Управление HD44780 по линии питания / Habr

Вообще-то, способы уменьшения количества проводов там и так предусмотрены. Вот, например, четырёхбитный режим. Всё равно много? Есть дисплейные модули с I²C. Но нет предела совершенству, и если у вас найдётся лишнее Arduino (рано или поздно появляющееся у многих), дисплей можно отнести от источника данных на некоторое расстояние и подключить двухпроводным кабелем.

Один из способов передачи питания и данных по одной и той же паре проводов состоит в следующем. Сигнал с данными модулируют высокой частотой и объединяют, а на противоположном конце линии разделяют для подачи в демодулятор при помощи дросселей и конденсаторов. Но при питании постоянным током можно воспользоваться более простым способом, похожим на применяемый в домофонных ключах. Модулятор и демодулятор в этом случае не требуются, на передающей стороне достаточно ключа, коммутирующего цепь питания:

Транзисторы — AO3400A и AO3401A. Второй из них выдерживает 5 А (по другим данным — 4), а здесь коммутировать ему приходится всего 200 мА. Поток последовательных данных на ключ может быть подан с какого-либо микроконтроллера, но поскольку конструкция экспериментальная, автор воспользовался ПК, на котором запущен Python-скрипт, и конвертером USB-UART.

Прерыватель питания у автора получился неказистым, но очень крепким:

На противоположном конце линии пульсирующее напряжение подано на однополупериодный выпрямитель с фильтром (хотя выпрямление в данном случае не требуется, просто нужно, чтобы напряжение до диода оставалось пульсирующим, а после — нет), от которого питаются Arduino и дисплейный модуль. Arduino преобразует последовательные данные в параллельные, необходимые модулю. Внимание, у модулей на КБ1013ВГ6 цоколёвка бывает нестандартной. Пульсирующее напряжение до диода поступает на один из цифровых входов Arduino.

Так это выглядит в реале:

Прошивка максимально упрощена, она самостоятельно не вырабатывает даже команды инициализации контроллера дисплея (и все остальные команды), поэтому подавать их должна передающая сторона. Но при этом она распознаёт простейшие однобайтные команды, адресованные непосредственно ей. Здесь х — младший полубайт, команда — старший полубайт:

0xA[x] — подать полубайт x на выводы 4 — 7 модуля
0xB[x] — подать младший бит полубайта x на вход RS модуля
0xC[x] — подать младший бит полубайта x на вход EN модуля
0xD[x] — выставить яркость подсветки (регулируется ШИМом) пропорционально полубайту x

Всё необходимое ПО находится здесь. Чтобы показать, как всё работает, автор составил такой сценарий:

И запустил:

Связь по ЛЭП — Википедия

Связь через ЛЭП, PLC (англ. Power line communication) — термин, описывающий несколько разных систем для использования линий электропередачи (ЛЭП) для передачи голосовой информации или данных. Сеть может передавать голос и данные, накладывая аналоговый сигнал поверх стандартного переменного тока частотой 50 Гц или 60 Гц. PLC включает BPL (англ. Broadband over Power Lines — широкополосная передача через линии электропередачи), обеспечивающий передачу данных со скоростью до 500 Мбит/с, и NPL (англ. Narrowband over Power Lines — узкополосная передача через линии электропередачи) со значительно меньшими скоростями передачи данных до 1 Мбит/с.

Использование связи через ЛЭП для управления энергосистемой[править | править код]

Ещё на заре развития энергосетей встал вопрос о передаче диспетчерской информации от одного энергоузла к другому. Использование для этих целей телефонных и телеграфных линий, прокладываемых параллельно ЛЭП, считалось нерациональным, поэтому уже в начале 20-го века в сетях постоянного тока (см. война токов) в США применялась передача телеграфных сигналов непосредственно по проводам ЛЭП. Позже, с развитием средств радиосвязи, подобная методика стала применима и для сетей переменного тока.

Передача диспетчерской информации по проводам линий электропередач широко применяется, как один из основных видов связи. Приёмопередатчик подключается к ЛЭП через фильтр присоединения, образованный из конденсатора малой ёмкости (2200 — 6800 пикофарад) и высокочастотного трансформатора (автотрансформатора). Подобная система позволяет передавать как голосовую информацию, так и данные телеметрии и телеуправления.

Использование ЛЭП для других целей связи[править | править код]

Технология PLC базируется на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена. Эксперименты по передаче данных по электросети велись достаточно давно, но низкая скорость передачи и слабая помехозащищённость были наиболее узким местом данной технологии. Появление более мощных DSP-процессоров (цифровые сигнальные процессоры) дало возможность использовать более сложные способы модуляции сигнала, такие как OFDM-модуляция, что позволило значительно продвинуться вперед в реализации технологии PLC.

В 2000 году несколько крупных лидеров на рынке телекоммуникаций объединились в HomePlug Powerline Alliance с целью совместного проведения научных исследований и практических испытаний, а также принятия единого стандарта на передачу данных по системам электропитания. Прототипом PowerLine является технология PowerPacket фирмы Intellon, положенная в основу для создания единого стандарта HomePlug1.0 (принят альянсом HomePlug 26 июня 2001 года), в котором определена скорость передачи данных до 14 Мб/сек.

Однако на данный момент стандарт HomePlug AV поднял скорость передачи данных до 500 Мбит/с.

