Первичный импульсный фотопреобразователь
Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам автоматического регулирования электрических величин и автоматического управления осветительными приборами различного назначения. Техническим результатом изобретения является создание устройства повышенной надежности, с увеличенным сроком службы, упрощение наладочных и калибровочных работ, расширение функций исполнительных контроллерных устройств, повышение точности измерения температуры и освещенности в диапазоне рабочих температур. Устройство содержит фотоэлемент с широтно-импульсным выходным сигналом, цифровой датчик температур, микроконтроллер, переключатель, индикатор, модуль интерфейсный. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к оборудованию коммунальной техники жилых домов и производственных помещений, а именно к системам автоматического регулирования электрических величин, в частности к устройствам автоматического управления осветительными приборами различного назначения.
Известен фотопреобразователь, входящий в состав фотоэлектрических реле [1-3], в том числе и выпускаемые промышленностью фотореле марки ФР-1 и т.п., содержащие последовательно соединенный фоторезистор и резистор нагрузки, включенные в цепь постоянного тока или в диагональ моста постоянного тока.
Недостатками указанного устройства являются: питание фотоэлемента постоянным током; отсутствие температурной коррекции показаний фотоэлемента; непрерывное питание фоторезистора постоянным током приводит к проявлению таких его свойств, как старение - медленное изменение световой характеристики и усталость, изменение напряжения в пределах от нуля до полного напряжения питания приводит к влиянию на показания измерения освещенности нелинейных свойств вольт-амперной характеристики фоторезистора.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является импульсный фотопреобразователь (первичный преобразователь) [4] (прототип), в состав которого входит мультивибратор (мост переменного тока) во времязадающую цепь которого включены: в цепь формирования отрицательного полупериода - фотосопротивление, а в цепь формирования положительного полупериода - термистор. Питание импульсного преобразователя - фантомное, по одной линии передается широтно-импульсный (ШИМ) сигнал на управляющий контроллер и поступает питание на устройство.
Недостатком указанного устройства являются сложность тарировки вследствие того, что термистор и фоторезистор имеют нелинейные характеристики и для учета систематической погрешности необходимо снимать две тарировочные таблицы. Устройство имеет нестандартный выходной сигнал, вследствие чего для подключения к специализированному контроллеру типа OCELOT/LEOPARD или к контроллерам системы типа интеллектуального здания необходимо иметь стандартизированный протокол обмена информацией.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении срока службы и надежности; упрощении наладочных и калибровочных работ; расширении функций и номенклатуры исполнительных контроллерных устройств, к которым может подключаться фотопреобразователь импульсный, в том числе и к системам интеллектуального здания; повышении точности измерения температуры и освещенности в диапазоне рабочих температур.
Указанный технический результат достигается тем, что в первичный импульсный фотопреобразователь, содержащий фотодатчик и двухпроводный интерфейс связи, введены цифровой датчик температуры, микроконтроллер, переключатель, индикатор и модуль интерфейсный, причем шина SDA соединена с соответствующими выводами микроконтроллера и цифрового датчика температуры, вход синхронизации SCL которого соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход микроконтроллера соединен с входом фотодатчика, индикатор соединен с третьим выходом микроконтроллера, четвертый выход которого соединен с входом модуля интерфейсного, выход которого соединен с исполнительным контроллером, выход фотодатчика соединен с первым входом микроконтроллера, со вторым входом которого соединен переключатель.
Кроме этого, первичный импульсный фотопреобразователь может содержать дополнительно цифровой датчик температуры, совмещенный с часами реального времени.
Дополнительно первичный импульсный фотопреобразователь может содержать индикатор, выполненный в виде трехцветного светодиодного индикатора.
Такое выполнение первичного импульсного фотопреобразователя позволит решить поставленную задачу: создания устройства повышенной надежности; повышения точности измерения температуры и освещенности в диапазоне рабочих температур; увеличения срока службы; упрощения наладочных и калибровочных работ; расширения функций и номенклатуры исполнительных микроконтроллерных устройств, к которым может подключаться первичный импульсный фотопреобразователь.
Функциональная схема первичного импульсного фотопреобразователя представлена на чертеже.
Первичный импульсный фотопреобразователь содержит микроконтроллер 1, фотодатчик 2, цифровой датчик температуры 3, переключатель 4, индикатор 5 и модуль интерфейсный 6, обеспечивающий однопроводной цифровой интерфейс связи (1-WIRE BUS SYSTEM), причем шина SDA соединена с соответствующими выводами микроконтроллера 1 и цифрового датчика температуры 3, вход синхронизации SCL которого соединен с первым выходом микроконтроллера 1, второй выход которого соединен с входом фотодатчика 2, индикатор 5 соединен с третьим выходом микроконтроллера 1, четвертый выход которого соединен с входом модуля интерфейсного 6, выход которого соединен с исполнительным контроллером, выход фотодатчика 2 соединен с первым входом микроконтроллера 1, со вторым входом которого соединен переключатель 4. Питание устройства осуществляется по интерфейсной линии связи, разделение питания и информационного сигнала осуществляет модуль интерфейсный 6.
