Содержание к диссертации
Введение
1 Современные системы управления освещением на базе регулируемых ЭПРА 10
1.1 Принципы построения локальных и централизованных систем управления освещением 10
1.2 Способы дистанционного управления освещением 15
1.3 Особенности построения регулируемых ЭПРА для питания-люминесцентных ламп 20
1.4 Способы моделирования и автоматизированного проектирования ЭПРА 25
2 Разработка локально - централизованной системы дистанционного управления освещением 32
2.1 Принцип построения локально - централизованной системы управления освещением с ИК-интерфейсом 32
2.2 Особенности приёма и передачи дискретной информации в системе управления освещением 38
2.3 Разработка алгоритма управления и программного обеспечения системы 43
2.4 Диагностика состояния системы управления освещением 61
3 Разработка регулируемого ЭПРА с микроконтроллерной системой управления 68
3.1 Экспериментальная установка для снятия электрических характеристик люминесцентных ламп 68
3.2 Разработка программы автоматизированного расчёта параметров ЭПРА 76
3.3 Разработка регулируемого ЭПРА на базе микросхемы IR21592
в системе дистанционного управления освещением 91
4 Математическое моделирование и исследование ЭПРА системы дистанционного управления освещением 102
4.1 Математическая модель регулируемого ЭПРА с люминесцентными лампами в среде MatLab 102
4.2 Сравнительная оценка достоверности результатов моделирования с экспериментальными данными 109
4.3 Исследование режимов работы ЭПРА на математической модели 112
Заключение 122
Список использованных источников 123
Приложение
- Особенности построения регулируемых ЭПРА для питания-люминесцентных ламп
- Способы моделирования и автоматизированного проектирования ЭПРА
- Особенности приёма и передачи дискретной информации в системе управления освещением
- Разработка программы автоматизированного расчёта параметров ЭПРА
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время, большое внимание уделяется проблеме экономии электроэнергии при освещении помещений. Внедрение регулируемых электронных пускорегулирующих аппаратов открывает широкие возможности в плане построения систем управления освещением. Их применение обеспечивает возможность значительной экономии электроэнергии и формирования комфортных режимов освещения в жилых и офисных помещениях [2,12].
Российские компании на сегодняшний день только выходят на рынок систем управления освещением, поэтому пока им трудно конкурировать с ведущими мировыми производителями в данной области. Однако, большинство СУО, которые предлагают зарубежные компании, поставляются в ограниченном количестве и относятся к централизованным системам, что в свою очередь предопределяет их высокую стоимость и определённую область применения.
Рынок систем управления освещением имеет тенденцию к постоянному росту, в частности, появилась ниша относительно дешёвых СУО с менее широкими функциональными возможностями (по сравнению с централизованными системами), основным достоинством которых является экономия электроэнергии, а также возможность адресного управления световым потоком светильников и их диагностики на наличие неисправностей [40]. Главными потребителями систем такого уровня являются административные учреждения, предприятия, частные фирмы и т.д. Таким образом, у разработчиков появляется возможность занять указанную нишу, предлагая относительно недорогие системы управления освещением.
С целью дальнейшего развития принципов построения СУО, целесообразно рассмотреть возможность и определить эффективность применения систем дистанционного управления освещением с ИК - каналом приёма и передачи информации, обладающих функциями как локальных, так и централизованных
систем, что позволит сохранить широкие функциональные возможности, упростить монтаж системы и снизить её себестоимость.
Цель работы. Разработка и исследование элементов локально - централизованной системы управления освещением, которая позволяет обеспечить дистанционное адресное управление световым потоком отдельных либо группы светильников с помощью пульта дистанционного управления, а также централизованную диагностику причин отказов осветительных установок на базе персонального компьютера с применением специально разработанного программного обеспечения. Кроме этого, решается задача по разработке средств математического моделирования и прикладных программ для исследования ЭПРА с частотным регулированием мощности люминесцентных ламп.
В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи работы:
анализ принципов построения современных систем управления освещением и их отдельных функциональных узлов, а также средств моделирования и автоматизированного проектирования, которые применяются при разработке СУО;
разработка элементов локально - централизованной системы управления освещением;
разработка экспериментальной установки для снятия электрических характеристик различных типов современных люминесцентных ламп при высокочастотном питании;
разработка программы автоматизированного расчёта параметров ЭПРА;
разработка модели регулируемого ЭПРА с люминесцентными лампами и системой управления с применением среды MatLab с целью проведения исследований различных схемотехнических вариантов построения данных аппаратов.