Основой технологии PowerLine является использование частотного разделения сигнала, при котором высокоскоростной поток данных разбирается на несколько относительно низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на отдельной поднесущей частоте с последующим их объединением в один сигнал. Реально в технологии PowerLine используются 1536 поднесущих частот с выделением 84 наилучших в диапазоне 2—34 МГц.

При передаче сигналов по бытовой электросети могут возникать большие затухания в передающей функции на определенных частотах, что может привести к потере данных. В технологии PowerLine предусмотрен специальный метод решения этой проблемы — динамическое включение и выключение передачи сигнала (dynamically turning off and on data-carrying signals). Суть данного метода заключается в том, что устройство осуществляет постоянный мониторинг канала передачи с целью выявления участка спектра с превышением определенного порогового значения затухания. В случае обнаружения данного факта, использование этих частот на время прекращается до восстановления нормального значения затухания, а данные передаются на других частотах.

Существует также проблема возникновения импульсных помех (до 1 микросекунды), источниками которых могут быть галогенные лампы, а также включение и выключение мощных бытовых электроприборов, оборудованных электрическими двигателями.

Подключение к Интернету[править | править код]

В настоящее время подавляющее большинство конечных подключений осуществляется посредством прокладки кабеля от высокоскоростной линии до квартиры или офиса пользователя. Это наиболее дешевое и надежное решение, но если прокладка кабеля невозможна, то можно воспользоваться имеющейся в каждом здании системой силовых электрических коммуникаций. При этом любая электрическая розетка в здании может стать точкой выхода в Интернет. От пользователя требуется только наличие PowerLine-модема для связи с аналогичным устройством, установленным, как правило, в электрощитовой здания и подключенным к высокоскоростному каналу. PLC может быть хорошим решением «последней мили» в коттеджных посёлках и в малоэтажной застройке, в связи с тем, что традиционные провода стоят в несколько раз дороже PLC.

Малый офис (SOHO)[править | править код]

PowerLine-технология может быть использована при создании локальной сети в небольших офисах (до 10 компьютеров), где основными требованиями к сети являются простота реализации, мобильность устройств и легкая расширяемость. При этом как вся офисная сеть, так и отдельные её сегменты могут быть построены с помощью PowerLine-адаптеров. Часто встречается ситуация, когда необходимо включить в уже существующую сеть удаленный компьютер или сетевой принтер, расположенный в другой комнате или в другом конце здания. Такая проблема легко решается с помощью PowerLine-адаптеров.

Домашние коммуникации[править | править код]

PowerLine-технология может быть использована при реализации идеи «умного дома», где вся бытовая электроника связана в единую информационную сеть с возможностью централизованного управления.

Автоматизация[править | править код]

В связи с тем, что PLC использует готовые коммуникации, PowerLine-технология может быть использована в автоматизации технологических процессов, связывая блоки автоматизации по электропроводам или другим видам проводов.

Системы безопасности[править | править код]

В связи с тем, что PLC может работать на различных проводах (не обязательно электрических) применение в ОПС вполне реализуемо также и для систем видеонаблюдения объектов.

• Простота использования — не требуется прокладка отдельного кабеля.
• Можно использовать любые другие провода, в том числе и контактные сети электротранспорта и метро.
• Оперативность при развертывании сети передачи данных — электрические провода есть почти везде.
• Не требуется регистрация оборудования как радиочастотного, несмотря на то, что мощность передатчика составляет 75 мВт, а это создаёт уровень помех, превышающий допустимые ГОСТом нормы по ЭМС.
• В случае, если каким-то образом есть влияние на какие-то частоты, в PLC-оборудовании предусмотрен механизм подавления сигнала в заданном диапазоне.

• Пропускная способность сети по электропроводке делится между всеми её участниками (используется топология сети «общая шина»).
• Иногда требуются специальные совместимые сетевые фильтры и ИБП. Сигнал может существенно ослабляться, проходя через многие сетевые разветвители-фильтры.
• На качество, скорость и надёжность связи оказывают отрицательное влияние электробытовые приборы (энергосберегающие лампы, импульсные блоки питания, зарядные устройства, выключатели освещения и т. п. и т. д.). В результате наблюдается снижение скорости от 5 до 50 %.
• На качество, скорость и надёжность связи оказывает отрицательное влияние исполнение/топология/качество электропроводки, тип/режим/мощность бытовых электроприборов и устройств, наличие скруток. В результате наблюдается снижение скорости передачи данных до полного пропадания сигнала.
• Уязвима для сигналов от радиопередающих устройств коротковолнового (КВ) диапазона, в том числе и устройств службы любительской радиосвязи.
• Не может серьёзно рассматриваться как надёжная технология передачи данных ввиду уязвимости для помех из общих электросетей и несоответствия нормам по электромагнитной совместимости как по приёму (уязвимость для помех из электросети, сигналов КВ передатчиков), так и по передаче сигналов (создание помех в электросеть и КВ приёмникам).
• Создаёт помехи в коротковолновом диапазоне, что особенно чувствительно для службы любительской радиосвязи (ЛСР), учитывая, что ЛСР использует КВ частоты исключительно на официальной и разрешительной основе в государственных органах, ЛСР имеет безусловный приоритет перед PLC.

PoE — питаемся по витой паре | Powerline и PoE | Блог

Проводные локальные сети не спешат сдавать позиции даже несмотря на повсеместное распространение Wi-Fi. Подключение с помощью витой пары все еще надежнее беспроводного во многих аспектах. Системы видеонаблюдения, IP-телефоны, индустриальные локальные сети, и локальные сети предприятий — во всех этих случаях использование беспроводной связи нежелательно. Передача электрической энергии по витой паре (PoE — «Power over Ethernet») позволяет немного сократить расходы на построение такой сети, снимая необходимость оснащения розеткой 220В каждой точки подключения сетевого устройства.

