Удалённое управление объектами по двум проводам, используя частоту промышленной сети 50 Гц

Опубликовано Юрий Петрович С... в Ср, 13/02/2013 - 15:13

выполнил Тонких Сергей, 11 кл,
2011-2012 учебный год

Аннотация

Разработать простую в изготовлении, надёжную в эксплуатации, доступную в цене систему, которая по двум проводам, соединяющим основной блок и блок управления, будет не только передавать информацию, но и получать необходимое питающее напряжение для работы этой схемы. И всё это без дополнительных кодировок, используя только частоту промышленной сети 50 Гц.

Синусоидальное напряжение 8-36 v частотой 50 Гц, пришедшее на пульт используется так: положительные полуволны для питания схемы, а отрицательные для передачи информации на основной блок, причём передача информации независимая, т.е. одновременно можно передать всю заложенную заранее информацию.

На основании вышеизложенного был изготовлен действующий макет, который полностью подтвердил все необходимые характеристики системы:

  • Расстояние между основным блоком и блоком управления может достигать 500 метров, без дополнительной экранировки двухпроводной линии.
  • Толщина двухпроводной линии не критична из-за малого потребления энергии пультом управления (всего 3-10 мА).
  • Во время эксплуатации не было сбоев в работе.

Возможное применение предлагаемой системы:

  • В промышленности, например, управление кран-балкой.
  • В быту может быть использована как охранная сигнализация, указатель направления ветра и поворота антенны, всевозможные пороговые датчики уровня жидкости, и т.д.

Описание

Чтобы представить работу предлагаемого -- сделаем небольшое отступление.

Известно, что частота промышленной сети 50Гц чисто синусоидальной формы. Это хорошо видно на осциллографе.

Теперь если во вторичную цепь сетевого трансформатора включить диод, как показано выше, то форма сигнала примет следующий вид:

Возникла идея: а что если срезать не все отрицательные полупериоды, а только выборочно? Каждый пятый, седьмой, или первый? Для этого была разработана и испытана схема (рис. 2).

 

Схема собрана на двух микросхемах. На DD1 (К561ИЕ8) собран десятичный счётчик. На двух логических элементах микросхемы DD2 выполнен формироваватель прямоугольных импульсов, пригодных для счёта.

Цепочка C2 и R4 служит для обнуления счётчика. Со счётных выходов микросхемы через развязывающие диоды VD3-VD12 и соответствующие кнопки импульсы поступают на спусковое устройство, выполненное на двух транзисторах типа КТ361 и КТ315, в коллектор которого включен диод VD2.

Нажали пятую кнопку -- значит каждый пятый импульс вырезается из синусоидального сигнала. Но каким образом понять, на основном блоке, что именно первый импульс является первым, а не пятым или десятым? Для этого необходимо информационную синусоиду застробировать, т.е. посылать метки для сброса, через определённое кол-во импульсов.

 

На основном блоке устанавливать такой-же счётчик, как и на пульте. Полученная схема основного блока имеет следующий вид (рис.3):

Питается схема от выпрямителя VD9, напряжение стабилизировано VD10. Для работы счётчика DD1 так-же используется формирователь, выполненный на двух логических элементах DD2.1, DD2.2. Для сброса используется цепочка C1 R3.А вот для формирования стробирующего импульса работает схема на одном логическом элементе DD2.5, транзисторе VT1 и диоде VD8. Она выдаёт стробирующий импульс в зависимости от того, куда будет соединён вход элемента DD2.5, т.е. на какой счётный импульс. В нашем случае на каждый десятый. Полученный стробирующий импульс вписан в положительную полуволну и никак не влияет на количество вырезанных импульсов, поэтому кол-во светодиодов можно увеличить до 10.

Таким образом два десятичных счётчика (на основном блоке и на пульте управления) будут производить сброс одновременно, а это означает, что и подсчитывать отрицательные полупериоды они будут синхронно.

Чтобы увидеть, т.е принять информацию о срабатывании той или иной кнопки, была собрана простейшая система совпадения.

На элементах DD2.3, DD2.4 собран формирователь всех отрицательных импульсов, которые не были срезаны пультом управления, а счётчик DD1 основного блока выдаёт положительные импульсы согласно штатной работе, и при совпадении этих импульсов высвечивается светодиод. Ввиду того, что информация обновляется через каждые десять подсчитанных импульсов, то и светодиоды моргают с этой частотой, т.е F=5Гц. Чтобы привести полученную информацию к нормальному виду, была собрана схема так называемого "тормозящего момента" (см рис.4).

Схема выполнена на логических элементах, выполняющих роль каскадов совпадения, инверторов и цепочки торможения. Входы каскадов совпадения (пронумерованные от 0 до 5) подключаются к соответствующим выходам счётчика основного блока. Точка "А" подключается к выходу элемента DD2.3.

Полная принципиальная схема действующего макета удаленного управления представлена в Приложение 1. Рассмотренное нами устройство может найти широкое применение. На его основе легко можно реализовать сторожевое устройство, измеритель уровня воды, указатель направления ветра и т.д.

Физика. Электричество