Что такое генератор эмулятор

©Олег Братков (aka Олег_Б). Пятигорск.

Предлагаемый генератор предназначен для имитации сигналов датчика ДПКВ и предназначен, в основном, для подключения ЭБУ «на коленках», для ремонта или диагностики. Имитатор импульсов ДПКВ должен генерировать импульсы с «вырезанным» сигналом синхронизации, по схеме 60 – 2 , то есть на 60 импульсов необходимо 2 вырезать.

Наиболее просто поставленную задачу можно (и нужно) реализовать на микропроцессоре. В этом случае можно наиболее полно и просто реализовать управление частотой и фазой выходного сигнала.

Для повторения данной конструкции потребуется совсем немного радиодеталей, микропроцессор AT 89 C 2051 , несколько кнопок и переключатель. Кварц желательно малогабаритный, высотой 4 мм.

Программа для микропроцессора здесь. Ее нужно записать любым подходящим программатором.

Принципиальная схема.

Схема сброса процессора при включении питания: Первый вывод через конденсатор 1 мкФ подключен к цепи питания, и через резистор 10 … 20 кОм к общему проводу – заземлён.
Для устойчивой работы желательно все остальные выводы через резисторы 5 … 50 кОм подключить к цепи питания (+ 5 вольт), а Р 1 . 0 и Р 1 . 1 – обязательно, так как эти выводы не имеют внутренних подтягивающих резисторов.

Все коммутации и переключения осуществляются замыканием на корпус соответствующего вывода процессора, причём Выбор ВАЗ-ГАЗ управляется переключателем, а к выводам порта Р 1 подключены кнопки. Кроме того, к Р 1 . 2 (Стоп) и Р 1 . 4 (Пуск) можно подключить светодиоды, катодом к выводу процессора, а анодом через резистор 1 … 10 кОм на + 5 вольт. После замыкания соответствующих кнопок процессор удерживает нулевой потенциал на этих выводах, если в него записана соответствующая программа. Стоп – красный, пуск – зелёный.

Переключатель Выбор ВАЗ-ГАЗ меняет местами выходной сигнал ДПКВ 1 и ДПКВ 2 . Если использовать 55 -контактный разъём для подключения к контроллеру необходимого минимума – земли, питание, датчики для проверки и ремонта на столе, то переключение ДПКВ для ВАЗов и для ГАЗов осуществляется одним контактом на замыкание, а не двумя на переключение.

Генератор выдаёт противофазный сигнал вида “ 60 – 2 ” на выводах Р 3 . 4 и Р 3 . 5 процессора, соответственно ДПКВ 1 и ДПКВ 2 , а так же сигнал датчика фазы ДПРВ, один за два оборота, на выводе Р 3 . 7 . Сигнал датчика фазы инвертирован, к этому выводу надо подключить какой-нибудь ключ, например BSP 77 , который стоит в Ителмовском иммобилизаторе и управляет плавным выключением света в салоне. Кроме небольшого размера и входного ТТЛ-уровня, ключ имеет защиту от КЗ, перегрева, неправильного включения… проработает долго. Но можно обойтись и простым транзистором, если процессоров много.

Импульсы получаются угловатыми, но все контроллеры работают нормально. Резисторы по 15 кОм, шунтирующие выходы на корпус и 20 кОм между выходами необходимы для Бош 1 . 5 . 4 (N), все другие контроллеры работали без них. Проще поставить, как на схеме. Впоследствии я поставил вместо 315 ‑й КТ 698 , а вместо 972 ‑х – МОП-ключи (или IGBTs), которые стояли в контроллерах GM. Там 4 ключа было для управления форсунками, но форсунки были попарно подключены к двум, а два ключа были свободны. То есть можно ставить что-нибудь получше.

Можно сделать другой вариант выходного каскада:

Недостаток – потребуется радиатор, так как TDA 1558 , и ей подобные немного греются даже при нагрузке в сотни Ом. Токи покоя там всякие… Достоинство – выход генератора очень похож на настоящий ДПКВ, выдаёт такое же дифференциальное напряжение, низкое сопротивление между 48 и 49 клеммами ( 15 и 34 для 7 . 9 . 7 ). Берётся трансформатор от китайского адаптера, и обе обмотки или хотя бы сетевая перематываются проводом 0 . 1 до заполнения секции.

При включении питания генератор остановлен, если подключены светодиоды – горит Стоп. Начальная частота в его памяти 1000 об/мин. Включается любой кнопкой. Если нажать Пуск, то генератор выдаёт 1000 об/мин. Соответственно, 3000 – 3000 об/мин, 6000 – и т.д. В дальнейшем, после остановки кнопкой Стоп, генератор запускается кнопкой Пуск на той частоте, на которой остановился, исключая остальные кнопки. При генерации вывод, к которому подключена кнопка Пуск, переводится в ноль. Зелёный светодиод будет гореть.
Если удерживать долго кнопку Шаг вниз (- 50 об), генератор в конце концов остановится, и кнопкой Пуск включаться не будет – частота в памяти нулевая. Надо или Шаг вверх (+ 50 об), или 300 … 6000 .