Преимущества и недостатки

Оборудование с поддержкой PoE (концентраторы и конечные устройства) стоит дороже обычного, поэтому в некоторых случаях особой экономии не будет. Например, при построении сети IP-телефонии — как правило, в точках установки телефонов розетки уже есть. Но выгода от использования PoE может быть не только экономической.

Подключение устройств через PoE безопаснее, так как питание по витой паре стабилизировано и не зависит от помех в сети 220В. А еще с помощью PoE можно очень просто обеспечить все устройства сети гарантированным питанием — для этого всего лишь надо запитать с ИБП базовый концентратор сети (разумеется, и у него, и у сетевых устройств должна быть поддержка PoE).

PoE обеспечивает централизованное управление и контроль всех устройств сети: включение/выключение каждого отдельного устройства (в том числе автоматическое), ведение учета потребленной каждым устройством электроэнергии; интерфейс PoE-концентраторов обычно также позволяет определять режим работы отдельных устройств и своевременно обнаруживать поломки.

Подключение с использованием PoE выглядит эстетически совершеннее — меньше розеток, меньше проводов.

К недостаткам устройств с PoE (кроме уже упомянутой высокой цены) можно отнести ограниченную электрическую мощность и повышенный уровень энергопотерь: сечение жилы витой пары невелико, поэтому в ней возрастает сопротивление и падает напряжение. Кроме того, из-за большей мощности концентратора с поддержкой PoE, ему потребуется более мощный (и дорогой) ИБП.

Как это работает?

PoE-устройства делятся на несколько видов:

1. Конечные источники питания (endspan) — свитчи, коммутаторы, маршрутизаторы с поддержкой PoE. При подключении к такому коммутатору сетевого устройства, оно получит питание автоматически — если, конечно, тоже поддерживает PoE.

2. Промежуточные источники питания (midspan) — адаптеры (инжекторы) PoE и блоки питания PoE. Эти устройства используются, когда нужно организовать PoE на отдельных линиях сети. Они позволяют подключать PoE-потребителей к обычным коммутаторам.

3. Сплиттеры — устройства, предназначенные для подключения к сети с PoE обычных сетевых устройств. Они разделяют (англ. «split» — разделять) поступающее по одному кабелю питание и данные, выводя их на два отдельных разъема: RJ-45 и разъем питания.

PoE-инжектор и PoE-сплиттер в паре можно использовать для передачи питания по кабелю Ethernet в обычной сети без устройств с поддержкой PoE.

4. PoE-потребители — сетевые устройства (IP-телефоны, видеокамеры, точки доступа, коммутаторы и пр.), способные получать питание по сети Ethernet.

Технология PoE использует два метода передачи данных по витой паре, называемые метод «А» и метод «В». По методу «А» питание передается по тем же проводам, что и данные (1,2,3 и 6 контакты в разъеме). По методу «В» питание передается по другим проводам — 4,5,7 и 8. В сетях 10Base-T и 100Base-TX (10 Мбит и 100 Мбит соответственно) эти провода не задействованы, что позволяет использовать для них недорогой четырехпроводной кабель. Очевидно, метод «В» с такими кабелями работать не будет.

Все PoE-потребители и сплиттеры могут работать по обоим вариантам. А вот источники питания, как правило, поддерживают только один метод.

Таким образом, если у вас сеть 10Base-T или 100Base-TX, построенная на четырехпроводном кабеле, источники питания должны поддерживать метод «А». К сожалению, определить, какой метод поддерживается источником, не так просто. Почему-то в спецификации эта особенность указывается нечасто и порой определить метод питания можно только по документации или по наклейке на корпусе. Если там указаны контакты 1-2-3-6, то питание подается по методу «А», если 4,5,7,8 — по методу «В».

Если же вы используете в ЛВС восьмипроводной кабель, о методе PoE можно не думать — на таких кабелях будет работать любое PoE-оборудование.

У незнакомых с технологией часто возникает вопрос: не опасно ли подключать в сеть с РоЕ «обычные» устройства без поддержки РоЕ? В общем, это безопасно — инжектор подаст в кабель питание только после того, как получит ответ о поддержке протокола от питаемого устройства. Это защищает оборудование от повреждений не только когда PoE не поддерживается, но и если сетевой кабель был обжат неправильно.

Однако существует технология Passive PoE, в которой передача питания по кабелю осуществляется парой отдельных устройств — подключенный к питанию инжектор подает напряжение на свободные пары, а сплиттер снимает его и выводит на отдельный разъем (розетку), к которому уже подключается обычное сетевое оборудование.

Инжектор Passive PoE подает питание в кабель сразу после включения и, если с другой стороны кабеля подключить не сплиттер Passive PoE, а непосредственно сетевое устройство, оно может выйти из строя. Ну и ошибка при обжимке кабеля в этом случае также может привести к неприятным последствиям.

Passive PoE может упростить (и удешевить) подключение «обычных» сетевых устройств без внедрения PoE в локальную сеть, но пользоваться им следует с осторожностью. Кроме того, поскольку Passive PoE может передавать питание только по свободным парам (как метод В в РоЕ и РоЕ+), в сетях 1000Base-T его использовать нельзя.