Методы исследования. В диссертации использованы методы математического моделирования, программирования, схемотехнического анализа, теории измерений, экспериментальные методы.
Научная новизна работы:
предложен принцип построения и структура локально - централизован-ной системы дистанционного управления освещением, а также разработаны её элементы с применением микроконтроллерных средств;
разработана экспериментальная установка для снятия электрических характеристик современных типов люминесцентных ламп при высокочастотном питании, позволяющая формировать токи в цепи лампы и напряжения на ней с учётом регулировки светового потока ЛЛ, а также выполнять компьютерную обработку результатов измерений;
разработана модель регулируемого ЭПРА с люминесцентными лампами и системой управления с применением среды MatLab на основе сочетания методов имитационного и структурного моделирования, что позволяет значительно упростить её, а также повысить скорость вычислений. При этом модель ЛЛ не требует математического описания внутренних процессов лампы, так как достаточным является лишь наличие вольтампернои характеристики, которая задаётся в табличной форме с применением функциональных модулей среды * MatLab.
Практическая ценность работы:
предложена локально - централизованная система дистанционного управления освещением с ИК - интерфейсом;
на основе проведённых исследований разработана экспериментальная установка для снятия электрических характеристик современных типов люминесцентных ламп при высокочастотном питании;
разработан и изготовлен макетный образец регулируемого ЭПРА с микроконтроллерной системой управления, пульт дистанционного управления с ИК - интерфейсом, которые являются основными элементами указанной системы управления освещением;
разработанное программное обеспечение СУО может найти практическое применение в аналогичных системах на светодиодах.
Положения, выносимые на защиту:
принципы построения и схемотехнические решения локально - централизованной системы управления освещением;
комплект программ для реализации алгоритма работы системы;
математическая модель ЭПРА с частотным регулированием мощности люминесцентных ламп;
результаты исследования процесса изменения тока в цепях электродов люминесцентных ламп при регулировании мощности в различных схемах электронных пускорегулирующих аппаратов.
Личный вклад автора. Обоснование поставленных задач и перспективных направлений исследований, разработка основных положений второй, третьей и четвёртой глав диссертации, создание установки для снятия электрических характеристик люминесцентных ламп и макетного образца ЭПРА с дистанционным управлением выполнены совместно с к.т.н., доцентом Витковским О.П. Компьютерное моделирование, написание прикладных программных средств, проведение исследований, анализ научных и практических результатов выполнены автором самостоятельно.
Достоверность результатов работы основана: на экспериментальном подтверждении адекватности используемых при исследовании моделей; на достаточном совпадении экспериментальных и расчетных данных; на успешном внедрении в практику решений, полученных на основе теоретических разработок.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры радиотехники Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарёва (Саранск 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 г.г.), на IV Всероссийской научно - технической конференции «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики» (Саранск, 2006 г.), на V и VI Республиканской научно -практической конференции «Наука и инновации в Республике Мордовия» (Саранск, 2006, 2007 г.г.), на V Всероссийской молодёжной научной школе «Мате-
риалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение» (Саранск, 2006 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ в сборниках, журналах, тезисах докладов на конференциях.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, приложений. Общий объём диссертации 173 страницы, включая 8 таблиц, 66 рисунков и 5 приложений. Список использованных источников содержит 82 наименования.
Особенности построения регулируемых ЭПРА для питания-люминесцентных ламп
Одним из основных функциональных узлов современных систем управления освещением являются регулируемые электронные пускорегулирующие аппараты, обеспечивающие питание люминесцентных ламп. Данные аппараты определяют, в значительной степени, качественные параметры системы - от создания комфортного уровня освещения и повышения эксплутационных характеристик самих источников света до реализации энергосберегающих технологий, поэтому в процессе проектирования СУО важное значение имеют вопросы разработки и исследования ЭПРА [45].