Частота генерируется с шагом 50 об/мин до 7000 . 100 об/мин от 7000 до 11000 . И от 11000 до 17000 с шагом 200 об/мин. На частотах выше 10 000 не проверял – диагностика у меня отключается, но импульсы по осциллографу идут вроде бы правильно.
На больших частотах погрешность частоты увеличивается, например вместо частот 5950 , 6000 , 6050 получается 5960 затем 6040 , что связано с нехваткой производительности процессора, поэтому и шаг больше – 100 , затем 200 оборотов.

Печатная плата «под утюг» прилагается. На ней расположены кварц, процессор, кнопки. Конденсаторы кварца, резистор и конденсатор сброса, шунтирующие конденсаторы по питанию, подтягивающие резисторы для порта Р 1 – SMD, размер 0603 или 0805 , расположены прямо на плате в соответствующих местах, прямо к выводам процессора припаяны. Светодиоды к + 5 вольтам надо подключить проводками. Стабилизатор питания, транзисторы выходных каскадов можно собрать на другой плате или навесным монтажом, поскольку не серийное производство.

Дополнительная информация.

Лично мне удобно пользоваться только кнопками. Наличие фиксированных частот с кварцевой стабилизацией позволяет сравнивать ремонтируемый и исправный контроллеры на разных фиксированных частотах, с помощью кнопок + и – частота меняется небольшими шагами вверх или вниз… Однако для любителей переменного резистора сообщаю, что при замыкании 7 ‑го вывода АТ 89 С 2051 (Р 3 . 3 ) на массу на вывод 6 ‑й вывод (Р 3 . 2 ) становится входом внешнего генератора. Частота должна быть в два раза выше необходимой. То есть для 1000 об/мин надо подать 2 000 Гц, для 6000 об/мин – 12 000 Гц и т.д. В этом случае необходима кнопка «пуск» – вывод 16 , можно оставить «стоп» – вывод 14 , и работает переключатель полярности ВАЗ-ГАЗ – вывод 3 процессора. Светодиоды можно ставить, можно – нет. И даже без кнопок будет работать, если вывод «пуск» постоянно на массу запаять. Вывод «стоп» оставить в воздухе или подтянуть резистором на + 5 в… Переключатель… два вывода ДПКВ противофазные, для ВАЗов один проводок подключать, для ГАЗов – другой.

Кроме того, потребуется генератор, например, на к 561 ла 7 или по любой другой известной схеме с ТТЛ-уровнем на выходе. Насколько помню, получить на аналого-цифровом генераторе такое перекрытие частоты, какое у двигателя внутреннего сгорания, непросто. Дело не в требуемой удвоенной частоте, а в перекрытии диапазона. Для 561 серии я брал переменный резистор 300 кОм, остальное не помню, но от 300 до 6000 об/мин было примерно, при этом какие-то трудности с точной установкой частоты. Всё-таки 300 кОм Процессор-то её поделит и на выход выдаст, что получится…

Компьютер в роли осциллографа, спектроанализатора, частотомера и генератора

Современная измерительная аппаратура давно срослась с цифровыми и процессорными средствами управления и обработки информации. Стрелочные указатели уже становятся нонсенсом даже в дешевых бытовых приборах. Аналитическое оборудование все чаще подключается к обычным ПК через специальные платы-адаптеры. Таким образом, используются интерфейсы и возможности программ приложений, которые можно модернизировать и наращивать без замены основных измерительных блоков, плюс вычислительная мощь настольного компьютера.

Кроме того, и расширение возможностей обычного компьютера возможно за счет разнообразных программно-аппаратных средств, — специальных плат расширения, содержащих измерительные АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). И компьютер очень легко превращается в аналитический прибор, к примеру, — спектроанализатор, осциллограф, частотомер… , как и во многое другое. Подобные средства для модернизации компьютеров выпускаются многими фирмами. Однако цена и узконаправленная специфика не делают это оборудование распространенным в наших условиях.

Но зачем далеко ходить? Оказывается, простой ПК в своей конструкции уже содержит средства, которые с некоторыми ограничениями способны превратить его в тот же осциллограф, спектроанализатор, частотомер или генератор импульсов. Согласитесь, уже немало. К тому же делаются все эти превращения только с помощью специальных программ, которые к тому же совершенно бесплатны и каждый желающий может их скачать в Интернете.

Вы, наверное, зададитесь логичным вопросом — как же в измерениях можно обойтись без АЦП и ЦАП? Никак нельзя. Но ведь и то и другое присутствует почти в каждом компьютере, правда, называется по другому — звуковая карта. А чем не АЦП/ЦАП, скажите, пожалуйста? Это уже давно поняли те, кто написал для нее массу программ, не имеющих никакого отношения к воспроизведению музыки. Ведь обычная звуковая плата ПК способна воспринимать и преобразовывать сигнал сложной формы в пределах звуковой частоты и амплитудой до 2В в цифровую форму со входа LINE-IN или же с микрофона. Возможно и обратное преобразование, — на выход LINE-OUT (Speakers). Таким образом, вы можете работать с любым сигналом до 20 кГц, а то и выше, в зависимости от звуковой платы. Максимальный предел уровня входного напряжения 0,5-2 В тоже не составляет проблемы, — примитивный делитель напряжения на резисторах собирается и калибруется за 15 минут. Вот на таких-то нехитрых принципах и строятся программное обеспечение: осциллографы, осциллоскопы, спектроанализаторы, частотомеры и, наконец, генераторы импульсов всевозможной формы. Такие программы эмулируют на экране компьютера работу привычных для нас приборов, естественно со своей спецификой и в пределах частотного диапазона вашей звуковой платы.