Стандарты

PoE описан стандартом 802.3af. В настоящее время разработаны и поддерживаются многими устройствами новые стандарты — 802.3at (PoE+) и 802.3bt (PoE++). Различия стандартов приведены в таблице:

Кроме того, последний стандарт 802.3bt задействует для передачи питания все 4 пары, поэтому использовать его на кабелях с двумя парами проводов не получится.

Стандарты 802.3 частично обратно совместимы: питающее устройство 802.3bt снабдит питанием и питаемое устройство 802.3af, и 802.3at. А вот сплиттер 802.3at от инжектора 802.3af может и не заработать — производители порой реализуют обратную совместимость и для приемников, но стандарт этого не требует; кроме того, порой таковая совместимость просто невозможна — например, если сплиттер потребляет больше, чем способен выдать инжектор.

Как мы видим, PoE — это достаточно просто и безопасно, и — в некоторых случаях — может значительно упростить внедрение распределенной системы на базе сети Ethernet и снизить её стоимость. Однако при её использовании следует уделить большее время планированию системы и правильно подобрать оборудование в соответствии с требуемыми скоростями передачи данных, используемыми кабелями, потребляемой мощностью и так далее.

устройство для приема и передачи информации по линии питания постоянного тока — патент РФ 2404509

Изобретение относится к технике построения бортовых систем контроля, защиты и управления. Технический результат заключается в снижении уровня электромагнитных помех, создаваемых устройством, снижении чувствительности к воздействию импульсных помех, уменьшении уровня пульсаций напряжения питания и повышении устойчивости работы электронных информационно-управляющих устройств бортовой системы контроля, защиты и/или управления машины. Устройство содержит двунаправленные блоки развязки цифровых сигналов и питающего напряжения, содержащие трансформаторы, первые обмотки которых включены последовательно в линию питания постоянного тока, а вторые подключены к устройствам приема и передачи цифровых сигналов, выполненным с возможностью взаимного блокирования их работы. Устройство приема цифровых сигналов содержит, в частности, последовательно соединенные усилитель, выпрямитель или демодулятор, фильтр и пороговое устройство, а устройство передачи — управляемый импульсный генератор. Любая из составных частей бортовой системы может содержать собственную мультиплексную линию связи. Отдельные составные части бортовой системы посредством совмещенной линии питания и обмена информацией соединены по физической сетевой топологии типа «звезда» или «дерево». 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2404509

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в бортовых системах контроля, защиты и управления автомобилей и строительно-дорожных машин, в частности грузоподъемных кранов.

Известно устройство для приема и передачи сигналов в системе контроля, защиты и управления грузоподъемного крана, содержащее устройства приема и передачи аналоговых и дискретных параметров, несущих информацию о режимах работы крана, объединенных отдельными проводными линиями связи [1].

Параллельный обмен информацией между составными частями системы приводит к увеличению числа электрических линий связи в системе и к снижению ее надежности.

Известно также устройство для передачи и приема информации в системе защиты и управления грузоподъемного крана, построенное с использованием мультиплексных двухпроводных кабелей-шин CAN-Bus и обеспечивающее распределение сообщений между составными частями этой системы на основе CAN протокола [2].

В устройстве с шиной CAN за счет применения двухпроводной линии обмена информацией (линий K и L) вместо множества отдельных проводов достигается повышение надежности системы защиты и управления машины.

Однако одной из наиболее значимых особенностей протокола CAN являются сложные механизмы обнаружения и ограничения ошибок, что приводит к усложнению устройств приема и передачи данных. К этому же недостатку приводит необходимость использования отдельных проводов для передачи напряжения питания на отдельные составные части системы.

Наиболее близким к предложенному является устройство для приема и передачи информации по линии питания постоянного тока, содержащее двунаправленные блоки развязки цифровых сигналов и питающего напряжения в совмещенной линии питания и обмена информацией, установленные в контроллерах — в составных частях бортовой системы контроля, защиты и/или управления машины. Каждый из блоков развязки содержит силовой ключ и диодно-конденсаторную цепь либо дроссель, включенный последовательно в линию питания постоянного тока.

Передача цифровых сигналов в этом устройстве осуществляется путем модуляции напряжения в совмещенной линии питания и обмена информацией. Это приводит к увеличению уровня электромагнитных помех, создаваемых устройством, к его повышенной чувствительности к воздействию импульсных помех на этой линии, а также к увеличению уровня пульсаций питающего напряжения его информационно-управляющих устройств.

Техническими результатами, на достижение которых направлено предложенное техническое решение, являются:

— снижение уровня электромагнитных помех, создаваемых устройством;

— снижение чувствительности устройства к воздействию импульсных помех на совмещенную линию питания и обмена информацией;

— снижение уровня пульсаций питающего напряжения на выводах питания электронных информационно-управляющих устройств составных частей бортовой системы контроля, защиты и/или управления машины и, соответственно, повышение устойчивости и надежности обмена информацией.

В предложенном устройстве для приема и передачи информации по линии питания постоянного тока, содержащем двунаправленные блоки развязки цифровых сигналов и питающего напряжения в совмещенной линии питания и обмена информацией, установленные в составных частях бортовой системы контроля, защиты и/или управления машины, эти технические результаты достигаются тем, что каждый из блоков развязки содержит трансформатор, первая обмотка которого включена последовательно в линию питания постоянного тока, а вторая обмотка подключена к устройствам приема и передачи цифровых сигналов, которые выполнены с возможностью взаимного блокирования их работы.