В настоящее время существует большое разнообразие схемотехнических решений ЭПРА, рассчитанных, как правило, на подключение определенного типа ламп. В связи с этим, тенденция развития схемотехники построения ЭПРА направлена на создание аппаратов, способных адаптироваться для работы с люминесцентными лампами различных типов, при этом соответствующим образом изменяются выходные характеристики электронных пускорегулирующих аппаратов.
Современный ЭПРА представляет собой сложную электрическую схему, выполненную на микросхемах и SMD элементах, который управляется специализированным контроллером - драйвером. Кроме этого, данные аппараты должны удовлетворять рекомендациям Международного Электротехнического Комитета (IEC), что обеспечивает их электромагнитную совместимость с питающей сетью, заданные качественные параметры, высокую надежность и безопасную эксплуатацию. Структурная схема современного электронного пускорегу-лирующего аппарата представлена на рис.1.6 [12].
В состав структурной схемы входят: сетевой фильтр, выпрямитель, корректор коэффициента мощности, полумостовой инвертор (усилитель мощности), выходной и управляющий каскады.
С учётом анализа различных схемных решений построения регулируемых ЭПРА ведущих мировых производителей (Helvar, Philips, Osram и т.д.), основными задачами на этапе проектирования данных устройств являются: выбор способа регулирования подаваемой в лампу мощности; выбор микросхемы контроллера - драйвера; выбор микросхемы управления корректором коэффициента мощности; построение схемы выходного каскада, с учётом различных вариантов включения люминесцентных ламп.
Решение данных задач на этапе проектирования позволяет оптимизировать стоимость ЭПРА, её функциональные возможности и массогабаритные параметры.
Управление световым потоком люминесцентных ламп, возможно, осуществлять путем дискретного включения и отключения напряжения питания, т.е. при наличии людей в помещении свет автоматически включается, а при отсутствии выключается. Второй способ заключается в изменении напряжения на ЛЛ и тока в цепи лампы в широком диапазоне. Преимуществом первого метода является относительно простая схема управления, однако при этом отсутствует возможность плавной регулировки светового потока. При использовании второго метода, кроме экономии электроэнергии, появляется также возможность формирования комфортных световых сцен в помещениях, с учётом желания пользователей. В настоящее время предпочтение отдаётся системам с плавной регулировкой светового потока люминесцентной лампы [40].
Плавная регулировка светового потока люминесцентных ламп может осуществляться тремя способами: амплитудное регулирование, частотное регулирование и широтно-импульсное регулирование напряжения на выходе инвертора ЭПРА [40]. Амплитудное регулирование позволяет получить широкий диапазон изменения мощности на лампе, а также линейную регулировочную характеристику. Однако, недостатком является то, что указанный метод представляется наихудшим с точки зрения коэффициента полезного действия. Это связанно с применением, в ЭПРА данного типа, схемы понижающего импульсного преобразователя, используемого в качестве корректора коэффициента мощности. В схеме понижающего преобразователя транзистор работает в относительно тяжелом режиме по току, при равных значениях мощности в цепи нагрузки, в результате на нем рассеивается большая мощность.
Широтно-импульсный метод также позволяет получить широкий диапазон изменения мощности, а также линейное регулирование, однако при этом усложняется схема управления ЭПРА по сравнению с частотным методом.
Частотный метод регулирования предлагается в качестве типового решения фирмами - производителями микросхем управления электронными балластами, которые реализуют автоматическое выполнение временной последовательности режимов работы (предварительный подогрев электродов ЛЛ, пробой и зажигание, рабочий режим). Применение специализированных микросхем управления позволяет снизить себестоимость ЭПРА и, тем самым, оптимизировать стоимость системы управления освещением в целом [45]. Наличие в типовых микросхемах специального входа управления, позволяющего, путём изменения напряжения на нём в заданных пределах, осуществлять регулирование потребляемой лампой мощности, позволяет разрабатывать относительно недорогие системы микроконтроллерного управления ЭПРА с широкими функциональными возможностями. В данном случае управление является низковольтным, в отличие от амплитудного метода, в котором регулирование мощности на лампе осуществляется путём изменения напряжения питания инвертора, что требует разработки более сложной системы управления, что повлечёт за собой увеличение себестоимости ЭПРА.
