Геркон технологиясының бес артықшылығы

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 40 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Ауыл Шаруашылық министрлігі
С.Сейфуллин атындағы Қазақ Агротехникалық Университеті
Кафедра: Есептеу техникасы және бағдарламалық қамтамасыз ету

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы: Микропроцессорлық контроллерлер арқылы геркондарды басқару

Студент
________________________
- - ______________________А.Ж.Т.
______ - - ________________ 2022 ж

Мамандығы_____________

Жетекші:
_________________________
(ғылыми дәрежесі, атағы)
_______________________А.Ж.Т.
______ - - ___________ 2022 ж.

ҚОРҒАУҒА РҰҚСАТ
Кафедра меңгерушісі
________________________
________________________
_______ - - __________ 2022 ж

Нур-Султан. 2022 ж.
Қазақстан Республикасының Ауыл Шаруашылық министрлігі
С.Сейфуллин атындағы Қазақ Агротехникалық Университеті

___________________________________ кафедрасы

___________________________________ _ мамандығы

Дипломдық жұмысты орындауға
Тапсырма

Студент___________________________________ _____________________________Ф.А.Ә
Жұмыс тақырыбы___________________________________ _____________________________
___________________________________ ____________________________________ __
ЖОО бұйрығымен бекітілген №___ ___ ___________________________________ ______
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Жұмыстың аяқталу мерзімі ___
----------------------------------- ----------------------------------- ----------

Жұмыстағы басты мәліметтер ___________________________________ ____________________________________ _____
Дипломдық жұмыстың қысқаша мазмұнын немесе дипломдық жобадағы сұрақтарды өңдеуге жататын тізімдер а)___________________________________ ____________________________________ ________
б)___________________________________ ____________________________________ ________
Графикалық материалдардың тізімі (нақты шартқа сәйкес керекті сызулар)
___________________________________ ____________________________________ _____
___________________________________ ____________________________________ _____
Қолданылатын негізгі әдебиеттер___________________________________ ____________
___________________________________ ____________________________________ _________

Тапсырманы алу мерзімі _________________________________

Кафедра меңгерушісі___________________________________ ____________Ф.А.Ә.
(қолы)
Жұмыс жетекшісі ___________________________________ ____________ Ф.А.Ә.
(қолы)
Студент тапсырманы орындауға алды ________________________________Ф.А .Ә.
(қолы)
Күні _______________________________________ __200___ж.
МАЗМҰНЫ

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

1-ТАРАУ. Негізгі зерттеу және әдебиетке шолу ... ... ... ... ... ... .
1.1 Геркондар қалай пайда болды ... ... ... ... ... ...
1.2 Дизайн, түрлері және жұмыс принципі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.3 Герконның жұмыс схемасы ... ... ... ... .
1.4 Геркондардың артықшылықтары мен болашағы ... ... ... ... ... ... .
1.5 Әдебиеттік сауалнама ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ..

2-ТАРАУ. Төмен қуатты өлшеу жүйелері үшін геркон технологиясының бес басты артықшылығы ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.1 Төмен қуатты өлшеу үшін қолдануға қойылатын талаптар ... ... ... ... ... ... .
2.2 Қатты күйдегі зондтау технологиялары... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.3 Геркон технологиясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.4 Геркон технологиясының бес артықшылығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.5 Датчиктер мен басқару құралдары нарығындағы герконның жағдайы ... ... ...
2.6 Геркон жұмысы, геркон негізіндегі жобалар, Arduino бар герконды пайдалану.. 2.7 Геркон түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.8 Геркон қалай жұмыс істейді? ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .

3-ТАРАУ. Жұмыс әдістемесі : Геркон қолдану үшін микроконтроллер желісін жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.1 Жарық диоды бар геркон ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.2 Магниттік ЕсікТерезе Қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.3 Ыдыс жуғыштағы су жұмсартқыш деңгейі герконмен реттеледі ... ... ... ...
3.4 Гейзерлердегі Геркон ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.5 Ауа салқындатқыштарды автоматты түрде сумен толтыру ... ... ... .
3.6 Герконды пайдаланып ұрлық туралы дабыл схемасы ... ... ... ...
3.7 Геркон бар Arduino ... ... ... ... ... ... ...
3.8 Ұялы телефондар ... ... ... ... ...
3.9 Кір жуғыш машинадағы геркон ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.10 Автоматты Автокөлік Төбесі ... ... ... ... ... ... ...

4-ТАРАУ. Есіктерезе қауіпсіздігі сенсоры ... ... ... ...

Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ...
Кіріспе

Микроконтроллер - бұл әртүрлі электрондық құрылғыларды басқаруға арналған арнайы чип. Микроконтроллерлер алғаш рет жалпы мақсаттағы микропроцессорлармен (1971) сол жылы пайда болды. Микроконтроллерлерді жасаушылар қарапайым чипке ұқсас бір корпустың ішінде процессорды, жадты, ROM және периферияны біріктіру туралы тапқыр идеяны ойлап тапты. Содан бері микроконтроллерлер өндірісі жыл сайын процессорлар өндірісінен бірнеше есе көп, ал оларға деген қажеттілік төмендемейді.
Микроконтроллерлерді ондаған компаниялар шығарады және қазіргі заманғы 32 биттік микроконтроллерлер ғана емес, сонымен қатар 16, тіпті 8 биттік (i8051 және аналогтар сияқты) шығарылады. Әр отбасының ішінде процессордың жылдамдығы мен жад көлемімен ерекшеленетін бірдей модельдерді жиі кездестіруге болады.
Микроконтроллерлер негізінен ендірілген жүйелерде, ойыншықтарда, машиналарда, жаппай үй техникасында, үй автоматикасында қолданылады - процессордың қуаты қажет емес, керісінше баға мен жеткілікті функционалдылық арасындағы тепе-теңдік.
Сондықтан микроконтроллерлердің ең көне түрлері әлі де жүруде-олар есіктерді автоматты түрде ашудан және көгалдарды суаруды қосудан бастап, ақылды үй жүйесіне қосылуға дейін көп нәрсені істей алады. Сонымен қатар, секундына жүздеген миллион операцияларды орындай алатын және "тістерге"перифериямен байланысқан қуатты микроконтроллерлер бар. Олардың тиісті міндеттері бар. Осылайша, әзірлеуші алдымен тапсырманы бағалайды, содан кейін ол үшін қолайлы "темірді"таңдайды.
Бүгінгі таңда екі ондаған компания шығарған i8051 үйлесімді микроконтроллерлердің 200-ден астам модификациясы және басқа типтегі микроконтроллерлердің көп саны бар. Microchip Technology pic микроконтроллерлері және Atmel AVR, 16 биттік MSP430 ti фирмалары, сондай-ақ 32 биттік микроконтроллерлер, arm limited жасаған ARM архитектурасы әзірлеушілермен танымал және оларды өндіру үшін басқа фирмаларға лицензия сатады.
Дипломдық жұмысымыздың негізгі мақсаты:
Геркон құралы арқылы адамға қажетті жоба құру:
Біздің жүйе платформа болып табылады және осы жүйе арқылы дәрігер мен пациент оңай байланыса алады.
Біздің жүйенің басты мақсаты - дәрігер науқасты шалғай жерден бақылай алады. Біздің құрылғыны үйде де қолдануға болады және пациент дәрігермен байланыса алатын қосымша бар.
Пайдаланушыға ыңғайлы интерфейс:
Біз екі пайдаланушыға да (дәрігер мен пациент) қосымшаны енгіздік. Бұл қолданбаның пайдаланушыға ыңғайлы интерфейсі бар, оны пайдалану оңай және бұл өте қарапайым қолданба.

2-ТАРАУ - Негізгі зерттеу және әдебиетке шолу

Геркондар қалай пайда болды

Кез-келген электр жабдығында сіз коммутациялық құрылғыларды немесе қарапайым контактілерді таба аласыз. Мұндай қосылыстарды неғұрлым сенімді және берік ету үшін магнитті басқарылатын мөрленген контактілер жасалды. Бұл кішкентай құрылғылар екі сөздің қысқартуларынан жиналған "геркондар" деп аталды - "мөрленген" және "байланыс".
Алғашқы магнитті басқарылатын байланыс 1922 жылы пайда болды. Оның авторы Санкт-Петербург профессоры Валентин Коваленков болды. Шын мәнінде, Коваленковтың байланысы геркон ретінде жұмыс істеді, тек герметикалық қабықсыз. Магнитті басқарылатын контактіні герметикалық қабыққа "кию" 1936 жылы ұсынылды. Ленинград электротехникалық университетінің профессоры С.К. ұлулар және американдық Bell Telephone компаниясының инженері Уолтер Эллвуд мұны бір-біріне тәуелсіз болжады. Сол кезде өнертабыс талап етілмеген болып шықты, сонымен қатар өндіріс техникалық жағынан тым күрделі болып көрінді. Өткен ғасырдың ортасында жаппай телефондандыру кезінде геркондарсыз жасау мүмкін емес екені белгілі болды.
Алғашқы кеңестік геркондар 1958 жылы Ленинград сымды байланыс ғылыми-зерттеу институтында құрылды. 1966 жылы қарашада КСРО-ның электронды өнеркәсіп министрлігі рязаньдағы зауытта геркондардың мамандандырылған өндірісін құруды шешті. Жоспарлар өршіл болды-1975 жылға қарай кәсіпорын жыл сайын 25 миллион геркон шығаруы керек еді.
Қазіргі уақытта "Росэлектроника" холдингінің кәсіпорны Рязань металл-керамикалық аспаптар зауыты (Рзмкк) Ресейдегі жалғыз геркон өндіруші болып қала береді және әлемдегі ең ірі үштік қатарына кіреді. Өнімдер 55 елге экспортталады, бұл жаһандық нарықтың 14% үлесін қамтамасыз етеді. Әлемдік нарықтағы ең танымал және сұранысқа ие геркон-MKA - 14103-2000 жылдан бастап осы типтегі екі миллиардқа жуық өнім шығарылды және жөнелтілді.