Для достижения этих технических результатов устройство приема цифровых сигналов содержит, в частности, последовательно соединенные усилитель, выпрямитель или демодулятор, фильтр и пороговое устройство. При этом усилитель либо выпрямитель или демодулятор выполнен с возможностью блокирования его работы передаваемым цифровым сигналом.

Пороговое устройство выполнено, в частности, в виде регенератора импульсной последовательности, например, с возможностью переключения его выходного сигнала при уровне сигнала на выходе фильтра, близком к половине его максимального значения. Усилитель при необходимости оснащается устройством автоматической регулировки усиления.

Устройство передачи цифровых сигналов может быть реализовано на основе управляемого генератора.

Любая из составных частей бортовой системы может содержать собственную, например, однопроводную мультиплексную линию связи. В этом случае устройства приема и передачи цифровых сигналов содержат соответствующие драйверы мультиплексной линии связи.

Кроме того, для достижения указанных технических результатов вход устройства приема и выход устройства передач цифровых сигналов подключены, в частности, к различным выводам второй обмотки трансформатора, а параллельно источнику питания или цепи питания каждой составной части бортовой системы устанавливаются конденсаторы и/или иные устройства подавления импульсных помех. Отдельные составные части бортовой системы контроля, защиты и/или управления машины посредством совмещенной линии питания и обмена информацией соединены по физической сетевой топологии типа «звезда» или «дерево».

Благодаря указанным отличительным признакам в предложенном устройстве осуществляется передача информационных сигналов по линии питания в виде тока, что обеспечивает снижение уровня электромагнитных помех, создаваемых этой линией и, соответственно, устройством в целом. Одновременно это обеспечивает снижение чувствительности устройства к воздействию импульсных помех на совмещенную линию питания и обмена информацией, возникающих, в частности, при коммутации сильноточных нагрузок, при проведении электросварки на машине и т.п. Передача сигналов в виде тока позволяет также подключить фильтрующие конденсаторы или иные устройства защиты от помех непосредственно к выводам питания электронных схем каждой составной части бортовой системы контроля, защиты и/или управления машины, что обеспечивает снижение пульсаций напряжения их питания и, соответственно, повышение устойчивости работы устройства.

На чертеже приведен пример функциональной схемы бортовой системы контроля, защиты и/или управления машины с предложенным устройством для приема и передачи информации по линии питания постоянного тока.

В приведенном примере показаны две составные части 1, 2 этой системы, соединенные между собой совмещенной линией питания и передачи данных 3.

Их устройства приема и передачи цифровых сигналов могут быть идентичными. Пример их исполнения у составной части 1 показан в развернутом виде, а у составной части системы 2 — в виде общего блока.

В бортовой системе контроля, защиты и/или управления машины может быть три и более составных частей. Они объединяются между собой посредством указанной совмещенной линии питания и обмена информацией 3 по физической сетевой топологии типа «звезда» или «дерево». Это приводит к пропорциональному перераспределению выходного тока передающей (активной) составной части этой системы. Ослабление принимаемого сигнала при этом компенсируется усилителем, входящим в состав каждого устройства приема цифровых сигналов.

Двунаправленные блоки развязки цифровых сигналов и питающего напряжения в каждой из составных частей системы 1, 2 содержат трансформатор 4, первая обмотка которого включена последовательно в линию питания постоянного тока 3, а вторая обмотка подключена к устройствам приема и передачи цифровых сигналов.

Устройство приема цифровых сигналов содержит, в частности, последовательно соединенные усилитель 5, выпрямитель или демодулятор 6, фильтр нижних частот 7 и пороговое устройство 8. При этом усилитель 5 либо выпрямитель или демодулятор 6 выполнен с возможностью блокирования его работы (обнуления коэффициента передачи) передаваемым цифровым сигналом.

Пороговое устройство 8 выполнено, в частности, в виде регенератора импульсной последовательности. Например, на основе компаратора, порог переключения которого устанавливается на уровне половины амплитуды сигнала на выходе фильтра 7. Амплитуда указанного сигнала в этом случае определяется с помощью пикового детектора или устройства выборки-хранения, а половина этой амплитуды устанавливается с помощью делителя напряжения, соединенного с опорным входом компаратора.

Выпрямитель или демодулятор 6 может быть выполнен, в частности, в виде активного двухполупериодного выпрямителя на операционных усилителях, а фильтр 7 — в виде конденсатора, включенного в обратную связь этого операционного усилителя. Фильтр 7 может быть выполнен также в виде отдельного устройства с использованием RC или LC цепей.

Усилитель 5 может быть оснащен устройством автоматической регулировки усиления, вход которого подключен, например, к выходу фильтра 7.

Устройство передачи цифровых сигналов может быть реализовано в виде управляемого импульсного генератора 9, формирующего импульсы несущей частоты f во время передачи логического нуля или логической единицы передаваемой информации. Т.е. логическому нулю в линии 3 может соответствовать либо отсутствие переменного тока несущей частоты в этой линии, либо его наличие. Соответственно логической единице — наоборот, его наличие или отсутствие. В любом случае величина несущей частоты f значительно превышает длительность нуля и единицы (бита) передаваемой информации.

В устройстве приема цифровых сигналов эта частота f подавляется фильтром 7.

Любая из составных частей бортовой системы контроля, защиты и/или управления машины может содержать собственную мультиплексную линию связи 10, например, типа LIN, CAN и т.п., соединяющую устройства для приема и передачи информации с информационно-управляющим устройством 11 и с другими условно не показанными функциональными узлами каждой составной части этой бортовой системы. В этом случае используется драйвер 12 мультиплексной линии связи 10.