Как это работает? Для пользователя все выглядит очень просто. Запускаем программу, в большинстве случаев такое ПО не нужно даже инсталлировать. На экране монитора появляется изображение осциллографа: с характерным для этих приборов экраном с координатной сеткой, тут же и панель управления с кнопками, движками и регуляторами, тоже часто копирующими вид и форму таковых с настоящих — аппаратных осциллографов. Кроме того, в программных осциллографах могут присутствовать дополнительные возможности, как, например, возможность сохранения исследуемого спектра в памяти, плавное и автоматическое масштабирование изображения сигнала и т.д. Но, конечно же, есть и свои недостатки.

Как подключиться к звуковой карте? Здесь нет ничего сложного — к гнезду LINE-IN, с помощью соответствующего штекера. Типичная звуковая плата имеет на панельке всего три гнезда: LINE-IN, MIC, LINE-OUT (Speakers), соответственно линейный вход, микрофон, выход для колонок или наушников. Конструкция всех гнезд одинакова, соответственно и штекеры для всех идут одни и те же. Программа осциллограф будет работать и отображать спектр и в том случае если снимается звуковой сигнал с помощью микрофона, подключенного к своему входу. Более того, большинство программных осциллографов, спектроанализаторов и частотомеров нормально функционируют, если в это же время на выход звуковой платы LINE-OUT выводится какой-то другой сигнал с помощью другой программы, пусть даже музыка. Таким образом, на одном и том же компьютере можно задавать сигнал, скажем с помощью программы генератора, и тут же его контролировать осциллографом или анализатором спектра.

При подключении сигнала к звуковой плате следует соблюдать некоторые предосторожности, не допуская превышения амплитуды выше 2 В, что чревато последствиями, такими как выходом устройства из строя. Хотя для корректных измерений уровень сигнала должен быть гораздо ниже от максимально допустимого значения, что так же определяется типом звуковой карты. Например, при использовании популярной недорогой платы на чипе Yamaha 724 нормально воспринимается сигнал с амплитудой не выше 0,5 В, при превышении этого значения пики сигнала на осциллографе ПК выглядят обрезанными (рис.1). Поэтому для согласования подаваемого сигнала со входом звуковой карты потребуется собрать простой делитель напряжения (рис.2).

Виды цифровых генераторов

Синусоидальный сигнал есть, по сути, решение уравнения Y= Sin(X), при линейно изменяющемся значении аргумента X. Для получения цифрового сигнала из микроконтроллера нам необходимо подать значения функции на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Это значит, что для получения синусоидального сигнала, нам необходимо знать значения функции Y при каждом значении аргумента X (по сути X определяет значение фазы сигнала). Можно вычислять все значения функции прямо в микроконтроллере, но для обеспечения высокой точности вычисляемых значений необходим высокопроизводительный процессор, или модуль для работы с плавающей точкой. Вычисление значений в микроконтроллере может занять продолжительное время, поэтому для обеспечения быстроты вычисления берут готовые значения функции и загружают их в память. Для обеспечения плавности выходного сигнала, для уменьшения погрешности связанной с нелинейностью характеристики цифроаналогового преобразователя, необходимо как можно большее количество значений синуса. Таким образом, в памяти будут готовые отсчеты синуса. Для того чтобы эти отсчеты превратились в синус, их нужно каким-то образом растянуть по времени, чтобы каждый отсчет подавался на ЦАП через определенный промежуток времени после предыдущего. Для этого необходим генератор опорной частоты. Такой генератор будет выдавать импульсы постоянной скважности. Эти импульсы, в простейшем случае, поступают на счетчик, а счетчик в свою очередь выдает на выходе последовательность возрастающих кодов. Код на выходе счетчика будет указывать на адрес очередного отсчета в памяти (ПЗУ). ПЗУ соответственно кодам выдает на своем выходе значения функции, содержащиеся в памяти по этим адресам, которые передаются в ЦАП и на выходе ЦАПа будет синус с идеальной частотой. Частота синуса будет соответствовать частоте тактового генератора. Для обеспечения перестройки по частоте нужно каким-либо образом регулировать частоту опорного генератора. В простейшем случае между счетчиком и генератором ставят делитель частоты. Такой делитель позволяет перестаивать частоту в определенных пределах. Предел перестройки зависит от разрядности сумматора и частоты опорного генератора. Перестройка в таком случае будет возможна только на определенные значения, так как деление возможно только на числа, кратные 2.

Простейшая схема такого генератора показана на рисунке 1. В его состав входит генератор опорной частоты (G). Делитель, в который загружается код частоты (коэффициент деления), счетчик (СТ), ПЗУ, ЦАП и фильтр. Фильтр в данном случае необходим для того, чтобы сглаживать цифровой сигнал на выходе. ЦАП – цифровое устройство, которое выдает только определенный уровень сигнала. Чем меньше частота дискретизации, тем более ярко выражена ступенчатая характеристика выходного сигнала. Для того чтобы убрать погрешность, вносимую частотой дискретизации, на выходе применяется фильтр сигналов. В простейшем случае, это простая RC-цепочка, но необходимо учитывать скоростные характеристики ЦАП, так как на высоких частотах может отфильтровываться полезный сигнал.

