Блок микропроцессорный измерительный для МАЯТНИКОВОГО

БЛОК МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ
ДЛЯ МАЯТНИКОВОГО КОПРА
БМИ – 01К
Руководство по эксплуатации
СОДЕРЖАНИЕ
1. ОПИСАНИЕ И РАБОТА ИЗДЕЛИЯ ................................................................. 3
1.1. Назначение изделия .............................................................................................. 3
1.2. Технические характеристики ............................................................................... 3
1.3. Конструкция........................................................................................................... 3
1.4. Устройство и работа ............................................................................................. 6
1.4.1. Описание структурной схемы........................................................................ 6
1.4.2. Описание внешних подключений ................................................................. 7
1.4.3. Описание светодиодной индикации ............................................................. 8
2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПО НАЗНАЧЕНИЮ ............................................................ 9
2.1. Указание мер безопасности.................................................................................. 9
2.2. Подготовка к использованию .............................................................................. 9
2.3. Использование изделия ........................................................................................ 9
3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ .................................................................. 10
4. ТЕКУЩИЙ РЕМОНТ ............................................................................................ 10
5. ХРАНЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ .......................................................... 10
2
Настоящее руководство по эксплуатации предназначено для ознакомления с принципом
работы, устройством и порядком эксплуатации блока микропроцессорного измерительного для
маятникового копра БМИ-01К.
Руководство содержит описание БМИ-01К и другие сведения, необходимые для полного
использования технических возможностей и правильной эксплуатации БМИ-01К.
Обслуживающий персонал должен иметь общетехническую подготовку, изучить
настоящее руководство и пройти инструктаж на рабочем месте по правилам эксплуатации
модуля и мерам безопасности при работе с ним.
1. ОПИСАНИЕ И РАБОТА ИЗДЕЛИЯ
1.1. Назначение изделия
Блок микропроцессорный измерительный БМИ-01К (далее БМИ-К) предназначен для
работы в составе программно-аппаратного измерительного комплекса, выполняющего
регистрацию и анализ результатов испытаний, проводимых с использованием маятникового
копра. В состав комплекса, кроме БМИ, входят персональный компьютер (далее ПК) с
установленной программой «Маятниковый копёр ИО 5003-0,3» и инкрементальный
преобразователь угловых перемещений (далее квадратурный энкодер).
БМИ-К периодически (с постоянной частотой) выполняет измерение углового
положения маятника, определяет угол взлёта маятника, вычисляет максимальную скорость
маятника, считает число свободных колебаний маятника (при необходимости) и передаёт
полученные результаты ПК, где выполняется их регистрация и анализ при помощи программы
«Маятниковый копёр ИО 5003-0,3». Связь с ПК осуществляется по интерфейсу USB. БМИ
является ведомым устройством. Передача результатов, определяющих состояние маятника,
выполняется по запросу поступающему от ПК.
БМИ-К и подключённый к нему квадратурный энкодер питаются от шины USB ПК.
1.2. Технические характеристики
Основные технические характеристики БМИ-К приведены в табл. 1.
Таблица 1. Основные технические характеристики БМИ-01К
Наименование
Значение
Разрядность реверсивного счётчика квадратурного декодера
углового положения маятника (далее счётчик)
16 бит
Разрешающая способность определения углового положения
маятника
1,08′ *
Период измерения углового положения маятника (период опроса
счётчика)
3
1 мс
Продолжение таблицы 1.
