измеряет данные посредством АЦП. Микроконтроллер определяет какому из режимов соответствует протекающий ток и подсчитывает время работы нагрузки в том или ином режиме. Время отображается на 3-х разрядном 7-сегментном светодиодном индикаторе.По умолчанию счетчик показывает время работы нагрузки в «рабочем» режиме. При нажатии на кнопку B1 отображается время работы в «дежурном» режиме. Соответственно общее время работы нагрузки – это сумма «дежурного» и «рабочего» времени. При нажатии и удержании кнопки более 10 секунд время наработки сбрасывается.

Все устройство собрано на односторонней печатной плате размером 33 на 62 мм и рассчитана как на SMD, так и на корпусные элементы. Светодиодный индикатор используется с общим анодом. Так как я изначально планировал использовать устройство с нагрузками малой мощности в "дежурном" режиме (телевизор, компьютер), то я не стал устанавливать резистор R1 параллельно диодам D1, D2. Подбирая резистор R1 можно более точно настроить отслеживание "дежурного" и "рабочего" режимов. При работе без резистора R1 был также замечен большой температурный дрейф падения напряжения на диодах если нагрузка находится в дежурном режиме. Оно и понятно, ведь в моем случае в дежурном режиме нагрузки протекающий через диоды ток составляет порядка 50 мАмпер и падение на диодах было около 0,4-0,5 Вольт. То есть напряжение снимается до достижения порога проводимости и при любом изменении температуры это напряжение изменялось. Резистор в это отношении гораздо стабильнее. Зато на практике проверено, что точности АЦП микроконтроллера хватает и можно обойтись без дополнительного операционного усилителя.

Особо хочу отметить, что разъем для внутрисхемного программирования, несмотря на то, что он расположен на плате, соединяется с микроконтроллером проволочными перемычками. Это сделано специально, поскольку плата имеет бестрансформаторное питание от сети и после программирования микроконтроллера перемычки желательно убрать. Понятное дело, что программирование микроконтроллера надо делать отсоединив устройство от сети.А еще лучше программировать микроконтроллер отдельно, а потом уже впаивать. А все остальное без особенностей. Чертеж платы с указание номиналов прилагается к статье. Не подписанные конденсаторы на плате - это керамика от 0,1 мкФ до 10 мкФ. Они предназначены для защиты от помех и могут не устанавливаться. На схеме в Протеус их даже нет. Также иногда бывает полезно установить конденсатор емкостью 1-10 мкФ между выводом 25 микроконтроллера и GND. Проверено, что несмотря на усреднение измеренных значений микроконтроллером установка конденсатора дает ощутимый эффект.

Схема вообще не критична к номиналам используемых деталей. На сканированном изображении видно, что вместо резисторов в 1 кОм по схеме стоят резисторы в 2,2 кОма на плате. Изначально плата была рассчитана на 3-х разрядный индикатор, но потом была добавлена возможность установки 4-х разрядного индикатора. Критичным можно назвать только номинал резистора R2 - 10 кОм и его мощность - 2 Ватта. Его выбираем так, чтобы напряжение на стабилитроне D4 было порядка 4,5 - 5 Вольт. У меня получилось 4,7 Вольта при 10 кОмах. Конечно, при превышении напряжения выше напряжения стабилизации стабилитрон начнет ограничивать напряжение. Фотографии собранной платы представлены ниже. Здесь представлен первый экземпляр и видны расхождения с окончательным вариантом печатной платой. Также качество не ахти какое (самому стыдно). Тем не менее я специально сканировал с высоким разрешением, поскольку считаю, что такие фотографии помогут при сборке.

К статье приложена версия прошивки микроконтроллера для трехразрядного индикатора. Фьюзы микроконтроллера надо выставить на работу микроконтроллера от внутреннего осциллятора на частоте 1 МГц. Как правило это установки по умолчанию. В шестнадцатеричном виде фьюзы имеют значения &HC1, &HD9

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Sprint-Layout
• Proteus