Здесь рассмотрена самая простая схема DDS. Многие элементы в ней можно заменить и доработать. Например, если заменить счетчик на более сложное устройство, т.н. аккумулятор фазы, то у нас появятся больше возможностей, таких как перестройка по частоте без фазового сдвига или, например, возможность использовать четверть периода значений синуса, вместо полного периода, но в рамках данной статьи такие усложнения рассматриваться не будут.

Сейчас DDS выполняются как отдельные микросхемы. В такую микросхему достаточно загрузить параметры нужного сигнала и подключить генератор опорной частоты, а на выходе мы получим цифровую синусоиду, которую достаточно лишь отфильтровать с заданными параметрами. Такие генераторы позволяют получать частоту до 1.4 ГГц. У них в свою очередь есть один недостаток. Генераторы прямого цифрового синтеза чаще всего используются именно как генераторы частоты, поэтому амплитуда выходного сигнала не стабильна.

Другим способом генерации сигнала синусоидальной формы с помощью контроллера, является метод ШИМ + пассивный RC фильтр. ШИМ – широтно-импульсная модуляция. Она позволяет, регулируя скважность импульсов, получать нужную постоянную амплитуду сигнала. Чем шире импульс, тем выше выходное напряжение на фильтре. Напряжение можно менять в пределах от нуля до напряжения питания. Таким образом, если задать определенную программу для регулирования скважности импульсов, то на выходе можно получить сигнал любой формы, в том числе синусоидальный. В самом простом случае схема показана на рисунке 2.

Такой генератор является дешевым, и самое главное наиболее легко реализуемым способом преобразования цифрового сигнала в аналоговый с помощью микроконтроллера. Он не требует специальных микросхем или каких-либо сложных схемотехнических решений. Единственное, что необходимо при создании такого генератора, это расчет выходного фильтра на заданную частоту среза, чтобы он не срезал полезный сигнал. Правда, достигнуть высоких метрологических характеристик на таком генераторе невозможно, так как трудно добиться низкого коэффициента гармонических искажений. Низкий уровень гармонических искажений можно достичь с помощью еще одного варианта генератора.

Третий вариант генератора основывается на схеме, которая называется «мост Вина». Суть этой схемы в том, что используется усилитель с двумя RC-цепочками в обратной связи. Одной последовательной и одно параллельной. Схема такого генератора представлена на рисунке 3.

Для данной схемы необходимо учесть то, что элементы в RC-цепочке должны быть строго одинаковыми. Иначе схема не будет стабильной. Для уменьшения этих эффектов применяют разные хитрости, например автоматическое управление усилением и другие хитрости. В простейшем случае автоматическое управление осуществляется каким-либо нелинейным элементом, например лампочкой. Но перестройка такого генератора по частоте затруднена. Нужно использовать переменные конденсаторы, что усложняет схему еще на порядок. Такой метод хорош, но в основном для генерации какой-либо определенной частоты, либо частоты с малым диапазоном регулировки.

Существуют разные варианты и модификации представленных выше схем. Кроме этих схем существуют аналоговые решения, которые не были здесь описаны из-за несоответствия тематике статьи. В заключении хочу сказать, что каждая схема должна выбираться и прорабатываться возможная ее реализация в зависимости от задачи, которую необходимо выполнить. Передо мной стоит задача создать прецизионный генератор синусоидального сигнала, который может одновременно выдавать высокостабильный синусоидальный сигнал и добавлять в сигнал гармоники более высокого порядка. Для выполнения этой задачи наилучшим выходом будет расчет значений функции синуса непосредственно в микроконтроллере с передачей значений на ЦАП. Такая реализация позволит мне учесть недостатки каждой схемы и проработать техническую реализацию, необходимую конкретно для моей задачи. Можно одновременно сделать стабильную амплитуду, убрать гармонические искажения, вносимые особенностью схемы и получить довольно стабильный генератор. И конечные погрешности будут зависеть только от того, какие элементы будут выбраны, и какая степень упрощения алгоритма взята. Таким образом, при неизменности основной структуры, можно получить гибкое решение определенного класса задач.

Если вас интересует какой-либо материал на схожую тему, или вообще что-то из сферы измерительных приборов и их проектирования, то я бы мог попробовать написать какой-либо материал, чтобы осветить ваш вопрос в более простом и понятном ключе

Очень простой генератор из ардуины.

Форумы
Мастерская
Проекты участников
Оборудование

ТехнарьКто

Иногда бывает нужно подать сигнал определённой частоты, а специального устройства под рукой нету. Благодаря появлению микроконтроллеров теперь можно при необходимости хоть на коленке в поле сделать генератор. Вот скетч для генератора с регулируемой частотой, пользуюсь давно и успешно.

Генератор частоты от 1 Гц до 8 000 000 Гц. Вырабатывает однополярный меандр со скважность 2. По русски это значит длительность импульса и длительность паузы между импульсами равны, а сигнал имеет прямоугольную форму.

Вопрос: Что такое генератор?
Ответ: Это устройство которое преобразует энергию источника питания в энергию выходных электрических импульсов заданной частоты и формы.