2.2 Дизайн, түрлері және жұмыс принципі
Барлық геркондар бірдей орналастырылған-бұл герметикалық шыны ыдыс, оның ішінде байланыс тобы бар. Контактілер-бұл шамның ұштарына дәнекерленген магниттік өзектер, ал олардың сыртқы ұштары сыртқы электр тізбегіне қосыла алады.
Функционалды түрде, геркон, әдеттегі контактілер сияқты, жабық және ашық болуы мүмкін. Ең көп таралған-тұйықталу немесе "әдетте ашық"контактілері бар геркон. Оның құрылымы мен жұмыс принципін толығырақ қарастырайық. Сонымен, бұл екі темір плитасы бар шыны шам. Әрбір контакт герконның қуаты мен мөлшеріне байланысты диаметрі 0,5 мм ферромагниттік сымнан жасалған. Өздері жанасатын беті жабылған мейірімді металмен: алтынмен, рутением, палладием, родием, күміспен және балқымаларымен олардың негізінде. Мұндай жабын өтпелі қарсылықты азайтады және контактілердің коррозияға төзімділігін арттырады. "Ашық" геркон магнит өрісіне түскенде, пластиналық контактілер магниттеледі, тартылады және жабылады.

2.3 Герконның жұмыс схемасы

Ашу үшін жұмыс істейтін геркон немесе "қалыпты жабық" геркон тікелей қарама-қарсы әрекет етеді. Бұл жағдайда магнит өрісіне ұшыраған кезде контактілер бір-бірінен алшақтап, электр тізбегін бұлдыратады.
Геркондар мөлшері бойынша да ерекшеленеді. Соңғы жылдары миниатюралық геркондарды қолдану үрдісі байқалады - колбаның ұзындығы 10 мм-ден аз.мұндай өлшемдермен сезімталдық, жылдамдық, резонанстық жиілік жоғарылайды, діріл уақыты азаяды. Мысалы, "Росэлектроника" Рязань кәсіпорнында 7 мм баллон өлшемі бар миниатюралық геркондар өндірісі жолға қойылды.
Егер геркон электромагнитпен жұптасса, герконы мен электромагнитті біріктіретін құрылым герконы деп аталады.

2.4 Геркондардың артықшылықтары мен болашағы
Кәдімгі ашық коммутациялық байланыстарды геркондармен салыстыру кезінде артықшылық геркондар жағында болады. Соңғылары жүз есе үлкен сенімділікке ие, ал кейбір геркондардың қызмет ету мерзімі 5 миллиардқа жетеді, бұл әдеттегі контактілермен салыстырғанда әлдеқайда жоғары. Сонымен қатар, геркон өте жылдам - кейбір үлгілерде жұмыс уақыты екі миллисекундтан аспайды.
Геркондардың артықшылықтары кемшіліктерді қамтиды, дегенмен олар бар. Біріншіден, бұл шағын коммутациялық қуат. Сонымен қатар, кемшіліктерге шыны шамның сынғыштығы жатады. Бұл мәселені шешу үшін RZMKP жаңа буын геркондарын шығаруды бастады - қосымша пластикалық қабықта.
Геркондардың танымалдылығының өсуі 1970-ші жылдары басталды және олардың әртүрлі өнімдерде жаппай қолданылуы қазіргі уақытта өсіп келеді. Олар өздерінің көшбасшылық позицияларынан кем түспейтін басқа Hall сенсор технологиясымен, MR және GMR резисторларымен сәтті бәсекелеседі. Геркондар әртүрлі сенсорларда, электромагниттік релелерде, қосқыштарда және басқа құрылғыларда кеңінен қолданылады. Оларды барлық жерде - тұрмыстық техникада, медициналық жабдықта, автомобиль, авиация және зымыран-ғарыш салаларында табуға болады. Күн сайын біз геркондардың жұмысының жүздеген көрнекі мысалдарын көреміз - ноутбуктің қақпағы ашылған кезде лифт есіктері жабылады, кір жуғыш машина қосылады, ұшақ ұшады... Тізімі мүмкін іс жүзінде нескончаемым.
2.5 Микроконтроллер дегеніміз не

