Современная электроника №7/2019

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 63 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2019 Рис. 1. Функциональная схема АСПА номерно: 613, 750, 909, 1050, 1204, 1350, 1500, 1650, 1795, 1945, 2091, 2200, 2386, 2682, 2978, 3273, 3601, 3861, 4121, 4381, 4641, 4901, 5161, 5421, 5681, 5941, 6201, 6461, 6721, 6981, 7241 и 7501 Гц. Полоса пропускания анализиру- ющего фильтра выбрана с учётом средней длительности атмосферика ( t ~ 5 мс) и составляет 2 Δ f 0,7 =200 Гц; коэф- фициентпрямоугольностиАЧХфильтра: K 0,1 =2 Δ F 0,7 /2 Δ F 0,1 =0,32, K 0,01 =2 Δ F 0,7 /2 Δ F 0,01 =0,1. Длительность цикла последовательного анализа: T a =25,5 с. При выборе длительности времени анализа T a учитывалась максимальная выдержка сторожевого таймера (СТ) контроллера PIC18F452, который был установлен для исключения возмож- ных технических сбоев используемых модулей микроконтроллера [8] во время непрерывной круглосуточной работы. Команда обнуления счётчика СТ входит в подпрограмму инициализации тай- мера TMR0 контроллера, который зада- ёт временной шаг смены резонансной частоты анализирующего фильтра CF. Запись спектральных составляющих входного сигнала происходит вмоменты прихода атмосферика, амплитуда кото- рого соответствует заданному интер- валу напряжений. Для формирования импульса, соответствующего перед- нему фронту атмосферика применён амплитудно-временной дискримина- тор, построенныйна детекторах (D, МД) с разным соотношениемвремени заряда и разряда, и компараторах (Comp. 1, 2). 2. «Обнуление» анализирующего филь- тра после каждой записи спектраль- ной составляющей поля атмосфе- риков . В связи с тем, что период сле- дования атмосфериков соизмерим с постоянной времени фильтра CF, то возможны случаи, когда напряжение на фильтре за счёт его «звона» будет результатом действия нескольких атмосфериков. Чтобы уменьшить дан- ную погрешность измерения амплиту- ды поля атмосферика, после каждой записи спектральной составляющей запускается подпрограмма динамиче- ской реконфигурации FPAA2, которая меняет структуру схемы на FPAA2-reset (см. рис. 1). При этом входная цепь ана- лизирующего фильтра CF отключается от входного сигнала и подключается к общей точке микросхемы на время t ≥τ CF ( τ CF – постоянная времени фильтра CF). 3. Распознавание атмосфериков на фоне естественного входного сигна- ла. Работа амплитудно-временно ′ го дискриминатора атмосфериков осно- вана на том, что длительность атмос- фериков (единицы миллисекунд) на несколько порядков меньше, чем дли- тельность других естественных излуче- ний (хоры, шипения, квазипериодиче- ские эмиссии и т.д.) рассматриваемого диапазона частот. В тоже время ампли- туда атмосфериков меняется вшироких пределах ( ~ 40 дБ) и значительно превы- шает амплитуды указанных выше есте- ственных сигналов. В связи с этим для того, чтобыизбежать искажения спектра в усилительном тракте АСПА из-за огра- ниченности его динамического диапазо- на необходимо осуществлять контроль амплитуды принятого атмосферика. В качестве дискриминатора атмосфе- риков используется компаратор Comp1 (FPAA2), входыкоторого подключенык детекторам D (FPAA1) и МД, имеющим различные соотношения времени заря- да и разряда. Причём для амплитудного детектора D τ зар ~ τ раз , а для минимально- го детектораМД τ зар >> τ раз . Компаратор Comp2 определяет верхнюю границу значений амплитуд атмосфериков, кото- рая устанавливается потенциометромR h . О СНОВНЫЕ ФУНКЦИИ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА PIC-18F452 Схемой управления и синхрониза- ции работы АСПА является микрокон- троллер PIC18F452, который выпол- няет следующие основные функции: ● формирование тактовой частоты 16 МГц для работы ПАИС; D1 Входной сигнал 400–7500 Гц PIC18F452 MD PC + U R h τ зар >> τ раз T 1 in T 1 out ICL 232 RS-232 USART RC6 ACTIV1,2 SC1b, 2b PORb Управление конфигурацией Файл конфигурации PORTD RD0–RD4 SPI RC3, RC5 INT2 RB2 INT1 RB1 АЦП RA0/AN0 DCLK1,2 DIN1,2 D2 D2 Comp. 1 Comp. 2 CF