В настоящее время ведущие позиции в области создания микросхем контроллеров-драйверов занимает компания Internatinal Rectifier, несмотря на растущую конкуренцию со стороны фирм ST Microelectronics (SGSHOMPSON Microelectronics), Motorola и т.д. Современные микросхемы данной фирмы имеют небольшое количество внешних элементов (резисторов и конденсаторов) и обеспечивают предварительный подогрев электродов ламп, пробой, рабочий режим, защиту от аварийных ситуаций (перегрузка по току, работа при неисправных лампах или без них) и другие функции [73, 76, 77]. В частности, широко применяются микросхемы серии IR2159, позволяющие осуществлять регулирование светового потока люминесцентных ламп. В данных драйверах реализовано частотное регулирование, основанное на методе фазового управления, запатентованное компанией - разработчиком, обеспечивающее регулирование потребляемой лампой мощности путём сдвига фазы тока в цепи индуктивности относительно фазы импульсного напряжения питания [76].
Настройка режимов работы микросхем серии IR2159, на определенный тип ламп и выходную мощность, осуществляется путем выбора параметров внешних элементов в соответствии с методикой, приведенной в техническом описании на данные драйвера. Управление световым потоком люминесцентных ламп осуществляется путём изменения напряжения на управляющем входе DIM в диапазоне 0 - 5 В.
Способы моделирования и автоматизированного проектирования ЭПРА
Проектирование электронного балласта, как правило, представляет собой многошаговый итерационный процесс, требующий значительных затрат времени. Разработку ЭПРА усложняет ещё и тот факт, что большинство поставщиков современных люминесцентных ламп не предоставляют их характеристики при работе на высокой частоте. Поэтому целесообразным является применение современных средств моделирования и автоматизированного проектирования в процессе разработки данных устройств.
Одним из наиболее эффективных способов исследования проектируемого устройства, в частности ЭПРА, является применение программ математического и схемотехнического моделирования. Наиболее универсальной системой моделирования в настоящее время является среда MatLab, представляющий собой комплект программных и алгоритмических средств с широкой гаммой специализированных приложений [29, 35, 51, 68]. Данная система является эффективным инструментом при проведении исследований на этапе разработки.
Библиотека SimPowerSystems программы MatLab позволяет моделировать сложные электротехнические устройства и содержит в себе источники электрической энергии, измерительные и контрольные приборы, электротехнические элементы, устройства силовой электроники, электрические машины и т.д. Используя блоки из этого раздела, пользователь в состоянии за короткое время создать полноценную модель достаточно сложного электротехнического устройства. При этом методика создания модели не отличается от разработки модели на основе базовой библиотеки Simulink. Построение математических моделей отдельных узлов ЭПРА, с применением данных библиотек, позволяет проводить полный анализ работы схемы и использовать полученные результаты исследований на следующих этапах разработки. Наиболее важной задачей при моделировании ЭПРА является разработка математической модели люминесцентной лампы с учётом её нелинейных свойств.
Структурная схема модели люминесцентной лампы ЛБ40, разработанная Поляковым В. в программе "Work-bench Pro", представлена на рис. 1.7 [49]. Схемотехническая модель отображает математическое описание люминесцентной лампы, с применением функциональных элементов, находящихся в библиотеках указанной программы: датчиков напряжения и тока, делителей, умножителей, сумматоров, управляемого источника напряжения и т.д. Первым базовым уравнением, определяющим основную структуру модели, является:
где UD(g) - зависимость напряжения от проводимости в стационарных режимах; uD - текущее значение напряжения; g - электрическая проводимость; ki(g) - коэффициент, учитывающий инерционные свойства; ів - ток, потребляемый лампой; g0 - начальное значение проводимости. Вторым базовым является уравнение:
где Т - текущая температура люминесцентной лампы; Тр - равновесная температура; Q - тепловая постоянная времени.
Уравнение (1.1) отражает нелинейные свойства проводимости нагрузки, а также её инерционные свойства, определяемые относительно быстрыми процессами её изменения. Уравнение (1.2) отражает более медленные процессы, вызванные изменением температуры лампы. Нагрузка в данном случае представлена как источник напряжения, направление которого противоположно направлению тока, а его значение определяется представленными функциональными зависимостями. При моделировании параметров лампы автор использовал аналитическую аппроксимацию вольтамперной характеристики [36, 59], а также результаты моделирования люминесцентных ламп, приведённые в [36].