Наименование
Значение
Временной интервал измерения максимальной скорости маятника
10 мс *
Питание
Напряжение питания (от шины USB)
5 ± 0,25 В
Потребляемая мощность (без учёта квадратурного энкодера)
не более 0,4 Вт
Допустимое напряжение гальванической изоляции цепей БМИ-К
от цепей (сигнальных и питания) квадратурного энкодера
не менее 1000 В
Квадратурный энкодер
Напряжение питания (обеспечивается БМИ-К)
5 ± 0,1 В
Потребляемая мощность
не более 1 Вт
прямоугольный
импульсный сигнал
Выходной сигнал
Логические уровни выходных сигналов
ТТЛ
не более
8000 дискрет/оборот
Разрешающая способность
Интерфейс связи с ПК
Стандарт интерфейса
USB 2.0 (USB 1.1)
Тип интерфейсного кабеля
USB 2.0 A - B
Длина интерфейсного кабеля
не более 1,8 м
Скорость обмена данными
57600 бит/с
Корпус
Габаритные размеры (длина х ширина х высота)
Степень защиты
150 x 80 x 30 мм
IP30
Масса
не более 160 г
Условия эксплуатации
от 0 С до +60 С
Температура окружающего воздуха
Относительная влажность окружающего воздуха
не более 90%
(при температуре +25 С)
* – значение, зависящее от разрешающей способности квадратурного энкодера используемого с
БМИ-К. В табл. 1 приведено значение соответствующее квадратурному энкодеру имеющему
разрешающую способностью 5000 дискрет/оборот.
4
1.3. Конструкция
БМИ-К выполнен на печатной плате размером 141 х 62 мм. Печатная плата установлена в
пластиковом корпусе с алюминиевыми лицевыми панелями. Габаритные размеры корпуса
приведены в табл. 1. Положение соединительных разъёмов и светодиодных индикаторов
показано на рис. 1 и рис. 2.
TX
ALM
1
3
2
1 – Светодиодный индикатор передачи данных от БМИ-К к ПК.
2 – Светодиодный индикатор аварийного состояния БМИ-К.
3 – Разъём (USB-В) для подключения кабеля интерфейса USB 2.0.
Рис. 1. Вид на корпус БМИ-К со стороны подключения кабеля интерфейса USB
+5B
1
2
1 – Светодиодный индикатор напряжения питания квадратурного энкодера.
2 – Разъём (DB-9F) для подключения соединительного кабеля квадратурного энкодера.
Рис. 2. Вид на корпус БМИ-К со стороны подключения квадратурного энкодера
5
1.4. Устройство и работа
1.4.1. Описание структурной схемы
Устройство БМИ-К отображает структурная схема, приведенная на рис. 3.
USB-B
DB-9F
SPI
+5V
D-
Мост
USB-UART
D+
TX
RX
МК
LOAD
UA
UA
UA
КВД
TEST
GND
БГР
UB
UB
UB
RESET
ON/OFF
ADC2
ADC1
ТК
+5V
+3,3V
МММ
DB-9F
FU
DC
ЛСН
+5В
DC
0В
Рис. 3. Структурная схема БМИ-К
Далее приводится краткое описание основных элементов структурной схемы БМИ-К:
o БГР – блок гальванической развязки. БГР обеспечивает гальванически развязанное
сопряжение с дифференциальными сигналами UA, ~UA и UB, ~UB поступающими от
квадратурного энкодера. Гальваническая развязка реализована на быстродействующих
оптронах;
o КВД – квадратурный декодер. КВД выполняет преобразование последовательности
сигналов UA и UB, поступающих от квадратурного энкодера, в значение
(относительное) углового положения маятника. В состав КВД входят: входные
цифровые фильтры сигналов UA и UB, схема учетверения счётных импульсов и
определения направления движения маятника, реверсивный счётчик,
последовательный сдвиговый регистр. Реверсивный счётчик сбрасывается в ноль по
сигналу RESET, а по сигналу TEST в него записывается предустановленное значение,
используемое для проверки исправности КВД. Значение реверсивного счётчика
загружается в последовательный сдвиговый регистр по сигналу LOAD, а затем
читается микроконтроллером (МК) по интерфейсу SPI. КВД реализован на
программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС);
o МК – микроконтроллер. МК выполняет основные функции БМИ-К: периодически
читает из КВД значение углового положения маятника, определяет угол взлёта
маятника, вычисляет максимальную скорость маятника и передаёт полученные
6
результаты ПК. МК проверяет исправность КВД. При помощи встроенного аналогоцифрового преобразователя (ADC1, ADC2) и «шунта» FU, МК контролирует ток в
цепи питания квадратурного энкодера, что позволяет определить обрыв или
перегрузку по току в этой цепи;
o ЛСН – линейный стабилизатор напряжения с выходным напряжением +3,3 В. ЛСН
обеспечивает питание МК и КВД;
o DC/DC – изолирующий DC-DC преобразователь с выходным напряжением +5 В. Он
обеспечивает питание квадратурного энкодера от шины USB ПК, при этом цепь
питания квадратурного энкодера гальванически не связана с шиной USB, т.е. с ПК;
o Мост USB-UART – аппаратный USB-мост преобразующий сигналы интерфейса USB в
сигналы (RX, TX) последовательного асинхронного интерфейса (UART) и обратно.