Вопрос: А мне то это зачем?
Ответ: Очень хороший вопрос, ответ на который Вы вряд ли найдете в интернете. Вы сможете проверить работоспособность усилителя. Проверить диапазон воспроизводимых усилителем частот. Проверить целостность динамика, даже без усилителя с помощью только этого генератора. Найти обрыв силового провода в проводке, обрыв телефонного провода, обрыв в электропроводке автомобиля. Правда кроме генератора нужен будет еще и детектор сигнала. Для поиска обрыва проводки генератор присоединяют к исследуемой линии, а частота генератора лежит в пределах килогерца. Поиск производится детектором. По резкому уменьшения громкости звука, определяется место разрыва. Генератор позволит проверить работу микропроцессора ардуины или PIC контроллера при использовании его как тактового. Можно сделать звуковую сирену с тональностью сигнала который Вам нравиться. Сделать передатчик с использованием генератора в качестве задающего несущую частоту. Настроить фильтр низкой частоты, настроить фильтр высокой частоты, настроить режекторный фильтр. Фильтры используют в цветомузыке, в каскадах радиоприемников, в импульсной технике для защиты от помех, для очистки информационного сигнала от сопутствующих работе помех. Подать сигнал низкой частоты на устройства работающие на шине I2C и посмотреть обмен информации хоть с помощью вольтметра. С помощью генератора можно измерять индуктивность и емкость с очень высокой точностью. Да и вообще сейчас трудно назвать современное электронное устройство в котором нет генератора и для быстрой проверки работы устройства не требовался бы внешний генератор, хотя бы такой. Кроме этого при использовании генератора показывающего все знаки неизменно возникнет вопрос, почему во всех генераторах частота немного отличается. Поэтому этот генератор позволит заинтересоваться вопросом точности и что же такое ppm, ppb зачем и когда это нужно.

Подначка: Да я программу генератора на компьютере запущу. Че мне заморачиватся.
Ответ: Программы генераторов на компьютере для звуковых карт ограничены звуковой частотой. Мне будет очень любопытно узнать, как вы с генерируете сигнал хотя бы в мегагерц 1 000 000 Гц с помощью звуковой карты. С помощью этого генератора — легко.

Теперь Вы знаете зачем нужен генератор. Практические примеры использования выходят за рамки данного сообщения. Здесь только про создание самого генератора.

Итак схема.

Я же обещал очень простой генератор

На выход сигнала можно смело цеплять динамик для проверки его работоспособности. Без конденсатора можно сразу подавать сигнал на микроконтроллеры и электронные схемы у которых 5V питание.

Из терминала послать требуемую частоту в герцах. Только цифру. В ответ в терминал будет выведена частота в герцах, а на выходе генератора появиться сигнал с частотой как в терминале.
Пример для частоты 200 кГц. В терминале набирал 200000

Пример для частоты 8 мегагерц. В терминале набирал 8000000

Меандр кривой из за малого частотного диапазона осциллографа. Но это совершенно другой вопрос.

Надо понимать, что выводимая в терминале частота будет отличаться от реальной. Выводимая в терминале частота была бы при идеальном кварце работающем точно на частоте 16 000 000 Гц. У ардуин такого не бывает. Если кому интересно, то могу написать о кварцевых резонаторах. Для понимания, почему в ардуино не бывает точных кварцев.

PS Поскольку в целом я далек от программирования но весьма не плохой электроник, вынужденный современностью разбираться в коде разных программ, то по большей части использую приборы которые кто то уже делал. Зачастую модифицирую, иногда и очень сильно, под свои потребности и использую. При этом считаю, что соблюдение авторства все равно должно быть. Код обычно беру из общедоступных источников, когда авторы сами выложили для использования другими. Поскольку найти конструкции бывает затруднительно, а при повторении конструкций бывают малопонятные особенности, о которых Вы можете и не найти информации, то считаю, что выложить и подробно описать для чего это надо и как заставить работать ту или иную конструкцию — это нормально.

Делаем генератор частоты на базе Ардуино микроконтроллера

Генератор частоты на Ардуино – это прибор для преобразования электрической энергии источника постоянного тока.

Что такое генератор

Генератор производит преобразование в энергию, не поддающуюся затуханию, для расчета и частоты и образованной формы электрических колебаний.

Приспособление приобрело популярность среди начинающих создателей электронных устройств, разработчиков компьютерных девайсов и радиоприемников. Выходное напряжение получается из 3 форм: прямоугольник, синусоида и пила.

Источник электрического тока передает возбужденные волны контуру колебаний, поэтому образуются волновые движения. Они постепенно затухают, потому что сопротивление поглощает энергетическую волну. Во избежание затухания в контур подается дополнительная энергия для восполнения потерянной. Такая процедура проводится с использованием положительной обратной связи. С помощью связи в контур поступает частица сигнала, совпадающего с колебанием обратной связи.

Такой прибор, как генератор сигналов на Ардуино, легко сделать в домашних условиях. Основа конструкции – микроконтроллер Arduino.

Где применяется генератор частоты на Ардуино

Роль частотного генератора в мире электроники – настройка и определение технической характеристики тактов сигнальных волн. Другое применение – для регулировки узлов и элементов приемников, передающих радио-колебания.

Кроме того, генератор импульсов, построенный на Ардуино, используют как модулятор или источник питания для устройств, которые обладают измерительными свойствами.

