Как сделать лабораторный стенд
Реанимация старых лабораторных стендов при помощи микроконтроллеров
В НГТУ, где я учусь на факультете энергетики, основная масса лабораторных работ проходит на очень старых стендах. Неверные показания измерительных приборов, постоянные сбои и поломки, да и просто неудобное управление вызывает массу неудобств и мешает изучению исследуемых физических процессов. В связи с этим у меня и моего преподавателя возникла идея усовершенствования таких стендов при помощи микроконтроллеров.
Идея возникла после лабораторной работы, в которой необходимо было измерять частоту вращения асинхронной машины. Эти измерения производились при помощи оптического тахометра, который имелся в одном экземпляре на три стенда. Ожидание своей очереди сильно портило впечатление от экспериментов, в связи с чем один из преподавателей предложил самостоятельно создать аналог используемого прибора.
За основу был взят микроконтроллер Atmega32. Был найден рефлективный датчик ZX-03 при помощи которого можно было отслеживать частоту появления белой метки на валу ротора, и небольшой LСD дисплей для вывода информации. Микроконтроллер программировался при помощи самодельного программатора, работающий через MAX-232, и AVRprog. Программа была написана на языке Си при помощи AVRStudio.
Алгоритм работы устройства довольно прост. Датчик генерирует определённый сигнал в зависимости от отражающей способности поверхности на которую он направлен. Микроконтроллер условно делит получаемые сигналы по уровню излучения на тёмные и светлые. Белая метка, наносимая на вал ротора, воспринимается как светлая полоса, остальная же его поверхность – как тёмная. Засекая при помощи внутреннего таймера время прохождения чёрной и белой полос, микроконтроллер получает время одного оборота ротора машины, а затем вычисляет частоту и выводит результат на дисплей. Для повышения точности измерений, время оборота сначала суммируется несколько раз, чтобы при вычислении частоты использовать среднее его значение. Далее приведён код, непосредственно осуществляющий измерения:
Схема устройства оказалась довольно простой и была собрана на макетной плате, а затем помещена внутрь коробки от щётки для обуви.
После сборки устройства и написания программы стало понятно, что мы не используем большую часть возможностей нашего микроконтроллера, например EEPROM, прерывания и т.д. В связи с этим было решено расширить возможности устройства, добавив в него функцию запоминания максимально измеренной величины и возможность управлять временем короткого замыкания асинхронной машины, что нужно было для проведения лабораторных работ.
Использовать EEPROM для запоминания произведённых измерений не составило большого труда. В стандартную библиотеку AVRStudio входят простые и понятные функции для управления этим видом памяти.
Реализовать управление коротким замыканием оказалось немного сложнее. Для этого пришлось создать каскад из двух реле разной мощности, одно из которых находится внутри тахометра и осуществляет управление другим более мощным реле, непосредственно коммутирующим короткое замыкание. Кроме того, для осуществления замыканий были применены прерывания, что позволило осуществлять коммутации не мешая работе самого тахометра.
Так же стоит добавить, что автоматизация коротких замыканий была вызвана практической необходимостью, так как раньше замыкание осуществлялось нажатием и удерживанием кнопки студентом. Так как длительность такого режима не ограничивалось, используемое оборудование подвергалось серьёзному риску. Автоматизация этого процесса при помощи микроконтроллера позволила значительно повысить надёжность лабораторной установки.
Датчик ZX-03 Reflector
Тахометр, собранный на макетной плате
Работающий тахометр
Устройство, размещённое в коробке от обувной щётки
В итоге получилось устройство, сравнимое по точности измерений с имевшимся в наличии заводским тахометром, но обгоняющее его по функционалу и сравнительно более дешёвое в изготовлении. Оно значительно облегчило работу с лабораторной установкой, а так же повысило уровень её надёжности и, в общем-то, вдохнуло в стенд новую жизнь.
Конструкция лабораторного стенда
Стенд включает в себя:
— Генератор импульсов имитирующий сигнал с катушки зажигания;
— ЭПХХ типа 25.3761-01.