Аппаратный USB-мост используется для организации связи с ПК по интерфейсу USB,
o
o
o
o
а также, в зависимости от состояния шины USB, включает или выключает питание
БМИ-К при помощи транзисторного ключа ТК;
ТК – транзисторный ключ. В зависимости от значения управляющего сигнала
~ON/OFF, поступающего от аппаратного USB-моста, ТК включает или выключает
питание БМИ-К. Питание БМИ-К выключается при переходе ПК в ждущий или
спящий режим;
FU – самовосстанавливающийся предохранитель. FU предназначен для защиты шины
USB и DC-DC преобразователя от перегрузки по току;
DB-9F – разъём для подключения соединительного кабеля квадратурного энкодера;
USB-B – разъём для подключения кабеля интерфейса USB идущего от ПК.
1.4.2. Описание внешних подключений
БМИ-К подключается к ПК при помощи стандартного интерфейсного кабеля типа USB
2.0 A - B. Длина кабеля – не более 1,8 м. Кабель подключается к разъёму USB-B (поз. 3 рис. 1).
Соединительный кабель квадратурного энкодера подключается к разъёму DB-9F (поз. 2
рис. 2). Описание контактов данного разъёма приведено на рис. 4.
5
3 2
4
9
8
7
1
6
Конт.
Цепь
1
2
3
4
5
6
7
8
9
UA
UB
+5B
0В
UA
UB
+5B
0В
Рис. 4. Разъём для подключения соединительного кабеля квадратурного энкодера
7
1.4.3. Описание светодиодной индикации
Светодиоды «ТХ», «ALM» и «+5В» предназначены для индикации состояния БМИ-К.
Расположение светодиодов на лицевых панелях БМИ-К показано на рис. 1 и рис. 2. Описание
назначения светодиодов приведено ниже.
Светодиод «TX» (рис. 1 поз. 1), жёлтого цвета свечения, индицирует передачу данных от
БМИ-К к ПК. БМИ является ведомым устройством. Передача результатов (данных),
определяющих состояние маятника, выполняется по запросу, поступающему от ПК.
Светодиод «TX» включен или переключается (вкл./выкл.) с высокой частотой (мерцает),
если БМИ-К передаёт данные.
Светодиод «ТХ» переключается с частотой 0,4 Гц (0,5 с – вкл., 2 с – выкл.), если БМИ-К
не передаёт данные, т.е. не получает запросов от ПК.
Светодиод «ALM» (рис. 1 поз. 2), красного цвета свечения, индицирует неисправное
состояние модуля или недопустимое значение напряжения питания шины USB, или наличие
неисправности в цепи питания квадратурного энкодера.
Светодиод «ALM» включен, если неисправен БМИ-К. Информация о неисправностях
БМИ-К отображается в строке состояния программы «Маятниковый копёр ИО 5003-0,3».
Светодиод «ALM» переключается с частотой 2 Гц (0,25 с – вкл., 0,25 с – выкл.), если
напряжение питания шины USB не соответствует значению, указанному в табл. 1 (см.
«Питание») или имеется неисправность в цепи питания квадратурного энкодера. Значение
напряжения питания шины USB («Uusb») и информация о неисправности в цепи питания
квадратурного энкодера отображаются в строке состояния программы «Маятниковый копёр ИО
5003-0,3».
Включённый светодиод «+5В» (рис. 2 поз. 1), зелёного цвета свечения, индицирует
наличие напряжения питания (+5 В) на соответствующих контактах (см. рис. 4) разъёма (рис. 2
поз. 2) предназначенного для подключения квадратурного энкодера.
Примечание:
После включения питания (подключения к шине USB ПК или выхода ПК из ждущего
(спящего) режима) БМИ-К выполняет тест светодиодов «TX» и «ALM». Светодиоды
переключаются (вкл./выкл.) в следующей последовательности: «TX», «ALM», «TX», «ALM»,
«TX». После окончания теста, если светодиоды исправны, их состояние соответствует одному
из вариантов описанных выше.