Большой интерес в настоящее время представляют дифференциальные математические модели электрических параметров разрядных ламп [36]. Данные модели обычно строятся на основе так называемых определяющих параметров. Определяющие параметры связанны с совокупностью частиц, запасающих энергию: тепловую, магнитную, электрическую, энергию ионизированных атомов и т.д., существенно влияющую на электрическую проводимость лампы. В силу такой связи определяющие параметры являются инерционными и их временные зависимости непрерывны и дифференцируемы. На основе всего одного определяющего параметра - средней концентрации электронов пе -Краснопольским А.Е. [36] построена дифференциальная математическая модель электрических параметров люминесцентных ламп. Эта модель содержит три уравнения: одно дифференциальное и два алгебраических: где U0 - установившееся напряжение на лампе на постоянном токе; U0.HOM - номинальное установившееся напряжение на лампе на постоянном токе; gn - приведённая проводимость лампы; Ол - проводимость лампы; коэффициент Ki равный 0,35 для основных типов ламп мощностью 8-80 Вт; іл - ток через лампу; ил - напряжение на лампе.
Уравнение (1.3) учитывает баланс средней концентрации электронов в плазме положительного столба разряда. Уравнение (1.4) учитывает зависимость проводимости лампы Gn от приложенного напряжения ил при постоянной средней концентрации электронов. Третье уравнение (1.5) описывает статическую вольтамперную характеристику лампы.
В работах, проведённых на кафедре Промышленной электроники Московского Энергетического института, была разработана математическая модель комплекта «ЭПРА - люминесцентная лампа ЛБ20» на базе модели предложенной Краснопольским А.Е. [40]. Данная модель построена на базе аппроксима-ционных выражений, основанных на средней концентрации электронов. Действующая модель комплекта была получена совмещением уравнений модели лампы с дифференциальными уравнениями и уравнениями Кирхгофа для электрической цепи, содержащей источник напряжения, балластные сопротивления и лампу. Используя разработанную математическую модель лампы ЛБ20, были проведены исследования частотного, амплитудного и широтно-импульсного способов управления световым потоком. Полученные на математической модели результаты исследований различных способов регулирования светового потока люминесцентных ламп, качественно совпали с практическими, что в свою очередь обуславливает широкий интерес к модели в настоящее время.
Применение представленных выше математических моделей требует математического описания электрических характеристик люминесцентных ламп, что в свою очередь затрудняет процесс моделирования, например при построении дифференциальных моделей для различных типов ЛЛ.
Предлагается способ построения электрической модели люминесцентной лампы путём задания её вольтамперной характеристики в табличной форме с применением функциональных модулей программы MatLab, при этом указанная характеристика снимается с помощью экспериментальной установки для исследования параметров ЛЛ (см. глава 3, п. 3.1). Данная модель лампы подключается непосредственно в модель электронного балласта, построенного на основе электротехнических элементов библиотеки SimPowerSystems. Предложенный метод построения позволяет проводить исследования режимов работы ЭПРА, при различных схемотехнических решениях выходного каскада.
В процессе проектирования ЭПРА, используются также средства автоматизированного проектирования. Одной из таких систем является IR Ballast Designer [30], разработанная компанией International Rectifier и представленная на её официальном сайте, с целью привлечения разработчиков к своей продукции. Программа рассчитана на проектирование электронного балласта с одной либо двумя люминесцентными лампами при использовании контроллеров типа IR2156, Ш21571, ЕЛ21592 и др. В программе содержится обширная библиотека люминесцентных ламп, таких как TC-EL, TC-DEL, Т5, Т8 и др. IR Ballast Designer позволяет проектировать ЭПРА в двух режимах: стандартный (Simple) и расширенный (Advanced). При использовании расширенной процедуры, в отличие от стандартной, разработчику предоставляются дополнительные возможности в плане расчёта элементов обвязки микросхемы драйвера, с целью обеспечения заданных режимов работы ЛЛ. Это позволяет адаптировать ЭПРА под реальные характеристики люминесцентных ламп. Пользователь имеет возмож-ность задавать диапазон регулирования мощности лампы в двух точках, соответствующих максимальному и минимальному световому потоку ламп.