Рисунок 4 – Принципиальная схема стенда
Импульсы с выхода ГИ через делитель напряжения R1—R2 поступают на вход D-триггера, на базе микросхемы DD1.1. Триггер включен по схеме делителя 2, формирует на выходе импульсы, длительностью равной удвоенному периоду входного сигнала. При появлении сигнала логической 1 на прямом выходе триггера, конденсатор С3 начинает заряжаться через резистор R6, напряжение на D-входе второго D-триггера постепенно увеличивается. С появлением на выходе сигнала логического 0, конденсатор С3 практически мгновенно разряжается через резистор R5 и диод VD1.
На низких оборотах конденсатор С3 успевает зарядится до напряжения равного Uп/2. В этом случае на прямом выходе второго D-триггера постоянно присутствует сигнал логической 1. Транзисторы VT2 и VT3 находятся в состоянии насыщения. На электромагнитный клапан подается напряжение. Транзистор VT1 открыт. Напряжение питания микросхем определяется параметрами делителя R4—R7.
При достижении определенной частоты nоткл, конденсатор С3 не успевает зарядится и на прямом выходе второго D-триггера появляется сигнал логического 0. Транзисторы VT2 и VT3 переходят в состояние отсечки, клапан отключается. При этом сигнал логической 1 на инверсном выходе переводит транзистор VT1 в состояние отсечки, благодаря этому напряжение питания микросхем увеличивается и достигает своего максимального значения, равного напряжению стабилизации стабилитрона VD2. Величина Uп/2 также увеличивается, соответственно конденсатор С3 должен заряжаться дольше, т.е. частота включения nвкл меньше частоты отключения nоткл. Таким образом обеспечивается гистерезис.
 |
Рисунок 5 – Зависимость изменения Uклапана от n
Для регулирования гистерезиса используется резистор Rгс, включенный последовательно с резистором R7. Минимальному значению сопротивления Rгс соответствует максимальный гистерезис.
Время зарядки конденсатора С3 регулируется с помощью резистора Rp, включенного последовательно с R6. Большему значению Rp соответствует меньшая частота nоткл.
Современный лабораторный комплекс
В современном мире большое значение уделяется науке. От нее зависит развитие как отдельно взятого человека, так и целой страны. В государствах, стремящихся к лидерству, давно поняли, что важно тратить средства на обучение талантливых ученых.
Научно-производственный институт «Учебная техника и технологии» поддерживает стремление правительства России максимально развивать науку. После тяжелых лет восстановления экономики сегодня можно максимально уделить внимание совершенствованию системы обучения на новом уровне с применением продукции нашей компании.
В системе высшего профессионального образования сегодня главенствующее значение имеет учебное лабораторное оборудование. Подготовка специалистов, имеющих навыки работы с приборами, а также необходимость закрепления пройденного материала студентами Вузов и техникумов требует создания узкоспециализированных лабораторий, которые позволяют работать с уникальным дорогостоящим оборудованием, ставить реальные эксперименты с возможность работы нескольких студентов за одним стендом одновременно. Лабораторные стенды помогают в образовательном процессе и дают возможность наглядно продемонстрировать все, что уже было изучено в теории, способствуют лучшему усвоению материала, существенно упрощают задачу преподавателя. Они также являются незаменимыми во время практических занятий, поскольку способствуют формированию определенных навыков для ведения полноценной исследовательской деятельности. Качественный лабораторный комплекс – это залог успешного высшего и среднего образования.
Современное лабораторное оборудование требует постоянного совершенствования и модернизации, ведь рынок высоких технологий и производства развивается все быстрее. Именно поэтому каждый лабораторный стенд важен и требует самой точной и профессиональной работы со стороны производителя.
Компания «Учтех-Профи» специализируется на производстве учебной техники уже более 30 лет и постоянно совершенствует учебное оборудование. Среди наших клиентов – крупнейшие учебные заведения страны, которые поставляют профессиональные кадры на рынок труда всех регионов, от Калининграда до Камчатки. Имея такой опыт и связи, мы подходим самым тщательным образом к производству каждого учебно-лабораторного комплекса, учитывая индивидуальные особенности учебного заведения и производя при необходимости учебное оборудование на заказ.