Первичный импульсный фотопреобразователь содержит дополнительно цифровой датчик температуры 3, совмещенный с часами реального времени. С помощью часов реального времени осуществлен режим “сна”, устройство переходит в режим малого энергопотребления, фотодатчик 2 отключен. Возврат в рабочий режим происходит по сигналу от встроенных часов реального времени и/или от внешнего управляющего контроллера.
Первичный импульсный фотопреобразователь содержит индикатор 5, выполненный в виде трехцветного светодиодного индикатора.
Работает первичный импульсный фотопреобразователь следующим образом. Микроконтроллер 1 формирует на выходах SDA и SCL сигналы запроса согласно протоколу I2С и считывает данные о температуре и фиксирует их в одном из регистров оперативного назначения (РОН). Далее микроконтроллер 1 формирует измерительный импульс на своем втором выходе и измеряет напряжение отклика фотодатчика 2, которое поступает на первый вход микроконтроллера 1 с выхода фотодатчика 2, пропорциональное освещенности в месте установки устройства. Микроконтроллер 1 с помощью корректировочной таблицы вычисляет результат и фиксирует его в следующем РОНе, после чего повторяет несколько циклов измерения и с учетом вычисленной среднеквадратичной погрешности формируется результат измерения.
Первичный импульсный фотопреобразователь имеет свой внутренний идентификационный номер, который позволяет подключать к одной линии несколько подобных устройств одновременно и контролировать ситуацию с освещенностью и температурой в разных местах. После запроса с управляющего контроллера микроконтроллер 1 устройства формирует со своего четвертого выхода ответный сигнал, содержащий информацию о температуре и освещенности и с помощью модуля интерфейсного передает его в линию. Дополнительно, для визуального контроля работоспособности устройства, микроконтроллер 1 со своего третьего выхода на вход индикатора 5 выдает сигнал на включение и выключение последнего. Микроконтроллер 1 периодически контролирует положение переключателя 4, опрашивая состояние своего второго выхода, подключенного к выходу переключателя 4. При замыкании переключателя 4 на две секунды, включается подпрограмма диагностики цифрового термометра 3 и фотодатчика 2, с выводом информации о работоспособности на индикатор 5, при удержании переключателя в замкнутом состоянии более четырех секунд микроконтроллер 1 первичного импульсного фотопреобразователя изменяет тип выходного интерфейса и формирует выходной широтно-импульсный сигнал, отрицательный полупериод которого пропорционален освещенности, а положительной - температуре.
Микроконтроллер 1, входящий в состав первичного импульсного фотопреобразователя 2, выполнен на базе микроконтроллера PIC12F675 с встроенным аналогово-цифровым преобразователем, производства фирмы Microchip Inc., цифровой датчик температуры выполнен на микросхеме DS1775R фирмы Dallas Inc. (или TCN75 фирмы Microchip Inc.), а в варианте с часами реального времени - на микросхеме DS1629, фирмы Dallas Inc. Программирование микроконтроллера осуществляется при сборке первичного импульсного фотопреобразователя 2, дополнительно константы и корректировка коэффициентов проводят с помощью управляющего контроллера.
Источники информации
1. Патент ФРГ №3031000, кл. Н 05 В 37/02, 1980 г.
2. Патент ФРГ №3443406, кл. H 01 H 47/24, 1984 г.
3. Патент ФРГ №3307720, кл. Н 01 Н 47/24, 1983 г.
4. Патент RU 2156955 C1, кл. G 01 B 11/30, 2000 г.
Формула изобретения
1. Первичный импульсный фотопреобразователь, содержащий фотоэлемент с выходным широтно-импульсным выходным сигналом, отличающийся тем, что в него дополнительно введен цифровой датчик температуры, микроконтроллер, переключатель, индикатор и модуль интерфейсный, причем шина SDA соединена с соответствующими выводами микроконтроллера и цифрового датчика температуры, вход синхронизации SCL которого соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход микроконтроллера соединен с входом фотодатчика, индикатор соединен с третьим выходом микроконтроллера, четвертый выход которого соединен с входом модуля интерфейсного, выход которого соединен с исполнительным контроллером, выход фотодатчика соединен с первым входом микроконтроллера, со вторым входом которого соединен переключатель.
2. Первичный импульсный фотопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что цифровой датчик температуры совмещен с часами реального времени.
3. Первичный импульсный фотопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что индикатор выполнен в виде трехцветного светодиодного индикатора.
РИСУНКИ