Микроконтроллер - (бұдан әрі-МК) - электрондық схемаларды бағдарламалық басқаруға арналған микросхема. МК бір кристалда орындалады. Онда есептеу құрылғысы, сондай-ақ ROM және RAM бар. Сонымен қатар, МК құрамында көбінесе кірісшығыс порттары, таймерлер, ADC, сериялық және параллель интерфейстер бар. Кейбіреулерінде сіз Wi-FiBluetooth модулін және тіпті NFC қолдауын көре аласыз.
Алғашқы микроконтроллер патенті 1971 жылы Texas Instruments компаниясына берілді. Инженерлер осы компаниялар орналастыруға кристалда тек процессор және жады енгізу-шығару құрылғыларымен.
Электронды журналдың екінші басылымының осы мақаласында мен сандық электроникаға қатысты өте қызықты тақырыпты қозғағым келеді. Бүгін мен микроконтроллер деген не деген сұраққа жауап бергім келеді.
Сонымен, микроконтроллер-бұл кішкентай микросхема, оның кристалында нағыз микрокомпьютер бар! Бұл дегеніміз, бір чиптің ішінде процессор, жад (ROM және RAM), перифериялық құрылғылар орнатылып, оларды микроконтроллер ішінде сақталатын арнайы микробағдарлама арқылы жұмыс істеуге және өзара әрекеттесуге мәжбүр етті.
Микроконтроллерлердің негізгі мақсаты - әртүрлі электрондық құрылғыларды басқару. Осылайша, олар тек дербес компьютерлерде ғана емес, сонымен қатар барлық тұрмыстық техникада, автомобильдерде, теледидарларда, өнеркәсіптік роботтарда, тіпті әскери радиолокаторларда да қолданылады.
Микроконтроллер-бұл электронды құрылғыларды басқарудың әмбебап құралы деп айта аламыз, және сіз оны басқару алгоритмін өзіңіз жасайсыз және оны кез-келген уақытта микроконтроллерге жүктелген тапсырмаға байланысты өзгерте аласыз. Заманауи микроконтроллерлер осылай көрінеді.
Қазіргі уақытта микроконтроллерлердің көптеген платформалары мен отбасылары бар, бірақ олардың мақсаты, қолданылуы және жұмысының мәні бірдей.
Біз мұны айттық микроконтроллер бұл микрокомпьютердің бір түрі (ескі атауы бір чипті микроЭВМ). Оны қара жәшік түрінде елестетіп көріңіз. Бұл қораптың ішінде микроконтроллердің негізгі құрылымдық элементтері орналасқан.

Арифметикалық логикалық құрылғы (ALU) - арифметикалық және логикалық операцияларды орындауға арналған, іс жүзінде ALU жалпы мақсаттағы регистрлермен бірге процессор функцияларын орындайды.
Жедел-сақтау құрылғысы (ЖЖҚ) - микроконтроллер жұмыс істеген кезде деректерді уақытша сақтауға арналған.
Бағдарлама жады-қайта бағдарламаланатын тұрақты жад құрылғысы түрінде жасалады және микробағдарлама деп аталатын микроконтроллерді басқарудың микробағдарламасын жазуға арналған.
Деректер жады кейбір микроконтроллерлерде барлық мүмкін тұрақтыларды, функциялардың кестелік мәндерін және т. б. сақтау үшін жад ретінде қолданылады.
Оның құрамындағы микроконтроллерде басқа көмекші элементтер болуы мүмкін.
Аналогтық компаратор - оның кірістеріндегі екі аналогтық сигналды салыстыруға арналған
Микроконтроллерлердегі таймерлер әртүрлі кідірістерді жүзеге асыру және микроконтроллердің жұмысында әртүрлі уақыт аралықтарын орнату үшін қолданылады.
Аналогтық-сандық түрлендіргіш (ADC) аналогтық сигналды микроконтроллерге енгізу үшін қажет және оның Аналогты сигналды сандық сигналға айналдыру функциясы.
Сандық-аналогтық түрлендіргіш (DAC) кері функцияны орындайды, яғни сандық түрдегі сигнал аналогтық түрге айналады.
Микроконтроллердің жұмысы генератордағы сағат импульстарымен синхрондалады және микроконтроллерді басқару құрылғысымен басқарылады.
Осылайша, микроконтроллер бұл басқару құрылғысын жинауға болатын электрондық конструктор. Микроконтроллерді бағдарламалау арқылы сіз микроконтроллердің ішіндегі құрама құрылғыларды ажыратасыз немесе қосасыз, осы құрылғылардың алгоритмдерін орнатасыз.
Ұсынамын сізге видео көру, онда менің айтуымның, бұл микроконтроллер мен көрсетемін мысалдар практикалық қолдану оқып үйрену.
Айтпақшы, тақырыпқа қызығушылық танытқан және Atmel микроконтроллерлері негізінде құрылғыны өз бетінше жасағысы келетіндерге келесі бейнені көруді ұсынамын.
Бейне Atmel микроконтроллерлерін бағдарламалау туралы бейне курсына арналған, ол арқылы сіз микроконтроллерлердің керемет әлемімен танысып қана қоймай, микроконтроллерлерді бағдарламалауды үйренесіз, сондықтан микроконтроллерлерде электронды құрылғыларды өзіңіз жасай аласыз.