Каждый лабораторный комплекс от компании Учтех-профи – это результат точечной работы десятков профессионалов
Достоинством нашего оборудования является компактность и универсальность, что позволяет проводить комбинированные комплексные исследования на одном обучающем месте сразу по нескольким направлениям дисциплины и нескольким студентам одновременно. Надежность встроенных приборов обеспечивает длительный срок эксплуатации комплекса, снижает затраты на последующее его обслуживание. Лабораторный стенд устроен так, что на одном рабочем месте он позволяет ускоренно выполнять циклы лабораторных работ.
На данный момент мы производим лабораторное оборудование более чем по 40 дисциплинам, включая такие как Электроэнергетика, Автомобилестроение, Метрология, Металлургия, Автоматизация, Строительство, ЖКХ и другие. С полным списком вы можете ознакомиться в каталоге, кликнув на ссылку.
Благодаря тому, что мы предлагаем стенды и комплексы, четко соответствующие государственным образовательным стандартам, эффективность обучения в школах, ВУЗах и на предприятиях существенно возрастает. Разнообразные виды наглядных материалов подходят как для аудиторий и кабинетов, так и для профессиональных лабораторий.
Важно отметить и тот факт, что стоимость нашей продукции доступна для любых учреждений. Мы предлагаем разумную цену за качество, достойное европейского уровня. Помогает удерживать этот баланс собственное производство, нацеленное на то, чтобы в России было достаточное количество высококачественных и современных пособий, материалов, стендов и прочего лабораторного оборудования.
Как сделать заказ
Для заказа вы можете связаться с нами по телефону, электронной почте или оставить заявку на сайте. Доставка в кратчайшие сроки производится по всей России и Казахстану!
Микропроцессорный стенд LESO1 – готовый учебный лабораторный стенд, предназначенный для изучения микроконтроллеров. Опытные преподаватели технического ВУЗа разработали стенд для освоения студентами архитектуры микроконтроллеров семейства MCS-51, а также методов разработки микропроцессорных систем различного назначения.
Лабораторный стенд на микроконтроллере успешно применяется в технических ВУЗах для обучения студентов, поскольку является готовым портативным и доступным в понимании устройством на микроконтроллере для начинающих их осваивать. Стенд может быть использован студентами как основа для дипломного проектирования или для научно-исследовательской работы в бакалавриате или магистратуре.
На базе стенда на микропроцессоре возможна разработка промышленных автоматизированных систем.
Особенности микропроцессорного стенда LESO1
Учебный лабораторный стенд LESO1 построен на базе микроконтроллера ADuC842 фирмы Analog Devices. Микроконтроллер содержит 12-разрядные прецизионные АЦП и ЦАП, встроенный высокоскоростной МК с FLASH-ЭРПЗУ на 62КБ.
Цена: 10150 руб.
Структура и работа учебного стенда на микроконтроллере
Структура учебного стенда оптимизирована для поэтапного, от простого к сложному, освоения микроконтроллерных систем. Стенд содержит следующую периферию:
Лабораторные работы для микропроцессорного стенда
Методические указания включают работы:
С использованием этого учебного стенда в учебных заведениях могут проводиться лабораторные работы по следующим дисциплинам:
Программное обеспечение (Windows)
Для загрузки исполняемого кода во внутреннюю память микропроцессора и взаимодействия лабораторного стенда с ПК разработана программа nwFlash. Программа nwFlash позволяет:
Интерфейс nwFlash состоит из трех элементов:
Главное меню позволяет производить операции со стендом, а также настраивать параметры терминала. Окно терминала служит для отображения данных, посылаемых микроконтроллером по интерфейсу UART, а также для отправки пользовательских данных (от компьютера микроконтроллеру) по этому же интерфейсу. В окне состояния отображаются результаты всех проведённых операций для контроля.
Для работы с программой nwFlash следует запустить программу.