Светодиоды «TX», «ALM» и «+5В» выключаются, если ПК переходит в ждущий
(спящий) режим.
8
2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПО НАЗНАЧЕНИЮ
2.1. Указание мер безопасности
К эксплуатации и ремонту БМИ-К допускаются лица, имеющие допуск к работе с
электроустановками до 1000 В и прошедшие инструктаж по технике безопасности на рабочем
месте. Обслуживающий персонал должен иметь специальное техническое образование и
изучить настоящее руководство.
В БМИ-К отсутствуют напряжения опасные для жизни.
2.2. Подготовка к использованию
Перед первым подключением БМИ-К к ПК необходимо установить драйвер для
аппаратного USB-моста. Перед установкой драйвера убедитесь, что БМИ-К не подключен к
ПК. Затем запустите программу CDM20814_Setup.exe и дождитесь ее завершения. Установка
драйвера может занять несколько секунд. В БМИ-К используется аппаратный USB-мост
FT232R фирмы FTDI (www.ftdichip.com).
Для установки программы «Маятниковый копёр ИО 5003-0,3» необходимо запустить
программу io5003-0,3_setup_v1.2.5.exe или её более позднюю версию и далее следовать
инструкциям.
Для подготовки БМИ-К к использованию необходимо:
1. подключить соединительный кабель квадратурного энкодера к разъёму БМИ-К
2.
3.
4.
5.
показанному на рис. 2 поз. 2;
подключить кабель интерфейса USB к разъёму БМИ-К показанному на рис. 1 поз. 3;
подключить кабель интерфейса USB к свободному USB порту ПК;
запустить программу «Маятниковый копёр ИО 5003-0,3»;
установить связь между программой «Маятниковый копёр ИО 5003-0,3» и БМИ-К
согласно описанию, приведённому в руководстве пользователя данной программы в
разделе «Настройка параметров COM-порта».
Примечание:
Программа «Маятниковый копёр ИО 5003-0,3», руководство пользователя данной
программы, а также драйвер аппаратного USB-моста находятся на оптическом диске (CD-ROM)
входящем в комплект поставки БМИ-К.
2.3. Использование изделия
БМИ используется в составе программно-аппаратного измерительного комплекса,
выполняющего регистрацию и анализ результатов испытаний, проводимых с использованием
маятникового копра. В состав комплекса, кроме БМИ, входят ПК с установленной программой
«Маятниковый копёр ИО 5003-0,3» и квадратурный энкодер.
9
3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Техническое обслуживание БМИ-К в процессе эксплуатации не выполняется. Контроль
состояния БМИ-К выполняется при помощи программы «Маятниковый копёр ИО 5003-0,3», а
также при помощи светодиодов «ALM», «TX» и «+5B». Информация о неисправности БМИ-К
отображается в строке состояния данной программы.
При обнаружении неисправности или несоответствия техническим характеристикам
БМИ-К должен быть выключен до выяснения причин специалистом по ремонту и настройке.
Для выключения БМИ-К необходимо отсоединить кабель интерфейса USB от
соответствующего разъёма (рис. 1 поз. 3) БМИ-К.
4. ТЕКУЩИЙ РЕМОНТ
В случае выхода БМИ-К из строя следует обратиться в организацию, осуществившую
поставку БМИ-К или непосредственно к его изготовителю.
5. ХРАНЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ
БМИ-К транспортируют всеми видами транспортных средств, кроме не отапливаемых
отсеков самолетов, в соответствии с требованиями ГОСТ 15150 и правилами перевозки грузов,
действующими на каждом виде транспорта.
Вид отправки – контейнерами и мелкая отправка.
Условия транспортирования и хранения БМИ-К в упаковке предприятия-изготовителя –
по условиям хранения 3 по ГОСТ 15150-69. Диапазон температур от -50 ○С до +50 ○С при
относительной влажности не более 90%. При транспортировании и хранении коробки с
упакованными БМИ-К должны быть защищены от атмосферных осадков и механических
повреждений.
10