Частотные измерители могут изменять выходные сигналы с определенным скачком.

Поэтому устройства с такими свойствами играют немаловажную роль в конструировании электронных приборов. Перечислим другие значительные функции Ардуино-генератора:

Поиск расположения мест, где можно проложить кабели и трубопроводы. Причем поисковая работа проводится на дальних расстояниях.
Поисковые работы для находки мультичастотной технологии с помощью процесса излучения сразу нескольких частотных волн.
Создание аналоговых синтезаторов. Синтезирующие устройства применяются для сборки электронных устройств без использования множества блоков. Все сигнальные волны мелькают между разными блоками строго по стандартам.

Комплектующие

Для создания генератора прямоугольных импульсов на Ардуино понадобятся следующие компоненты:

Arduino Uno R3 в антистатической упаковке;
Шилд DFRobot LCD Keypad Shield;
Модуль генератора сигналов AD9850 DDS;
Проводы для присоединения частей конструкции – 8 штук;
USB-провод или кабель.

Также во втором случае можно собрать устройство на основе AD9850 DDS модуля и 1,8-дюймового TFT-дисплея (контроллер ST7735).

В таком случае схема соединения будет выглядеть так:

Код для Ардуино

Листинг программы для проекта «генератор импульсов с регулировкой частоты на Ардуино» для первого нашего варианта:

Во втором случае программный код будет таким (позаимствовано на просторах интернета):

Для первого варианта вам нужно не забыть про библиотеку LiquidCrystal, которую можно найти на сайте производителя по этой ссылке.

Для второго варианта нужны следующие технические спецификации:

И библиотеки для Arduino:

Сборка генератора

Алгоритм сборки проекта Arduino-генератор импульсов:

Скачиваем и устанавливаем последнюю версию бесплатной среды разработки для программирования микропроцессора Ардуино. На нашем сайте указано, как правильно произвести первичную настройку. Также пользователь найдет все возможные ответы на свои вопросы по работе с данной средой.
С помощью USB-кабеля подключаем микропроцессор к компьютерному устройству. Далее перемещаем программу, код которой указан в разделе выше, в память платформы.

Настройка

Если по окончанию загрузки пользователь получил сообщение «Done uploading», значит, генератор сигналов на Ардуино с дисплеем готов к работе. Следующий шаг – соединение модулей.

Выходные сигнальные волны снимаются с контактов генератора:

QOUT1,
QOUT2 (прямоугольный),
ZOUT1,
ZOUT2 (синусоидальный).

После сборочных работ следует тщательно проверить, правильно ли подключены все контакты. Если все правильно подключено – подаем питание в устройство из электросети.

По истечению пары секунд на дисплее загорится стандартное значение частоты – 10 кГц. Значение можно изменить в любое время – для этого в листинге выше запрограммированы кнопки вверх, вниз, влево и вправо.

Проверка работы

В первом случае после конструирования должен получиться стандартный мотор-редуктор Ардуино синусоидальных и прямоугольных волновых сигналов, диапазон которых регулируется от до 40 МГц.

Проверить управление легче легкого – есть 2 кнопки – вверх и вниз, для настройки грубого характера, а другие – влево и вправо – настраивают аппарат на точную проверку. Настроить шаг можно в зависимости от установленной частоты на аппарате.

Во втором случае итоговое решение будет выглядеть так:

Кроме того, перед переносом программы, указанной в разделе «Программное обеспечение», нужно проверить правильность кода с помощью компилирования.

Аппаратная часть прибора легко соединяется с использованием отдельных модулей, поэтому частотный генератор на базе микропроцессора Ардуино может сделать начинающий разработчик электронных устройств.

Имитатор генератора

Имитатор генератора — устройство предназначено для отмотки показаний индукционных электросчетчиков без изменения их схем включения. При установке конденсатора соответствующей емкости счетчик учитывает только четверть от фактически потребленной энергии.

Рубрика	Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	21.01.2009
Размер файла	243,5 K

посмотреть текст работы

скачать работу можно здесь

полная информация о работе

весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Имитатор генератора

1. Теоретические основы

2. Принципиальная схема устройства

3. Детали и конструкция

Устройство предназначено для отмотки показаний индукционных электросчетчиков без изменения их схем включения. Применительно к электронным и электронно-механическим счетчикам, в конструкцию которых заложена неспособность к обратному отсчету показаний, устройство позволяет полностью остановить учет до мощности потребления в несколько кВт. При указанных на схемах элементах устройство рассчитано на номинальное напряжение сети 220 В и мощность отмотки 2 кВт. Применение других элементов позволяет соответственно увеличить мощность.

Устройство, собранное по предлагаемой схеме, просто вставляется в розетку и счетчик начинает считать в обратную сторону. Вся электропроводка остается нетронутой. Заземление не нужно.

1. Теоретические основы

Работа устройства основана на том, что датчики тока электросчетчиков, в том числе и электронных, содержат входной индукционный преобразователь, имеющий низкую чувствительность к токам высокой частоты. Этот факт позволяет внести значительную отрицательную погрешность в учет, если потребление осуществлять импульсами высокой частоты. Другая особенность — счетчик является реле направления мощности, т.е если с помощью какого-либо источника (например дизель-генератора) питать саму электрическую сеть, то счетчик вращается в обратную сторону.