Особенности приёма и передачи дискретной информации в системе управления освещением
В процессе работы локально - централизованной системы управления освещением с ИК - интерфейсом важное значение имеет безошибочная передача, приём и обработка команд управления, которые обеспечивают работу предлагаемой СУО, согласно ранее рассмотренному принципу.
Для передачи команд управления в светильник, а также его диагностики на наличие неисправностей разработан протокол передачи дискретной информации в инфракрасном диапазоне с применением амплитудно - импульсной модуляции на базе существующих способов передачи. Данные способы передачи дискретной информации можно классифицировать на две группы [69]: синхронные, при которых циклы заранее определённой длины следуют непрерывно друг за другом, следовательно, в приёмнике, заранее известны моменты начала и конца принимаемых циклов; стартстопные, при которых после окончания одного цикла последующий цикл может начаться в любой момент времени, в общем случае длина цикла может быть произвольной, поэтому заранее неизвестны моменты начала и конца принимаемых циклов.
При синхронном методе передачи единичные интервалы одинаковы и передаются через равные промежутки времени. При использовании стартстопно-го способа перед началом передачи сообщения передаётся сигнал начала передачи - «старт», а после окончания сигнал конца - «стоп». Промежуток между этими сигналами заполняется информационными единичными элементами, следующими друг за другом. При стартстопном способе передача кодовых комбинаций является асинхронной, так как передача информации может начинаться в любой момент времени, после окончания ранее переданной.
Наиболее целесообразным при разработке протокола передачи дискретной информации в локально - централизованной системе управления освещением с ИК - интерфейсом является применение стартстопного способа. Данный способ обеспечивает следующие преимущества по сравнению с синхронным: не требуется время на фазирование циклов при установлении связи; моменты начала передачи блоков информации могут быть произвольными; длина блоков передаваемой информации также может быть произвольной.
На рис.2.5 приведён протокол обмена данными ПДУ с микроконтроллерной системой управления ЭПРА. На нём показаны временные диаграммы приёма и передачи команд управления с применением счётчиков TMR0 и TMR1 микроконтроллеров соответственно в ПДУ и ЭПРА.
Передача команд управления с ПДУ, в инфракрасном диапазоне, осуществляется по последовательному протоколу. В нём, каждый бит информации передается в течение заданного интервала времени и в строго заданной последовательности. По стартовому биту, на приемной стороне, инициализируется процесс начала приёма информации. С пульта дистанционного управления на ЭПРА передаются 16 бит информации 8 из которых, являются кодом адреса (БАО - БА7), 4 - кодом команды (БКО - БКЗ) и один - бит четности (БЧ), который необходим для повышения помехоустойчивости системы. Коды команд приведены в таблице 2.1.
Остальные, три бита, не используются и резервируются для возможности дальнейшей модернизации устройства. Приём данных от микроконтроллерной системы управления ЭПРА осуществляется по аналогичному протоколу.
При обработке принятой информации важное значение имеет безошибочная регистрация битов информации. По видам регистрации методы приёма можно разделить на три группы [69]: корреляционные; интегральные; - стробирования.
Сущность корреляционного метода приёма заключается в том, что решение о конкретной реализации сигнала выносится на основе сравнения с порогом случайной величины в фиксированный момент времени. Данная случайная величина определяется согласно следующему выражению [69]: где r(t) - функция, описывающая принимаемую смесь сигнала и помехи, r(t) -опорное напряжение.
Идея интегрального метода заключается в многократном анализе принятого сигнала. В данном случае принятый единичный элемент стробируется в нескольких точках (обычно трёх - пяти). Решение принимается по правилу большинства: если при стробировании во всех трёх точках или в двух из них зафиксирована единица, то считают, что принята единица.
Наиболее простым из перечисленных методов является метод стробирования. Он состоит в том, что принимаемый сигнал анализируется в одной точке. При этом момент стробирования выбирается в середине элемента сигнала с целью повышения вероятности безошибочного приёма.
С учётом особенностей передачи и приёма информации в локально - централизованной СУО наиболее целесообразным является применение метода стробирования при регистрации уровней сигналов.
Обобщённая структурная схема регистрирующего устройства методом стробирования приведена на рис.2.6.
На входы функциональных узлов сравнения 1...N поступают биты информации с входного устройства. На другую группу входов данных узлов по даются стробирующие импульсы. При этом вырабатываются соответствующие уровни сигналов на выходном устройстве в момент сравнения.