При нажатии на пункт главного меню «Подключение» программа выполнит поиск подключенных стендов и отобразит их названия в раскрывшемся меню. Если вы забыли подключить стенд, то появится надпись «нет подключенных стендов», в этом случае подключите стенд и снова раскройте меню «Подключение».
После выбора стенда из меню «Подключение». В окне состояния должна появиться надпись «Подключено к «имя_стенда». После этого становится доступным пункт меню «Операции», где можно:
В появившемся окне необходимо указать путь к hex–файлу (подразумевается, что вы уже написали и скомпилировали программу в какой-либо среде, например, Keil C51).
Если вам необходимо интерактивно взаимодействовать с микроконтроллером (например, пересылать на компьютер результат дискретизации сигнала с АЦП), вам поможет функция терминала, реализованного в программе nwFlash. Опции терминала главного меню позволяют:
После выполнения работы со стендом, выберите пункт «Отключиться» в меню «Подключение», затем закройте программу.
Программное обеспечение (Linux)
Установка из архива:
Установка из git-репозитория:
В результате должен появиться исполняемый файл leso1prog
Примеры использования программы:
4. Только сбросить микроконтроллер. Указываем путь к устройству и параметр -r (от reset):
Комментарии:
Здравствуйте, можно узнать, есть ли у вас человек кто занимается разработкой ПО под стенд ЛЭСО1? В этом и дело недавно на кафедру Муромского института ВлГУ поступили новые стенды ЛЭСО1 с интерфейсом USB. Необходимо разработать ПО на LabVIEW для визуализации и измерения параметров синусоидального сигнала (амплитуда, среднеквадр. значение, период и частоту). Вот тут у нас возникли проблемы. С помощью Visa (на кафедре установлена LabView_11) создали для стенда драйвер и теперь стенд опознаётся как устройство Visa (это сделать нам получилось). Стенд распознается, но данные как в него, так и из него не поступают(с форматом передачи RS-232, понятно, но на новом стенде интерфейс USB и вот тут возникла проблема.
В целом, вопрос по адресу. Visa в топку. Следует использовать непосредственно модули для работы с dll: у нас все приборы на FTDI так сделаны. На сайте FTDI можно найти модули и примеры. Немного старые, но для начала сойдет. Мы под свои задачи модули модифицировали сами. Под конкретные прикладные задачи.
Статьи в тему: Учебный стенд LESO6 и LabVIEW и Учебный стенд LESO6 и LabVIEW. Часть 2. Статьи о том, как наши стенды с LabVIEW дружить, только на примере LESO6. Модули совместимы, примеры исходных кодов для микроконтроллера, конечно под AVR. Думаю, особой сложности переделать для MСS51 не будет. Если что не понятно, пишите в комментарии к соответствующим статьям.
Здравствуйте, скажите, програмирование только на С? На ассемблере не получится?
Конечно получится. Стенду принципиальной разницы нет. Когда я сам вел лабораторные работы с этими стендами, то студентам давал возможность выбирать, на чем писать. Некоторые писали на асемблере. В Keil с этим проблем нет.
Есть ли схема стенда LESO 1 для proteus?
Здравствуйте! С сылка на скачивание программы нерабочая!
Добрый день. Проверил ссылки. Все рабочие.
Не смотря на то, что используется чим ftdi, виртуальный COM порт не появляется.
Приветствую! Будет ли создан COM порт при подключении чипа к компьютеру зависит от настроек в драйвере. Должна быть установлена соответствующая галочка в свойствах устройства «Загрузить VCP».
Что касается загрузчика с analog.com, то я сильно сомневаюсь.
К сожалению, английской версии нет. Но есть исходные коды загрузчика под Linux, при должной сноровки можно сделать оконную версию. // ссылка на репозиторий выше в теле статьи.
На этой страничке упоминается загрузчик под линукс. Вопрос: какое ПО в этом случае можно использовать для компиляции под адук? Или же загрузчик существует, но реально из под линукса никто не работает?
Давно это было. Массово никто не работает, но лет так 5-7 назад я находил компилятор для MCS-51 под Linux. Сейчас, пожалуй, помочь не смогу.