2.6 Микроконтроллер және микропроцессор-айырмашылығы неде?

Микроконтроллерлер де, микропроцессорлар да әртүрлі электронды құрылғылардың құрамында жиі кездеседі. Бұл екі компонент жадтан пәрмендер алады және олар логикалық және арифметикалық амалдарды орындайды, IO құрылғыларымен және басқа перифериялармен жұмыс істейді. Сонымен, айырмашылық неде?

2.7 Микроконтроллердің құрылымдық схемасы

Онда микроконтроллердің жұмыс істеуі үшін қажет нәрсенің бәрі бар екеніне қарамастан, кейде олар сыртқы перифериялық құрылғылармен бірге қолданылады. Мысалы, ішкі ROM жеткіліксіз болған кезде (немесе ол жоқ), сыртқы қосылады. ESP сериялы микроконтроллерлермен осылай жасалды. ESP8266-да ішкі жады жоқ, ал ESP 32-де шамалы 448 КБ бар. Сондықтан 1-16 МБ сыйымдылығы бар flash жады оларға корпусқа (дәлірек айтқанда радиатордың астына) орналастырылады.
Онда неге микроконтроллер негізінде портативті компьютер жасамасқа? Мәселе мынада, МК-да есептеу қуаты көбінесе аз. Мысалы, суару жүйесін, микротолқынды пешті немесе кейбір машинаны басқару үшін жеткілікті.
Мысалы, Arduino платформасының қуатты тақталарының бірі -- Due. Ол AT91SAM3X8E 32 биттік AVR микроконтроллерімен басқарылады. оның сағат жиілігі 84 МГц. Тұрақты жады 512 КБ, ал жедел жады-96 КБ. МК-да 54 сандық GPIO( оның 12-сі PWM қолдауымен), 12 аналогтық кіріс және 2 аналогтық Шығыс (DAC) бар. UART, SPI, I2C сияқты әртүрлі интерфейстер де бар.
Осындай кішігірім сипаттамаларға қарамастан, микроконтроллерлер өте танымал. Олар үлкен есептеу қуатын қажет етпейтін жерлерде қолданылады -- робототехника, жылыжай контроллері, Тұрмыстық техника.

2.8 Микропроцессор

Микропроцессормен (бұдан әрі-МП) жағдай сәл өзгеше. Онда арифметикалық логикалық құрылғы, синхрондау және басқару блогы, сақтау құрылғысы, регистрлер мен шиналар бар. Яғни, МП тек арифметикалық және логикалық операцияларды орындау үшін қажет нәрсені қамтиды. Қалған барлық жинақтамалық (ОЗУ, ПЗУ, құрылғысының енгізушығару интерфейстері) өзіңізге сырттан.

Микропроцессорлық құрылғының құрылымдық схемасы

Алғашқы микропроцессорлар 70-жылдардың басында пайда болды, сол кезде 4004 ең танымал болып саналды. Бұл Intel жасаған және 1971 жылы 15 қарашада енгізілген микропроцессор. Ол сол кезеңде таңқаларлық сипаттамаларға ие болды:
2300 транзистор;
сағат жиілігі-740 кГц;
регистрлер мен шиналардың разрядтылығы-4 бит;
техпроцесс-10 мкм;
кристалдың ауданы: - 12 мм2.
Айтпақшы, 4004 кәдімгі DIP-16 корпусында жасалған. Бұл MP-ең танымал жинау чипі. Кейбір даналар 400 доллардан сатылады. Кем емес құнды тұр 250 $.
Бірнеше жылдан кейін 8 биттік МП алғашқы тұрмыстық микрокомпьютерлерді құруға мүмкіндік берді.
Әрине, мұнда артықшылығы-әр түрлі сипаттамалары бар әр түрлі периферияны МП-ға қосуға болады (бұл барлық жағдайда МК-да мүмкін емес). Микропроцессор мен микроконтроллердің екінші басты айырмашылығы-МП-да өңдеу қуаты көбірек. Оларды микротолқынды пештер мен "ақылды" шамдарға қоюдың мағынасы жоқ. Микропроцессорлар МК есептеу қуаты енді жұмыс істемейтін жерде қолданылады - ойын консольдері, күрделі есептеу құрылғылары мен құрылғылар, гаджеттер.
Микропроцессордың жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін оған кем дегенде шеткі жиындарды қосу керек. Кемшіліктері:
Көлемі-егер МК жағдайында бәрі бір корпуста болса, онда МП жұмысына арналған элементтердің минималды жиынтығы көбірек орын алады.
Бағасы-әдетте, МП үшін барлық " құрастыру "" жалаңаш " микроконтроллерлерге қарағанда әлдеқайда қымбат.
Артықшылықтары:
Өнімділік-микропроцессорлар микроконтроллерлерге қарағанда жоғары өнімділікке ие.
Таңдау-МП жағдайында сізде компоненттерді таңдау мүмкіндігі бар. Бұл сіздің мақсаттарыңызға неғұрлым қолайлы шеткері қоюға мүмкіндік береді.

