wersja mobilna | kontakt z nami

Miniaturowy licznik czasu pracy

Numer: Grudzień/2015

Wiele urządzeń, jak filtry uzdatniające wodę czy maszyny przemysłowe, musi regularnie przechodzić przeglądy serwisowe. Niniejsze urządzenie pozwala zmierzyć, jak długo one pracują. Niewielkie gabaryty i czytelny wyświetlacz ułatwiają montaż oraz eksploatację. Rekomendacje: licznik przyda się do zamontowania w każdym urządzeniu, które wymaga przeglądów okresowych.

Pobierz PDFMateriały dodatkowe

Rysunek 1.Schemat ideowy licznika czasu pracy

Schemat ideowy licznika czasu pracy pokazano na rysunku 1 Najistotniejszy jest w nim mikrokontroler ATmega48 odpowiedzialny za obsługę wyświetlacza, pamięci i odliczanie czasu. Jest on taktowany przebiegiem o częstotliwości 4 MHz stabilizowanej za pomocą rezonatora kwarcowego. Złącze J2 służy do zaprogramowania pamięci Flash, bitów zabezpieczających oraz zerowania licznika, o czym dalej. Rezystory R3...R6 uzupełniają wbudowanie w mikrokontroler rezystory podciągające.

Sterowanie wyświetlaczem LED odbywa się bez dodatkowych tranzystorów, ponieważ prąd segmentów jest niewielki - rzędu 3 mA. Jednocześnie, prąd płynący przez wyprowadzenie wspólne cyfry nie przekracza 27 mA, co jest akceptowalnym przez mikrokontrolery z rodziny AVR obciążeniem pojedynczego wyprowadzenia. Każda cyfra świeci z wypełnieniem ok. 25% z uwagi na sterowanie multipleksowe, lecz zastosowany w prototypie wyświetlacz jest bardzo czytelny przy takim zasilaniu.

Zasilanie dołącza się do zacisków złącza śrubowego J1. Przed zniszczeniem, wywołanym zamianą polaryzacji przewodów, chroni dioda D1. Kondensatory C1 i C2 znajdują się blisko stabilizatora US1, uniemożliwiając jego wzbudzenie. Dioda D2 oddziela kondensatory C3...C6 od stabilizatora.

Dzielnik złożony z rezystorów R1 i R2 wytwarza, w normalnych warunkach, napięcie zbliżone do 2,5 V. Dokładna wartość tego napięcia nie jest istotna, bowiem wchodzi ono na wejście odwracające komparatora, zawartego w strukturze ATmega48. Na wejście nieodwracające podaje się napięcie 1,1 V, pochodzące z wewnętrznego źródła referencyjnego.

Wynika z tego, że podczas pracy, wyjście komparatora znajduje się w stanie niskim. Teraz wyraźna staje się rola diody D2: po zaniku napięcia zasilającego, napięcie na wyjściu stabilizatora spada poniżej granicy przełączenia komparatora. Zbocze narastające, pojawiające się na jego wyjściu, wyzwala przerwanie rozpoczynające zapis odmierzonych wartości do pamięci EEPROM. Mikrokontroler działa wtedy dzięki energii zgromadzonej w kondensatorach C5 i C6.

Na czas zapisu wyłącza się wyświetlacz, aby nie przyśpieszał on rozładowywania. Po skończonym zapisie, wyświetlacz jest uruchamiany ponownie. Jeżeli był to tylko krótkotrwały zapad napięcia, wówczas układ powróci do normalnej pracy. Jeśli zaś napięcie zanikło całkowicie, kondensatory rozładują się i układ przestanie działać.

Konfigurowanie licznika

Fotografia 2. Sygnalizacja błędu podczas konfigurowania

Tryb pracy wybierany jest za pomocą zworek ZW1...ZW3. Wykonano je jako pary punktów lutowniczych, które należy zewrzeć kroplą cyny. Przeznaczenie każdej ze zworek jest następujące:

  • ZW1 - odmierzanie dni, maksymalnie 9999 dni.
  • ZW2 - odmierzanie dni i godzin, maksymalnie 99 dni i 23 godziny.
  • ZW3 - odmierzanie godzin i minut, maksymalnie 99 godzin i 59 minut.

Stan zworek sprawdzany jest wyłącznie w chwili uruchomienia układu - po to, aby np. zimny lut, który przerwie połączenie, nie zatrzymał odliczania. Nieprawidłowości (zwarta więcej niż jedna zworka lub brak zwarcia) sygnalizowany jest napisem "Err" - fotografia 2. Wówczas należy odłączyć zasilanie, dokonać poprawek i ponownie je włączyć.

Zerowanie zapamiętanego czasu odbywa się poprzez zwarcie dwóch wyprowadzeń złącza J2: MOSI i GND. Na płytce jest to zaznaczone jako "ZERO". Wyzerowanie może się odbyć jedynie w chwili włączenia zasilania, po to, aby późniejsze przypadkowe zwarcie na tym złączu nie skasowało ustawień. Aby dokonać resetu, należy nałożyć na te wyprowadzenia zworkę, wyłączyć zasilanie, po kilku sekundach włączyć je ponownie i zdjąć zworkę. Procedury resetu należy dokonać również w sytuacji zmiany trybu pracy.