Если мультиплексная линия связи отсутствует, то выход информационно-управляющего устройства 11, формирующего информационные сигналы, подлежащие передаче в другую составную часть 2 системы по линии 3, соединяется непосредственно с управляющим входом TX генератора 9, а выход порогового устройства 8 — с входом RX этого информационно-управляющего устройства 11 (на чертеже условно не показано). В этом случае взаимное блокирование работы устройств приема и передачи цифровых сигналов, т.е. исключение обратной передачи принимаемых сигналов в линию 3, а также приема собственного передаваемого сигнала, осуществляется самим информационно-управляющим устройством 11 с использованием его программно-аппаратных средств.

Информационно-управляющее устройство 11 в общем случае реализовано на основе микроконтроллера и в зависимости от назначения и выполняемых функций каждой составной части 1, 2 бортовой системы контроля, защиты и/или управления машины может содержать набор различных датчиков, исполнительных устройств, органов управления, элементов индикации и других элементов.

Для развязки передаваемых и принимаемых сигналов вход устройства приема (усилителя 5) и выход устройства передачи цифровых сигналов (управляемого генератора 9) подключены, в частности, к различным выводам второй обмотки трансформатора 4.

Параллельно источнику питания или цепи питания каждой составной части бортовой системы устанавливаются конденсаторы 13 и/или иные устройства подавления импульсных помех — варисторы, ограничители напряжения и т.п.

Питание всей системы осуществляется от источника питания 14 — от аккумулятора, генераторной установки, выпрямителя со сглаживающим фильтром, импульсного стабилизатора и т.п. Этот источник может быть как внешним по отношению к системе, так и входящим в одну из ее частей.

Устройство работает следующим образом.

Электрическое питание всех составных частей 1, 2 и т.д. бортовой системы контроля, защиты и/или управления машины осуществляется от одного источника 14 по объединенной линии питания и передачи данных 3.

В устройстве реализована двухсторонняя передача информации между всеми составными частями этой системы.

Для этого информационно-управляющее устройство 11 какой-либо составной части системы, работая по программе, заложенной в памяти его микроконтроллера, принимает сигнал с линии 3 и выявляет, что эта линия свободна для передачи.

Далее информационно-управляющее устройство 11 в последовательном коде с использованием своего передатчика 9 по объединенной линии 3 формирует запросы на получение информации от каждой составной части системы или на передачу информации в них. Каждый запрос содержит, в частности, адрес составной части системы, с которой должен произойти обмен информацией, команду, информацию (при передаче данных) и контрольную сумму.

Сигнал с линии 3 поступает одновременно на входы информационно-управляющих устройств 11 всех составных частей системы. Эти информационно-управляющие устройства 11 осуществляют прием информации с линии 3 и проверку контрольной суммы. Если контрольная сумма не совпадает, результат приема игнорируется и информационно-управляющее устройство 11 переходит в режим ожидания следующей передачи, которая циклически повторяется с целью обеспечения надежности системы при работе в условиях помех.

При совпадении контрольной суммы каждое информационно-управляющее устройство 11 производит сравнение принятого адреса с собственным адресом и в случае их совпадения принимает информацию и формирует сигналы подтверждения этого приема либо начинает передачу ответной информации с использованием управляемого генератора 9 и трансформатора 4. При этом другие информационно-управляющие устройства, адреса которых не совпадают с переданным адресом, игнорируют принятый сигнал запроса и находятся в режиме ожидания обращения к ним. Благодаря этому в любой момент времени в режиме передачи находится только одна составная часть системы и конфликта по загрузке объединенной линии питания и обмена данными 3 не происходит.

В описанном устройстве при использовании описанного физического уровня протокола передачи данных может быть реализована последовательная передача цифровой информации как в асинхронном, так и в синхронном режимах. При этом могут быть реализованы различные канальные, сетевые, транспортные и прикладные уровни протокола передачи информации. В частности, лежащие в основе протоколов доступа по проводным сетям LIN, CAN, MicroLAN и т.п.

В данном описании схематично приведены лишь частные варианты реализации предложенного устройства. Изобретение охватывает другие возможные варианты его исполнения и их эквиваленты без отступления от сущности изобретения, изложенной в его формуле.

Источники информации

1. RU 2129524 C1, B66C 23/88, 13/18, 27.04.1999.

2. Успех благодаря применению новых идей в краностроении. Проспект фирмы Liebherr-Werk Ehingen Gmbh, Postfach 1361, 1999.

3. RU 2276094 C1, B66C 13/18, 23/88, 10.05.2006.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для приема и передачи информации по линии питания постоянного тока, содержащее двунаправленные блоки развязки цифровых сигналов и питающего напряжения в совмещенной линии питания и обмена информацией, установленные в составных частях бортовой системы контроля, и/или защиты, и/или управления машины, отличающееся тем, что каждый из блоков развязки содержит трансформатор, первая обмотка которого включена последовательно в линию питания постоянного тока, а вторая обмотка подключена к устройствам приема и передачи цифровых сигналов, которые выполнены с возможностью взаимного блокирования их работы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство приема цифровых сигналов содержит последовательно соединенные усилитель, выпрямитель или демодулятор, фильтр и пороговое устройство, причем усилитель, или выпрямитель, или демодулятор выполнен с возможностью блокирования его работы цифровым сигналом с информацией, подлежащей передаче.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пороговое устройство выполнено в виде регенератора импульсной последовательности.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что регенератор импульсной последовательности содержит компаратор и выполнен с возможностью его переключения при уровне сигнала на выходе фильтра, близком к половине максимального значения этого сигнала.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что усилитель оснащен устройством автоматической регулировки усиления.

6. Устройство по любому из пп.2-5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит драйвер, соединенный своим входом с выходом порогового устройства и выполненный с возможностью подключения к мультиплексной линии связи составной части бортовой системы контроля, и/или защиты, и/или управления машины.

7. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что устройство передачи цифровых сигналов содержит управляемый генератор.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что устройство передачи цифровых сигналов содержит драйвер, выполненный с возможностью преобразования передаваемых сигналов в мультиплексной линии связи составной части бортовой системы контроля, и/или защиты, и/или управления машины в сигналы запуска управляемого генератора и блокирования работы устройства приема цифровых сигналов.

9. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что вход устройства приема и выход устройства передач цифровых сигналов подключены к различным выводам второй обмотки трансформатора.

10. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что параллельно источнику питания или цепи питания составной части бортовой системы контроля, и/или защиты, и/или управления машины установлен конденсатор и/или иное устройство подавления импульсных помех.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отдельные составные части бортовой системы контроля, и/или защиты, и/или управления машины посредством совмещенной линии питания и обмена информацией соединены по физической сетевой топологии типа «звезда» или «дерево».

AN-1188. Организация обмена данными по линиям бытовой электросети с использованием микросхем GreenPAK™

В статье рассказывается об организации передачи цифровых данных по линиям бытовой электросети с помощью двух микросхем Silego GreenPAK™ SLG46620V CMIC и пары модемов KQ-330F.

Основными целями данной статьи являются:

• помощь поставщикам электроэнергии в организации управления потребителями сети;
• помощь потребителям в получении информации об уровне потребления и состоянии различных приборов через сеть Интернет; для этого мы использовали тестовый веб-сервер.

В статье описывается система, в которой восемь приборов управляются с помощью одной микросхемы GreenPAK SLG46620V, а информация о состоянии их питания (независимо от того, включены они или выключены) отправляется с помощью другой микросхемы SLG46620V. Передача данных осуществляется модемом KQ-330F.

Принципиальная схема устройства

Принципиальная схема устройства приведена ниже (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема устройства

Как вы можете видеть на рис. 1, микросхема SLG46620V (PLC Data Rx) получает информацию о состоянии всех восьми приборов от соответствующих реле. Реле коммутируют напряжение 5 В, которое также является и основным напряжением питания VDD. Когда поставщик электроэнергии или потребитель выключают устройства, то на соответствующем цифровом входе SLG46620V появляется низкий уровень. Эти данные пересылаются в модем KQ-330F, который передает их по сети второму модему KQ-330F.

Аналогичным образом команды от поставщика электроэнергии через модем KG-330F передаются в микросхему SLG46620V. Затем полученные данные распределяются по 5 В оптоизолированными реле, которые включают потребителей.

Следует отметить, что обмен сообщениями по линиям бытовой сети характеризуется высокой вероятностью потери данных. Чтобы этого избежать, провода, используемые на стороне низковольтной части схемы, должны быть очень короткими.

KQ-330F – модем для передачи данных по линиям бытовой сети

KQ-330F – 9-выводной малогабаритный высокоскоростной приемопередающий модуль. Он работает с напряжением сети 220 В и обеспечивает скорость передачи данных до 9600 бод/с.

Рис. 2. Модуль KQ-330F

На рис. 2 представлены внешний вид и назначение выводов модуля KQ-330F. Подключение выводов двух модемов KQ-330F, используемых в схеме, приведено в таблице 1.

Таблица 1. Подключение выводов модемов KQ-330F

Программный код микросхем GreenPAK

В данном приложении используются две микросхемы SLG46620V. Одна для передачи данных модему KQ-330F, вторая для приема данных от модема KQ-330F.

Передатчик данных

В данной схеме повторно используется конфигурация SLG46620V из проекта AN-1156 Fall Detection Alert.

Для более подробного описания конфигурации SLG46620V следует обратиться напрямую к документу AN-1156.

В штатном режиме работы 4-разрядный DFF-счетчик считает от 0000 до 1001. Поскольку мы должны обрабатывать десять бит данных (старт-бит, восемь бит статуса, стоп-бит), то после достижения 10-го отсчета (1001) нам нужно сбросить счетчик в исходное состояние (0000) для следующего цикла. Логический элемент И (3-L3) сбрасывает 4-разрядный счетчик до его перехода в 11-ое состояние, где на выходах Q4 и Q2 присутствует высокий сигнал.

Таблица 2. Состояния выходов счетчика

1. Пересылка данных. Старт-бит, 8 бит состояния и Стоп-бит

В нашем случае 10 бит (старт-бит, восемь бит статуса, стоп-бит) будут последовательно подаваться на вывод Pin12. Ниже показан пример потока данных.

Рис. 3. Пример последовательного потока данных

Рис. 3 показывает, что по умолчанию на выводе Pin12 присутствует высокий сигнал HIGH. Когда мы готовы к передаче данных, мы отправляем старт-бит START (0), за которым следуют 8 бит состояния и стоп-бит STOP (1) в конце пакета.

2. Схема обработки выходного потока данных

В конфигурации микросхемы GreenPAK мы использовали таблицы истинности (Look up tables, LUTs), чтобы объединить 10 бит пакета и вывести их на вывод Pin12.