Қолдану

Микроконтроллердің айқын қарапайымдылығы бар: ол аз жабдықты қажет етеді, бағдарламалық жасақтама деңгейінде жұмыс істеу оңайырақ, ал құны бір тиыннан басталады. Бірақ бұл қарапайымдылық өнімділікке де қатысты. Жоғарыда айтылғандай, микроконтроллер микропроцессорлармен қатар жоғары өнімділікті қамтамасыз ете алмайды. Микропроцессорлар сыртқы "темір" коммутациясын қажет етсе де, салыстырмалы түрде МК жұмыс істеу қиын, бірақ оларды күрделі құрылғыларда қауіпсіз қолдануға болады.
Алайда, кейде ESP32 doom микроконтроллеріне және тіпті NES ойын эмуляторына түсетін шеберлер желіде пайда болады.

3-ТАРАУ. Төмен қуатты өлшеу жүйелері үшін геркон қосқыштары технологиясының бес басты артықшылығы

Су мен газ есептегіштері сияқты аз қуатты өлшеу құралдары туралы айтатын болсақ, кейбір дизайн инженерлері қазіргі шешімдер орналасу мәселелерін шешудің ең жақсы әдісі деп санайды. Ең жаңа және озық технологияларды таңдай отырып, олар сезімталдыққа, беріктікке және сенімділікке байланысты қатты күйдегі магниторезистивті (MR) немесе Холл эффектісі сенсорларын таңдай алады.
Бұл инновациялық технологиялар кейбір артықшылықтарды ұсынса да, олар геркон технологиясының дәлелденген артықшылықтарымен салыстырғанда бозарады. Ондаған жылдар бойы батареямен жұмыс істейтін аз қуатты қосымшалар үшін геркон қолданылды және бұған жақсы себептер болды.
Бұл мақалада осы технологияның бес негізгі артықшылығы қарастырылады, оның ішінде төмен жұмыс күші, қатаң рұқсат етілген қуат тұтыну, магниттік сезімталдықтың дәл ауысу нүктелері және оларға тән гистерезис ауысу нүктелері. Сонымен қатар, геркон сезімталдықты және нақты қолдану салаларына қойылатын басқа талаптарды оңай реттеуге мүмкіндік береді. Бүкіл әлемде герконның технологиясына сұраныстың артуы және оны әртүрлі қосымшаларда қолдану осы технологияның сенсорлар мен басқару құралдары нарығындағы негізгі орнын растайды.

3.1 Төмен қуатты өлшеу үшін қолдануға қойылатын талаптар

Есептегіштерді Автоматты оқу жүйелерімен (AMR) жабдықталған газ және су есептегіштері өте аз қуат тұтынатын сенсорларды қажет етеді. Су мен газды тұтыну көбінесе айналмалы білікке бекітілген магнитпен өлшенеді. Әрбір айналым электр сигналына айналады және кіріктірілген контроллермен жинақталады.
Төмен қуат тұтыну-бұл жүйелердегі сындарлы дизайн параметрі. Сонымен қатар, бұл есептегіштердің күтілетін қызмет ету мерзімі, әдетте, батареяны ауыстырмай 20 жыл. Осылайша, батареяны үнемдеу қуат көзінің қызмет ету мерзімін ұзарту үшін өте маңызды.

3.2 Қатты күйдегі зондтау технологиялары

Жоғарыда айтылғандай, кейбір дизайн инженерлері төмен қуатты өлшеу жүйелері үшін қатты күйдегі сенсорлық технологияларды, соның ішінде Mr сенсорлары мен Холл эффект сенсорларын таңдайды. Mr сенсорлары-бұл қосымша металл оксидті жартылай өткізгіш (КМОП) тізбектерімен біріктірілген резистивті элементтері бар интегралды схемалардағы монолитті құрылғылар. Магнит өрісінің әсерінен mr құрылғысының электрлік кедергісі магнит өрісінің бағытына байланысты өзгереді. Бұл кедергінің өзгеруін қолданылатын магнит өрісінің өзгеруін анықтау үшін пайдалануға болады. Mr сенсоры өте төмен ток тұтынумен, жоғары сезімталдықпен және сенімділікпен байланыссыз қосқыш ретінде жұмыс істей алады. Дегенмен, типтік mr сенсорлары аз мөлшерде токты үнемі тұтынады.
Холл эффектісі сенсорлары-бұл магнит өрісінің өзгеруіне жауап ретінде Шығыс кернеуін өзгертетін жартылай өткізгіш түрлендіргіштер. Бұл сенсорлар жылжымалы бөліктердің қатысуынсыз магнит өрісінің өзгеруіне сәйкес келетін сандық қосу өшіру функциясын қамтамасыз ету үшін залдың сезімтал элементін схемамен біріктіреді.
Mr сенсорлары сияқты, Холл эффектісі датчиктері аз мөлшерде токты үнемі тұтынады. MR және холл эффектісі сенсорлары батареямен жұмыс істейтін көптеген төмен қуатты қосымшалар үшін өте қолайлы емес, өйткені олар дәлдік пен қуаттың қатаң талаптарына жауап бермейді.

3.3 Геркон технологиясы
Геркон жетілдірілген технология болып саналғанымен, ол өзінің қарапайымдылығы мен сенімді жұмысының арқасында аз қуатты қосымшалар үшін танымал таңдау болып қала береді. Геркондық ажыратқыш - бұл электрлік ажыратқыш, приводимый қолданысқа қоса, магнетитті. Коммутатор қамыс деп аталатын екі-үш жұқа металл бөліктерден тұрады, олардың ұштарында алтын жалатылған контактілер бар, олар бір-бірінен қысқа қашықтықта орналасқан.
Қамыстар әдетте инертті газбен толтырылған герметикалық шыны түтікке салынған. Магнит немесе электромагнит өрісі коммутатордың контактілерін жабу немесе бұлыңғырлау арқылы тілдерді қабылдамайды. 1-суретте герконының әртүрлі компоненттері көрсетілген.

Сур. 1: герконның компоненттері
2-суретте герконының су немесе газ есептегішінің шығынын анықтау бөлігіндегі орны көрсетілген.

Сур. 2: су немесе газ есептегіші үшін ағынды өлшеу құралы ретінде пайдаланылатын герконы

3.4 Геркон технологиясының бес артықшылығы

Төмен жұмыс қуаты

Геркон MR сенсорлары мен Холл эффектіне қарағанда әлдеқайда аз қуатты қажет етеді. Бұл микро қуатты зондтау технологиялары ішкі генераторды іске қосу үшін Тұрақты ток тұтынуды қажет ететін төмен белсенді зондтау циклын қолдану арқылы төмен қуатты қамтамасыз етеді.
Керісінше, геркон пассивті компоненттер болып табылады, олар жұмыс істеуі үшін ешқандай қуат қажет емес. Төмен қуатты герконның бір конфигурациясы өріс транзисторлық (FET) қосқыштармен бірге екі герконды қолдануды қамтиды (суретті қараңыз. 3). Геркон айналмалы қозғалысты шынымен нөлдік қуатпен қабылдайтындай етіп жасалуы мүмкін, тек коммутаторлардың бірі қозғалысты анықтаған жағдайларды қоспағанда.

Сур. 3: далалық қосқыштармен бірге қолданылатын екі герконы

3-суретте m = магнит; SW1 және 2 = геркон. SW1 жабылған кезде, SW2 ашық болады. Q1 қуат тұтынуды болдырмау үшін Өшірулі. SW2 жабылған кезде микроконтроллер оянады, Q2 өшіреді, Q1 қосады және қайтадан ұйқыға кетеді. Оқиғалардың ұқсас тізбегі SW1 жабылған кезде пайда болады.
Сонымен қатар, жүйеде орнатылған микроконтроллер шамамен 110 us100 ms x 10 uA = 1 nA орташа ток тұтыну үшін 10 Гц жылдамдықпен герконының байланысын сұрай алады.

Сур. 4: сауалнама арқылы қол жеткізілген өте төмен қуат

Геркон кез-келген басқа бәсекелес технологиямен қамтамасыз етілгеннен әлдеқайда аз қуат тұтынуды қамтамасыз етеді, бұл батарея өлшеміне қойылатын талаптарды азайту арқылы шығындарды үнемдейді. Қуат тұтынуына сезімтал қосымшаларда геркон энергия тиімділігін арттырудың ең жақсы шешімі болып табылады.