Рассмотренный принцип приёма сигналов методом стробирования реализован микроконтроллерной системой управления разработанной СУО с применением счётчиков, входящих в состав МК и соответствующих прерываний. В частности, при приёме стартового импульса выполняется запуск счётчика TMR1, переполнение которого совпадает с серединой интервала времени передачи бита информации. В момент переполнения этого счётчика генерируется прерывание, и выполняется переход на подпрограмму сканирования порта мик- роконтроллера и приём бита информации. Далее циклы приёма данных повторяются.
Таким образом, приём и передача информации в локально - централизованной системе управления с ИК - интерфейсом осуществляется с применением специально разработанного протокола, в основу которого заложен старт-стопный метод передачи;, а регистрация принятой информации выполняется методом стробирования, который реализован с применением современных микроконтроллерных средств.
Разработка программы автоматизированного расчёта параметров ЭПРА
Программа автоматизированного расчёта параметров ЭПРА разработана как универсальное программное средство, предназначенное для определения основных параметров и величин элементов регулируемых ЭПРА. Она позволяет рассчитать следующие величины: - индуктивность Lres и ёмкость Cres выходного каскада; - частоты подогрева fiph и пробоя fign; - ток пробоя Ijgn; - диапазон частот регулирования; - фазовую характеристику выходного каскада; - номинальные значения навесных элементов программирования микросхем драйверов серии IR2159. Программа разработана с применением языка программирования Delphi [60, 63] и представляет собой файл размером 796 КБ. Применение автоматизированного расчёта при разработке ЭПРА позволяет упростить данный процесс, а также значительно уменьшить временные затраты на проектирование. На рис.3.8 приведён алгоритм работы данной программы. Пользователь вводит в программу экспериментальные характеристики ЛЛ при работе на высокой частоте, она рассчитывает приведённые выше параметры, а также выполняет построения соответствующих графиков.
Интерфейс программы автоматизированного расчёта приведён на рис.3.9. Расчёт указанных параметров ЭПРА выполняется путём нажатия соответствующих кнопок, которые расположены на рабочем поле программы. При этом процесс настройки программы и непосредственно расчёта ЭПРА выполняется в строгой последовательности, т.е. кнопки на рабочем поле программы активируются в следующем порядке: «Настройка программы расчёта», «Экспериментальные данные», «Расчёт выходного каскада», «Графические построения», «Программирование драйвера». В окне «Настройка программы», рис.3.10, задаются максимально допустимые параметры расчёта: минимальная частота диапазона регулирования п, максимальная частота диапазона регулирования fmax, максимальное напряжение подогрева U(pk)phmax максимальный ток предварительного подогрева IPhmax максимальный ток выходного каскада Imaxout- Если в процессе расчёта, какой либо параметр превысит установленные максимально допустимые параметры, то программа выдаст сообщение об ошибке. В окно «Экспериментальные данные», рис.3.11, вводятся зависимости изменения действующего и амплитудного значения напряжения на лампе от мощности. При использовании разработанного программного обеспечения, в отличие от типовой программы IR Ballast Designer, в которой указанные характеристики задаются в двух крайних точках диапазона регулирования, в данном случае имеется возможность задавать экспериментальные характеристики в десяти точках. Это позволяет рассчитывать частоту для каждой из введённых точек и тем самым задаваться частотным диапазоном регулирования мощности, с учётом выбранной микросхемы драйвера, а также параметров выходного каскада. После ввода указанных выше данных и активизации кнопки «Расчёт выходного каскада», программа переходит непосредственно в расчётный режим. На рис.3.12 показан интерфейс программы при переходе в режим расчёта параметров выходного каскада после нажатия соответствующей кнопки, а в таблице 3.2 приведены функциональные возможности программы в данном режиме. Для получения значений расчётных параметров необходимо ввести данные в таблицу заданных параметров и выполнить двойное нажатие левой кнопки мыши в поле второй таблицы. В результате программа выдаёт пользователю расчётные значения. В основу расчёта параметров выходного каскада ЭПРА заложены выражения, полученные на основе анализа упрощённой эквивалентной схемы выходного каскада, рис.3.13 [6,7].
