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

Moduły komunikacyjne IoT

Numer: Kwiecień/2016

W artykule przedstawiono projekt dwóch modułów do komunikacji radiowej umożliwiających transmisję danych w aplikacjach IoT i nie tylko. Pierwszy to popularny moduł ESP8266 umożliwiający łączność przez sieć Wi-Fi. Drugim jest Bluetooth BLE4 z komunikacją radiową w standardzie "niskomocowego" interfejsu Bluetooth, oparty o moduł RN4020. Rekomendacje: moduły są zgodne mechanicznie ze standardem XBee, co ułatwia ich zastosowanie ...

Termometr 2-kanałowy z interfejsem Bluetooth

Numer: Kwiecień/2016

Opisywany projekt jest dwukanałowym, precyzyjnym termometrem przesyłającym wynik pomiaru za pomocą Bluetooth. Dzięki temu może być umieszczony w dowolnym urządzeniu lub w pomieszczeniu, a temperatura może być odczytywana za pomocą komputera, smartfonu lub tabletu. Rekomendacje: termometr przyda się w systemie automatyki domowej.

Sterownik taśmy LED ze zdalnym sterowaniem

Numer: Kwiecień/2016

Oświetlenie diodowe zdobywa coraz większą popularność. Długi czas eksploatacji, niski pobór energii oraz malejące ceny to czynniki, które skłaniają coraz większą liczbę osób do jego stosowania. W artykule zostanie zaprezentowany regulator jasności dedykowany do taśmy LED, z pilotem bezprzewodowym i nietypowym sterowaniem. Rekomendacje: sterownik przyda się do oświetlenia obiektów i wnętrz.

MegaDSP+. Zestaw do nauki DSP

Numer: Kwiecień/2016

Opisany w Elektronice Praktycznej nr 12/2014 projekt SigmaDSP+ pozwalał na zapoznanie się z obsługą i podstawowymi funkcjami procesorów sygnałowych z rodziny Sigma DSP firmy Analog Devices. Nic nie stało też na przeszkodzie, aby zastosować tamten moduł we własnej aplikacji. Celem, który przyświecał opracowaniu MegaDSP+ było zachowanie cech poprzednika, ale przy znacząco zwiększonych możliwościach. Rekomendacje: zestaw przyda ...

DSPfactory. Profesjonalny efekt dźwiękowy dla muzyków. cz. 2

Numer: Kwiecień/2016

Odtworzenie brzmienia efektów opartych na celowym opóźnieniu sygnału (zwłaszcza typu: chorus, reverb i echo) jest dość łatwe w realizacji. A skoro tak, to zrodził się pomysł zbudowania profesjonalnego efektu muzycznego pozwalającego na symulowanie analogowych kamer pogłosowych oraz realizację innego rodzaju efektów muzycznych. W ten sposób powstał DSPfactory - cyfrowy procesor muzycznych efektów przestrzennych, który postawiony ...

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Kwiecień 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym