Описание принципа действия системы

Общая структура

На рис. 1 изображена схема “вход-выход” МП системы.

Рис. 1 Структура “вход-выход” МП системы

Цифровые сигналы с датчиков диаметра и длины бревна поступают в систему, формируется сигнал отбраковки. Затем система, имитируя калькулятор, рассчитывает V_i и обновляет сумму V, храня эти величины в памяти. В зависимости от двух кнопок управления индикацией (одна из них, будучи нажатой, переводит в отжатое положение другую) на индикаторах отображается V или текущее время. Для начальной установки часов есть 2 кнопки управления таймером, увеличивающие на единицу часы и минуты. Имеется кнопка включения/выключения питания “Вкл”.

Обзор датчиков и способа отбраковки

Чтобы вычислить объем бревна V_i, МП система должна “знать” формулу для вычисления. Формула для расчета V_i (в предположении, что бревно - круглый цилиндр):

. (1)

Рис. 2 Конструкция датчиков и механизма отбраковки

Чтобы найти диаметр d и длину l_бр, надо знать конструкцию датчиков (рис. 2).

Датчик диаметра устроен следующим образом: бревно, двигаясь по конвейеру, отклоняет пластину , вращающуюся на горизонтальной оси, на угол . Этот угол через редуктор подается на ось переменного резистора. Переменный резистор R_d включен в потенциометрический датчик (рис.3). Напряжение U_d с этого датчика подается в МП систему, где оцифровывается с помощью АЦП.

Рис. 3 Потенциометрический датчик

Расчет диаметра идет по формуле:

d = h - l_пл cos , т.е. надо знать угол . (2)

Микропроцессор же имеет лишь напряжение U_d. По нему надо рассчитать текущее сопротивление переменного резистора R_d (см. формулу на рис.3), из него найти угол поворота оси резистора, которому соответствует это текущее сопротивление, из него, зная передаточное отношение редуктора, определить .

Примем следующие допущения:

номинал R_доб=1 КОм; номинал R_d (переменное)=5,1 КОм; напряжение питания датчика U=12 В. Примечание: при этом диапазон U_d составляет [0; 10]В.

особенности конструкции - а именно крепления переменного резистора и передаточного отношения редуктора - таковы, что

если =0 (пластина вертикальна), то текущее R_d =0;

если =90 (пластина горизонтальна), то R_d =R_dmax =5,1 КОм (максимально).

Примечание: данное требование однозначно определяет передаточное отношение редуктора - оно будет равно i_1-2=90/_max, где _max - угловой диапазон поворота оси резистора в градусах (т.к. при повороте пластины на 90 ось резистора поворачивается на _max)

Это допущение означает, что угол может быть вычислен из максимального значения переменного резистора как

.

последнее допущение: пусть h=62,5см=0,625м; l_пл=50см=0,5м.

Получается формула перехода от U_d к :

(3)

Напряжение с датчика U_d в системе измеряется с помощью 10-разрядного АЦП, рассчитанного на максимальное входное напряжение 10,5 В. Микропроцессор читает с АЦП не напряжение в вольтах, а его код - число в диапазоне [0..3FF_H]=[0..1023₁₀]. Поэтому формулу (3) надо изменить, преобразовав напряжение 12 вольт в такой же код, исходя из интервала дискретности АЦП. Он равен д=10,5/1023=1,02610^-2 В. Отсюда 12 вольт будет изображаться величиной 12/ д 1169 единиц.

Итоговая формула перехода от U_d к :

[рад] (4)

Подставим числа в формулу для диаметра (2):

d = 0,625 - 0,5cos (5)

Сделаем вывод. Микропроцессор для измерения диаметра делает такие шаги. Зная U_d в виде кода, находит угол в радианах - формула (4). Зная , находит диаметр d - формула (5).

Датчик длины бревна основан на двух фотоэлементах Фэл1 и Фэл2 ( на рис.2), поставленных вдоль конвейера на расстоянии l=1м друг от друга и двух таймерах внутри микропроцессорной системы. Фотоэлементы регистрируют смену освещенности “свет-темнота” и “темнота-свет”. Принципиально замер длины основан на предположении, что скорость ленты конвейера v постоянна.

Таймеры замеряют два интервала времени:

T1 - период времени, в течение которого передний край бревна проползет от Фэл1 к Фэл2;

Т2 - период времени, в течение которого бревно полностью проползет Фэл1.

=> (6)

Фотоэлемент устроен следующим образом (рис. 4):

Рис.4 Принципиальная схема фотоэлемента

Лампа HL1 - обычная лампа накаливания, ее свет сфокусирован отражателем на “своем” светоприемнике. Если свет доходит до светоприемника (бревно не загораживает) то транзистор открыт, на выходе фотоэлемента низкий уровень (0), иначе (в темноте) на выходе высокий уровень (1). Выходы Фэл1 и Фэл2 являются входами МП системы.

Алгоритм измерения длины бревна будет таким. Последовательно:

если на Фэл1 перепад 0-1 (“свет-темнота”), то старт таймеров Т1, Т2;

если на Фэл2 перепад 0-1 стоп таймера Т1;

по перепаду Фэл1 1-0 (“темнота-свет ”) стоп таймера Т2;

рассчитать длину по формуле (6).

Отметим: если во время работы, когда бревно проходит мимо и загораживает один из фотоэлементов, конвейер остановится, то будет замерена неверная неправдоподобно большая длина, возможно, будет переполнение таймеров. Аналогично, если в момент включения питания МП системы бревно уже лежит на конвейере, то его длина не может быть измерена. Во избежание этих ситуаций надо: сделать невозможной остановку конвейера при включенной МП системе; в алгоритм самотестирования (POST) добавить проверку фотоэлементов на готовность (удостовериться, что их светоприемные части освещены).

Механизм отбраковки рассмотрим менее подробно. МП система должна лишь выдать сигнал логической “1” для бракованного бревна и “0” для нормального. Сигнал выдается в момент, когда задняя кромка бревна минует Фэл2 (по перепаду Фэл2 1-0). Далее он усиливается и подается на привод отбраковки. Привод (не вдаваясь в подробности) при наличии “1” на его входе поднимает вверх постоянно движущийся поперечный конвейер ( на рис. 2), и он сбрасывает бревно с основного конвейера.