Перечисленные факторы позволяют создать имитатор генератора. Основным элементом такого устройства является конденсатор соответствующей емкости. Конденсатор в течение четверти периода сетевого напряжения заражают от сети импульсами высокой частоты. При определенном значении частоты (зависит от характеристик входного преобразователя счетчика), счетчик учитывает только четверть от фактически потребленной энергии. Во вторую четверть периода конденсатор разряжают обратно в сеть напрямую, без высокочастотной коммутации. Счетчик учитывает всю энергию, питающую сеть. Фактически энергия заряда и разряда конденсатора одинакова, но полностью учитывается только вторая, создавая имитацию генератора, питающего сеть. Счетчик при этом считает в обратную сторону со скоростью, пропорциональной разности в единицу времени энергии разряда и учтенной энергии заряда. Электронный счетчик будет полностью остановлен и позволит безучетно потреблять энергию, не более значения энергии разряда. Если мощность потребителя окажется большей, то счетчик будет вычитать из нее мощность устройства.

Фактически устройство приводит к циркуляции реактивной мощности в двух направлениях через счетчик, в одном из которых осуществляется полный учет, а в другом — частичный.

2. Принципиальная схема устройства

Устройство состоит из четырех модулей, принципиальные схемы которых приведены на рис.1 — 4.

Интегратор (рис.1) предназначен для выделения из сетевого напряжения сигналов, синхронизирующих работу других модулей. Это прямоугольные импульсы уровня ТТЛ на выходах С1 и С2.

Фронт сигнала С1 совпадает с началом положительной полуволны сетевого напряжения, а спад — с началом отрицательной полуволны. Фронт сигнала С2 совпадает с началом положительной полуволны интеграла сетевого напряжения, а спад — с началом отрицательной полуволны. Таким образом, сигналы С1 и С2 представляют собой прямоугольные импульсы, синхронизированные сетью и смещенные по фазе относительно друг друга на угол ?/2.

Сигнал, соответствующий напряжению сети, снимается с резистивного делителя R1.1, R1.3, ограничивается до уровня 5 В с помощью резистора R1.5 и стабилитрона D1.2, затем через узел гальванической развязки на оптроне ОС1.1 подается на другие модули. Аналогично формируется сигнал, соответствующий интегралу напряжения сети. Процесс интегрирования обеспечивается процессами заряда и разряда конденсатора С1.1.

Система управления (рис.2) служит для формирования сигналов управления мощными ключевыми транзисторами рекуператора (рис.3). Алгоритм управления синхронизирован сигналами С1 и С2, получаемыми с интегратора. Для обеспечения импульсного процесса протекания энергопотребления устройством служит задающий генератор на логических элементах DD2.3.4 и DD2.3.5. Он формирует импульсы частотой 2 кГц амплитудой 5 В. Частота сигнала на выходе генератора и скважность импульсов определяются параметрами времязадающих цепей С2.1-R2.1 и C2.2-R2.2. Эти параметры могут подбираться при настройке для обеспечения наибольшей погрешности учета электроэнергии, потребляемой устройством.

Логический блок системы на основе анализа сигналов С1 и С2 формирует сигналы U1 — U4, каждый из которых управляет соответствующим плечом рекуператора. В необходимые моменты времени логический блок модулирует соответствующий выходной сигнал сигналом задающего генератора, обеспечивая высокочастотное энергопотребление.

Рекуператор (рис.3) представляет собой два одинаковых канала, каждый из которых обеспечивает подключение к электрической сети отдельного накопительного конденсатора С3.1 или С3.2. Канал управления конденсатором С3.1 состоит из мощных транзисторов Т3.2, Т3.6, выпрямительных диодов D3.1, D3.3, усилительных каскадов на транзисторах Т3.1, Т3.3 и узлов гальванической развязки от электросети на оптронах ОС3.1, ОС3.3. Канал управления конденсатором С3.2 построен аналогично. За счет алгоритма работы системы управления обеспечивается работа конденсатора С3.1 на положительной полуволне сетевого напряжения, а С3.2 — на отрицательной.

Блок питания (рис.4) построен по классической схеме. Необходимость применения трех каналов питания продиктована особенностью связи каскадов рекуператора с электрической сетью. При этом общим проводом можно лишь условно считать отрицательный полюс 5- вольтового выхода. Он не должен заземляться или иметь связь с проводами сети. Главным требованием к блоку питания является возможность обеспечить ток до 3 А на выходах 16 В. Это необходимо для ввода мощных ключевых транзисторов в режим насыщения в открытом состоянии. В противном случае на них будет рассеиваться большая мощность, и они выйдут из строя.

3. Детали и конструкция

Микросхемы могут применяться любые: 155, 133, 156 и других серий. Не рекомендуется применение микросхем на основе МОП — структур, так как они более подвержены влиянию наводок от работы мощных ключевых каскадов.

Ключевые транзисторы рекуператора обязательно устанавливаются на радиаторах. Лучше для каждого транзистора использовать отдельный радиатор площадью не менее 100 см 2 . Из соображений безопасности не следует использовать металлический корпус устройства в качестве радиатора для транзисторов.

