Простейшие исполнительные устройства в мпт
Практически ни одна микропроцессорная система не может обойтись без таких элементов, как исполнительные устройства. В конце концов, главное назначение любой системы — это управление каким-либо внешним механизмом. Это могут быть электромоторы, нагреватели, электромагнитные клапаны и так далее. Поэтому, кроме датчиков, кнопок управления и элементов индикации к микроконтроллеру обязательно придется подключать и исполнительные устройства. Для управления внешними устройствами используются те же самые порты ввода/вывода микроконтроллера. Естественно, в данном случае они работают на вывод. Сигналы с любой из линий любого порта легко могут быть использованы для включения и выключения внешнего устройства. Необходимо лишь усилить управляющий сигнал по мощности до необходимого уровня. Для этого применяются различные согласующие схемы. Выбор схемы зависит от типа исполнительного устройства. А точнее, от его рабочего напряжения и тока. В простейшем случае можно применить уже знакомый нам транзисторный ключ (см. рис. 1.14).
При использовании транзистора КТ315Г можно управлять внешними цепями с током потребления до 100 мА и напряжением и до 15 В. Транзистор допускает Uпит большие напряжения, однако повышение напряжения возможно при снижении тока.
Для управления цепями с большим током управления нужно применить более мощный транзистор или целую транзисторную сборку. При выборе транзистора не забывайте, что максимально допустимый ток нагрузки для любого из выходов микроконтроллера не должен превышать величины 20 мА. При составлении программы нужно не забывать, что любой транзисторный ключ инвертирует сигнал. Если на выходе Р1.0 (см. рис. 1. 14) установить единичный уровень, ключ открывается и нагрузка подключается к источнику питания. При нулевом уровне на том же выходе ключ закрывается и нагрузка отключается. Если исполнительный механизм, которым должна управлять наша микропроцессорная система, питается от сети переменного тока 220 В, нужно применять схему управления с гальванической развязкой. Один из возможных вариантов — релейная схема управления. Типичный вариант релейной схемы управления приведен на рис. 1.15.
На схеме мы видим уже знакомый нам электронный ключ, в нагрузку которому включено электромагнитное реле К1.
Микропроцессор при помощи ключа может включать и выключать электромагнитное реле. Контакты реле, в свою очередь, управляют нагрузкой. Такая схема обеспечивает коммутацию достаточно больших напряжений и токов.
Гальваническая развязка между всеми цепями микропроцессорной системы и силовыми сетями 220 В обеспечивает безопасность работы с этой схемой. Диод VD1 предназначен для зашиты элементов схемы от напряжения ЭДС самоиндукции, возникающего в катушке К1 в момент закрывания ключа VT1. При выборе электромагнитного реле необходимо обращать внимание на следующие параметры. Во-первых, напряжение срабатывания реле. В нашем случае оно должно быть равно 12 В. Во-вторых, максимально допустимый коммутируемый ток и максимально допустимое напряжение для исполнительных контактов реле. Они должны соответствовать реальным значениям тока и напряжения в цепи нагрузки. Современные реле импортного производства обычно имеют маркировку на своем корпусе, где указаны все основные параметры.
Как известно, недостатком электромагнитных реле является их недолговечность, связанная с подгоранием и быстрым изнашиванием его контактов. А также акустические шумы в процессе его работы. На рис. 1.16 показана схема устройства согласования без использования электромагнитных реле.
Здесь в качестве управляющего элемента используется симистор VS1. Для обеспечения гальванической развязки между силовой и управляющей цепями используется оптодинистор U1. Светодиод HL1 служит для индикации срабатывания ключа. Симистор ТС106-10 рассчитан на ток до 10 А. Промышленность выпускает несколько классов таких симисторов. Они различаются по максимально допустимому рабочему напряжению. Для работы в цепях с напряжением до 220 В рекомендуется применять симисторы 4-го класса. Не забудьте 2 снабдить симистор небольшим радиатором (5... 10 см ). С программной точки зрения, управление исполнительными механизмами ничем не отличается от управления единичными светодиодными индикаторами (см. схему на рис. 1.6). Поэтому останавливаться подробнее на программной части вопроса мы не будем.