Wykaz elementów

Rezystory: (SMD 0805)
R1...R6: 10 kΩ
R7...R14: 1 kΩ

Kondensatory: (SMD 0805)
C1...C3, C9: 100 nF
C4: 1 nF
C5, C6: 220 µF/16 V (elektrolit.)
C7, C8: 15 pF

Półprzewodniki:
D1, D2: BAS85
LED1: AF5643FS lub podobny
US1: 78L05 (SO8)
US2: ATmega48PA (TQFP32)

Inne:
J1: ARK2/5 mm
J2: goldpin 5-pin, kątowy
Q1: 4 MHz (HC49)

Montaż i uruchomienie

Rysunek 3. Schemat montażowy licznika czasu pracy

Układ licznika został zmontowany na dwustronnej płytce drukowanej o wymiarach 100 mm×20 mm, której schemat montażowy pokazano na rysunku 3. Rezonator kwarcowy Q1 należy wlutować na nieco dłuższych nóżkach, po to, aby jego metalowa obudowa nie dotykała powierzchni płytki oraz metalizowanych padów lutowniczych. Kondensatory C5 i C6 warto położyć na płytce, zostało przewidziane na to miejsce.

Przed zaprogramowaniem pamięci Flash mikrokontrolera, należy dokonać zmiany bitów zabezpieczających: trzeba przestawić źródło taktowania na zewnętrzny rezonator kwarcowy 4 MHz oraz wyłączyć podział częstotliwości zegara przez 8.

Prawidłowo zmontowany układ powita użytkownika zerem (bądź dwoma zerami) oraz migającą kropką. Kropka ta sygnalizuje, że układ działa poprawnie i odmierza czas. Oddziela ona wskazania dni od godzin lub godziny od minut. W przypadku zwarcia zworki ZW1, będzie migała po prawej stronie. Przekroczenie zakresu zostanie zasygnalizowane wyświetleniem kresek - fotografia 4. Układ przestaje wówczas liczyć, należy go wyzerować.

Fotografia 4. Sygnalizowanie przekroczenia zakresu

Kondensatory elektrolityczne, podtrzymujące działanie mikrokontrolera, wystarczają na ok. 0,6 s pracy, podczas, gdy zapis do pamięci trwa ok. 50 ms. Jest to duży zapas, zatem niewielka utrata pojemności wywołana starzeniem lub zmianą temperatury nie będzie tutaj dotkliwa.

Dokładność odmierzanego czasu jest zdeterminowana przez kwarc. Typowe rezonatory mają tolerancję ±30ppm i stabilność ±5 ppm/rok, co przekłada się na odchył, odpowiednio, ±15,5 min oraz ±2,5 min w skali roku.

Michał Kurzela, EP

Pozostałe artykuły

Radar ultradźwiękowy

Numer: Sierpień/2016

Prezentowane urządzenie to radar wykorzystujący fale ultradźwiękowe. Reaguje, gdy w jego zasięgu pojawi się obiekt wykonany z dowolnego materiału odbijającego dźwięki. Wyróżnia się tym, że współpracuje z czujnikami ultradźwiękowymi stosowanymi w motoryzacji, do systemów wspomagających parkowanie. Czujniki te są estetyczne, hermetyczne i łatwe w montażu, dzięki czemu urządzenie znajdzie wiele zastosowań. Rekomendacje: czujnik ...

Stacjonarny odtwarzacz audio Media PI

Numer: Sierpień/2016

W artykule przedstawiono stacjonarny odtwarzacz plików audio oparty o Raspberry PI. Podstawowym założeniem przy projektowaniu układu była prostota użytkowania i całkowita samodzielność urządzenia. Dzięki zastosowaniu dystrybucji Openelec, uruchomienie odtwarzacza sprowadza się do zainstalowania obrazu systemu na karcie SD. Rekomendacje: estetyczny, funkcjonalny odtwarzacz audio, który może uatrakcyjnić niejeden ? zwłaszcza starszy ...

Sterownik z modułem komunikacyjnym GSM

Numer: Sierpień/2016

Nieskomplikowane w obsłudze urządzenie, którym można sterować wysyłając wiadomości SMS. Do dyspozycji są dwa wyjścia z możliwością załączenia czasowego oraz dwa wejścia z funkcją alarmu. Rekomendacje: urządzenie może być szczególnie przydatne w okresie wakacyjnym. Umożliwi symulowanie obecności domowników oraz może powiadamiać np. o wejściu do mieszkania.

Komputer samochodowy Mee 2.0 (2)

Numer: Sierpień/2016

W poprzedniej części omówiliśmy ważniejsze części oprogramowania, w tym obsługę wyświetlacza TFT. Najwyższy czas na opisanie budowy komputera, pokazanie schematów ideowych oraz dołączenia do instalacji samochodu i sposobu jego obsługi.

Stereofoniczna, cyfrowa linia opóźniająca

Numer: Lipiec/2016

Niegdyś linie opóźniające budowało się z zastosowaniem sprężyn i przetworników elektromechanicznych. Współcześnie do ich konstrukcji można zastosować układy cyfrowe, co daje nieporównywalnie większe możliwości. Można nie tylko opóźniać sygnał, ale również wprowadzać dodatkowe efekty akustyczne. Opisywane urządzenie to moduł linii opóźniającej, który przyda się przy tworzeniu własnych konstrukcji. Jest przy tym nieskomplikowany ...

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Sierpień 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym