СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №5/2014

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 63 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2014 6 11 9 8 10 2 4 7 3 1 3 5 Индикатор Органы управления Оптический узел Управляющий контроллер Формирователь питающих напряжений Интерфейсный узел Разъём подключения интерфейсной платы RS-232 Оптический узел является совокуп- ностью двух пар светодиод – фото- диод, образующих открытые оптиче- ские каналы (световой поток распро- страняется в открытом пространстве), и содержит два преобразователя ток– напряжение. Управляющий контроллер выполнен на основе так называемого аналогово- го микроконтроллера (МК) ADuCM360 с 32-разрядным процессорным ядром ARM Cortex-M3 и встроенным 24-раз- рядным многоканальным АЦП [1, 2]. В качестве органов управления используются механические кнопки, подключённые к цифровым линиям ввода-вывода МК. Индикатор представляет собой мно- гострочный символьный (цифро-бук- венный) жидкокристаллический инди- катор (ЖКИ), предназначенный для отображения результатов измерений и сообщений. Интерфейсный узел включает в себя два двунаправленных интер- фейса. Первый, технологический, построен на базе двухпроводного последовательного интерфейса SW и выполнен в виде стандартного разъ- ёма, предназначенного для подклю- чения средств программирования и отладки МК ADuCM360 из комплек- та EVAL-ADUCM360QSPZ [2]. Второй, пользовательский, совместим со стан- дартом RS-232 и используется для пере- дачи результатов измерений на внеш- ние устройства, например, персональ- ный компьютер (ПК) или принтер. Этот интерфейс также может быть использо- ван для первичной загрузки или обнов- ления встроенной программы МК. Система питания формирует напря- жения +6 и +3,3 В, необходимые для цифровых и аналоговых узлов изме- рителя, а также опорное напряжение +3,0 В для АЦП. К ОНСТРУКЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЯ Конструкцию оптического узла устройства иллюстрирует эскиз (см. рис. 2). На нём представлен вид сбо- ку в частичном разрезе по плоскости одного из двух (конструктивно иден- тичных) оптических каналов. Ось опти- ческого канала обозначена штрихпун- ктирной линией. Исследуемая среда (1) помещается пользователем в пространство между массивными несущими пластинами (2) из металла или другого непрозрачно- го материала, снабжёнными накладка- ми (3) из чёрной резины. Светодиод (4) смонтирован на стандартном теплоот- воде (5) под нижней пластиной; све- товой поток от него распространяет- ся вертикально вверх. Фотодиод (6) установлен над верхней пластиной с использованием светозащитного коль- ца (7) из чёрной резины. Края, фаски и внутренние поверхности отверстий в несущих пластинах напротив линз светодиода и фотодиода покрыты чёр- ным лаком. Такая конструкция откры- того оптического канала позволяет минимизировать паразитную засвет- ку фотодиода. Несущие пластины жёстко скрепле- ны двумя рядами резьбовых стоек (8). Расстояние между пластинами (в автор- ском варианте 30 мм) выбрано исходя из возможности размещения в оптиче- ском канале очков практически любой формы оправы. Фотодиод фиксирует- ся в оптическом канале с помощью монтажной платы небольшого разме- ра (9), которая, в свою очередь, крепит- ся к пластине короткими резьбовыми стойками (10). Помимо фотодиода на указанной плате смонтирован опера- ционный усилитель (ОУ) (11) преоб- разователя ток–напряжение. К размерам, точности, допускам на изготовление элементов оптического узла и сборку самого узла не предъявля- ется жёстких требований. Какой-либо юстировки после изготовления оптиче- ский узел не требует, поскольку в алго- ритм измерения входит этап предвари- тельной калибровки, компенсирующий неточности сборки. Принципиальная электрическая схе- ма измерителя приведена на рисунке 3, а его внешний вид показан на рисун- ке 4. Измеритель смонтирован в стан- дартном пластмассовом корпусе разме- рами 200 × 120 × 75 мм. На дне корпуса закреплено шасси – металлическая пла- стина толщиной около 3 мм, на кото- рую смонтирован оптический узел, платы управляющего контроллера, Рис. 1. Структурная схема измерителя Рис. 2. Конструкция оптического узла © СТА-ПРЕСС