Рис. 4. Схема формирования выходного потока данных

Когда сигнал ENABLE_WRITE находится в низком состоянии LOW, на выходе Pin12 присутствует высокое состояние HIGH. После того, как ENABLE_WRITE переходит в высокое состояние HIGH, биты пакета данных последовательно подаются на вывод Pin12 с помощью мультиплексоров.

После бит статуса восьмого устройства на выходе формируется стоповый бит (VDD). Затем мы перезапускаем счетчик.

Вывод Pin12 подключен к KQ-330F. Так как требуемая скорость передачи составляет 9600 бод/с и 1/9600 = 0,000104 с, то сигнал синхронизации CLK от CNT0 GreenPAK устанавливается равным 104 мкс.

Микросхема SLG46620V для приема данных от модема KQ-330F

Последовательные данные с вывода TX модема KQ-330F поступают на вывод Pin10 контроллера GreenPAK. Внутри GreenPAK вывод Pin10 подключается к входу MOSI встроенного блока SPI.

Рис. 5. Схема приема последовательного потока данных от KQ-330F

В данном случае наша цель заключается в преобразовании последовательного 8-битного пакета в 8 параллельных бит. Для этого необходимо подавать последовательный поток бит в блок SPI с правильной синхронизацией.

Рис. 6. Осциллограммы сигналов

На рис. 6 показаны осциллограммы необходимых сигналов, где:

• Желтый: сигнал на выводе Pin7 (nCSB)
• Синий: сигнал на выводе Pin10 (PLCTxData IN)
• Розовый: сигнал на выводе Pin6 (SCLK)

Для обнаружения старт-бита START используется детектор на базе триггера P DLY0. Так как по умолчанию линия находится в высоком состоянии HIGH, а старт-бит переводит ее в низкое состояние LOW, то триггер настроен на срабатывание по спаду. Сигнал с детектора защелкивается с помощью SR-триггера 3-битного LUT0, который затем выдает высокое состояние HIGH. Через 152 мкс счетчик CNT5 формирует высокое состояние HIGH, которое защелкивается в RS-триггере 3-битного LUT1. Мы ожидали 152 мкс, чтобы первый тактовый импульс SCLK оказался в середине первого переданного бита. В примере на рис. 6 первый бит имеет высокое состояние HIGH. Оба SR-триггера будут удерживаться в высоком состоянии до тех пор, пока не пройдет 8 импульсов SCLK, после чего они будут сброшены выходом блока задержки DLY9. Сигнал с инвертора 2-бит L3 подается на вход SCLK и на вход выбора микросхемы блока SPI, nCSB. CNT6 используется для создания сигнала с частотой 9600 Гц.

Когда пакет последовательных данных достигает блока SPI, он преобразуется в параллельный набор бит, как показано в таблице 3.

Таблица 3. Соответствие данных от KQ-330Fи выводов SLG46620V

Передача принятых данных на выходы

Данные из последовательного пакета преобразуются в параллельную форму и выводятся на контакты Pin12…Pin19 через блок SPI Parallel Output Block. Каждый выход может использоваться для управления потребителями с помощью 5 В оптоизолятора.

Рис.7. Вывод данных с помощью SPI Parallel Output Block

Управление данными в сети поставщика электроэнергии

Данные, поступившие от потребителя через модем линии электропередачи, принимаются пользовательским приложением, написанным на языке Visual C #.

Рис 8. Приложение Visual C # для обмена данными с пользователем

Это приложение оказывается чрезвычайно простым. Сначала пользователь выбирает последовательный COM-порт, который подключен к KQ-330F. Затем в поле со списком доступных скоростей обмена необходимо выбрать 9600. Если все подключено правильно, нажатие кнопки «Open Port» приведет к тому, что строка состояния начнет заполняться зеленым цветом.

После этого персонал компании поставщика может полностью контролировать работу потребительских устройств, включая и выключая каждое из них. Актуальное состояние всех устройств будет отображаться в C#-приложении, а также может быть размещено на веб-сервере, чтобы потребитель мог просматривать состояние своих устройств.

Рис. 9. Отображение состояний устройств через Интернет

Заключение

В этой статье мы показали, как с помощью пары микросхем Silego GreenPAK SLG46620V и пары коммуникационных модемов KQ-330F Power Line можно организовать удаленное управление питанием до 8 устройств. Также мы создали приложение на Visual C # с пользовательским интерфейсом.

Эта концепция может быть масштабирована для большего числа потребителей и бытовой техники, так как одна распределительная компания может иметь несколько тысяч клиентов.

Характеристики микросхемы SLG46620V:

• Тип: однократно программируемая микросхема смешанных сигналов;
• Память: 8 байт ОЗУ и однократно программируемое ПЗУ конфигурации;
• Аналоговые функции: 8-битный АЦП, три программируемых усилителя, два ЦАП, шесть компараторов, два ИОН;
• Цифровые функции: до 18 портов ввода/ вывода, матрица соединений и комбинаторная логика (25 LUT), десять блоков схем счетчиков/ задержки, программируемый функциональный генератор, три цифровых компаратора, двенадцать D-триггеров и др.;
• Встроенные RC-генераторы: 25 кГц и 2 МГц;
• Диапазон напряжений питания: 1,8…5 В;
• Диапазон рабочих температур: -40…85 °C;
• Корпусное исполнение: 2 x 3 x 0,55 мм 20-выводной STQFN или 6,5 x 6,4 x 1,2 мм 20-выводной TSSOP.