Для всех высоковольтных конденсаторов на схеме обозначено их номинальное напряжение. Конденсаторы на более низкое напряжение применять нельзя. Конденсатор С1.1 может быть только неполярным. В этом узле применение электролитического конденсатора не допускается. Схема рекуператора специально составлена для использования в качестве С3.1 и С3.2 дешевых электролитических конденсаторов, но надежнее и долговечнее всё-таки применение неполярных конденсаторов.

Резисторы: R1.1 — R1.4 типа МЛТ-2; R3.17 — R3.22 проволочные мощностью не менее 10 Вт; остальные резисторы типа МЛТ-0.25.

Трансформатор Tr1 — любой маломощный с двумя раздельными вторичными обмотками на 12 В и одной на 5 В. Главное требование — обеспечить при номинальном напряжении 12 В ток каждой вторичной обмотки не менее 3 А.

Все модули устройства следует смонтировать на отдельных платах для облегчения последующей настройки. Устройство в целом собирают в каком-либо корпусе. Очень удобно (особенно в целях конспирации) использовать для этого корпус от бытового стабилизатора напряжения, которые в недалеком прошлом широко использовались для питания ламповых телевизоров.

4. Наладка

При наладке схемы соблюдайте осторожность! Помните, что не вся низковольтная часть схемы имеет гальваническую развязки от электрической сети! Не рекомендуется в качестве радиатора для транзисторов использовать металлический корпус устройства. Применение плавких предохранителей — обязательно! Накопительные конденсаторы работают в предельном режиме, поэтому перед включением устройства их нужно разместить в прочном металлическом корпусе.

Низковольтный блок питания проверяют отдельно от других модулей. Он должен обеспечивать ток не менее 3 А на выходах 16 В, а также 5 В для питания системы управления.

Затем налаживают генератор, отключив силовую часть схемы от электросети. Генератор должен формировать импульсы амплитудой 5 В и частотой около 2 кГц. Скважность импульсов приблизительно 1/1. При необходимости для этого подбирают конденсаторы С2.1, С2.2 или резисторы R2.1, R2.2. Логический блок системы управления при условии правильного монтажа наладки не требует. Желательно только убедиться с помощью осциллографа, что на выходах U1-U4 есть сигналы прямоугольной формы.

Интегратор проверяют двулучевым осциллографом. Для этого общий провод осциллографа соединяют с нулевым проводом электросети (N), провод первого канала подсоединяют к точке соединения резисторов R1.1 и R1.3, а провод второго канала — к точке соединения R1.2 и R1.4. На экране должны быть видны две синусоиды частотой 50 Гц и амплитудой около 150 В каждая, смещенные между собой по оси времени на угол ?/2. Далее проверяют наличие сигналов на выходах С1 и С2. Для этого общий провод осциллографа соединяют с точкой GND устройства. Сигналы должны иметь правильную прямоугольную форму, частоту также 50 Гц, амплитуду около 5 В и также должны быть смещены между собой на угол ?/2 по оси времени. Если фазосмещение сигналов отличается от ?/2, то его корректируют подбирая конденсатор С1.1.

Настройка ключевых элементов рекуператора заключается в установке тока базы транзисторов Т3.2, Т3.4, Т3.6, Т3.8 на уровне не менее 1.5 — 2 А. Это необходимо для насыщения этих транзисторов в открытом состоянии. Для настройки рекомендуется отключить рекуператор от системы управления (выходы U1-U4), и при настройке каждого каскада подавать напряжение +5 В на соответствующий вход рекуператора U1-U4 непосредственно с блока питания. Ток базы устанавливают поочередно для каждого каскада, подбирая сопротивление резисторов R3.19 — R3.22 соответственно. Для этого может потребоваться еще подбор R3.4, R3.8, R3.12, R3.16 для соответствующего каскада. После отключения напряжения на входе ток базы ключевого транзистора должен уменьшаться почти до нуля (несколько мкА).. Такая настройка обеспечивает наиболее благоприятный тепловой режим работы мощных ключевых транзисторов.

После настройки всех модулей восстанавливают все соединения в схеме и проверяют работы схемы в сборе. Первое включение рекомендуется выполнить с уменьшенными значениями емкости конденсаторов С3.1, С3.2 приблизительно до 1 мкФ. Конденсаторы лучше использовать неполярные. После включения устройства дайте ему поработать несколько минут, обращая особое внимание на температурный режим ключевых транзисторов. Если все в порядке — можете устанавливать электролитические конденсаторы. Увеличивать емкость конденсаторов до номинального значения рекомендуется в несколько этапов, каждый раз проверяя температурный режим.

Мощность отмотки непосредственно зависит от емкости конденсаторов С3.1 и С3.2. Для увеличения мощности нужны конденсаторы большей емкости. Предельное значение емкости определяется величиной импульсного тока заряда. О его величине можно судить, подключая осциллограф параллельно резисторам R3.17 и R3.18. Для транзисторов КТ848А он не должен превышать 20 А. Если требуется еще большая мощность отмотки, придется использовать более мощные транзисторы, а также диоды D3.1-D3.4.

Не рекомендуется использовать слишком большую мощность отмотки. Как правило, 1-2 кВт вполне достаточно. Если устройство работает совместно с другими потребителями, счетчик при этом вычитает из их мощности мощность устройства, но электропроводка будет загружена реактивной мощностью. Это нужно учитывать, чтобы не вывести из строя электропроводку.

Источник: nevinka-info.ru