2. Қатты қуат тұтынуға төзімділік

Қатты күйдегі құрылғыларда әдеттегі жұмыс тогы және максималды жұмыс тогы болады. Жақсы дизайн әдістері ең нашар мәндерді ескереді. Қатты күйдегі сенсорлардың үлкен максималды токтары, егер олар батареялардан көбірек ток қабылдауды қажет етсе және өнімнің қызмет ету мерзімін қысқартса, қиындық тудыруы мүмкін.
Керісінше, герконының тұтынылатын тогы резистормен және қуат шинасымен орнатылады. Геркон қосқыштарына арналған қуат көзі мен резисторлардың әдеттегі төзімділігі жұмыс тогының қатты күйіндегі сипаттамаларына қарағанда әлдеқайда қатал.
Мысалы, Холл эффектісі бар микро қуатты сенсорда әдеттегі орташа жұмыс тогы 5 мкА болуы мүмкін, бірақ нашар жағдайда орташа жұмыс тогы 10 мкА құрайды. NANOPOWER mr сенсоры әдеттегі орташа жұмыс тогына 310 (0,31 мкА) ие болуы мүмкін, бірақ нашар жағдайда орташа жұмыс тогы 6350 мкА (6,35 мкА) құрайды.

Салыстыру үшін, уақыттың жартысын жауып, 1-мен жұмыс істейтін герконының үздіксіз жұмыс істейтін схемасы? тартқыш резистор мен 3 В қуат көзі әдеттегі орташа жұмыс тогы 1,5 мкА болады. Сондай-ақ, ең нашар жағдайда 1,66 мкА орташа жұмыс тогы болады. Бұл қуат көзі мен резисторлардың төзімділігі 5% құрайды деп болжайды. Бұл мысалда, герконы ең нашар жағдайда, тіпті жоғарыда сипатталғандай энергияны үнемдеу әдістерін қолданғанға дейін ең аз қуат тұтынылады.

3. Магниттік Сезімталдықтың Нақты Ауысу Нүктелері

Герконның маңызды сипаттамаларының бірі оның сезімталдығы немесе оны іске қосу үшін қажетті магнит өрісінің шамасы болып табылады. Герконының сезімталдығы ампер-айналымдар (АТ) бірліктерімен өлшенеді және катушкадағы ток бұрылыстар санына көбейтілген токқа сәйкес келеді.
Тарту кезіндегі типтік сезімталдық (жұмыс) 8-ден 40 АТ-ға дейін. Герконның магниттік сезімталдығы АТ бірліктерінде көрсетілгенімен, шамамен 1 АТ = 1 Гаусс, бұл 0,1 милли-Тесла (MTL).
Герконның магниттік сезімталдығын ауыстыру нүктелері қатты күйдегі сандық қосқыштарға қарағанда дәлірек. Жоғары дәлдік кез-келген жұмыс жағдайында жұмыс істеу үшін жүйені жобалау кезінде өте маңызды. Мысалы, герконы 18-ден 22 АТ-ға дейін сезімталдық үшін орнатылуы мүмкін. Бұл сезімталдықтың салыстырмалы диапазонына ие (22-ден 18-ге дейін)20 = 20% немесе +-10%.
Салыстыру үшін, Холл эффектісі бар микро қуатты сенсор 75% немесе +-37% салыстырмалы сезімталдық диапазонымен 25-тен 55 Гаусс (2,5-тен 5,5 мТл-ге дейін) сезімталдық диапазонына ие болуы мүмкін. Наномощность МР-датчигінің сезгіштік диапазоны 6-дан 20 Гаусс-қа дейін (0,6-дан 2,0 мТл-ға дейін), нәтижесінде сезгіштіктің салыстырмалы диапазоны 108% немесе +-54% болуы мүмкін.

4. Қарапайым орнату

Кәдімгі қатты күйдегі магниттік микро және нано - қуат қосқыштары барлығына әмбебап болатындай етіп жасалады. Бұл қосқыштар әдетте бір, екі немесе үш кең (дәл емес) сезімталдық диапазонында болады. Егер сезімталдық немесе жаңарту жиілігі қосымшаның талаптарына сәйкес келмесе, сезімталдықтың тар диапазондарын ұсынатын жеке шешім қабылдау қиын.
Керісінше, геркон сезімталдықтың арнайы диапазондарында кеңінен қол жетімді, олар белгілі бір қолдану талаптарына бейімделуі мүмкін. Мысалы, қолданбаға 8-ден 11 АТ-ға дейін сезімталдық диапазоны қажет болуы мүмкін, ал басқа қолданбаға 25-тен 30 АТ-ға дейін қажет болуы мүмкін. Бұл әмбебаптылық деңгейі қатты магниттік сезімтал құрылғыларда қол жетімді емес.
Сондай-ақ, бұл сенсорларды әртүрлі қосымшаларға оңай орнату үшін механикалық орау және аяқтау опциялары сияқты герконның параметрлері бар. Герконының байланыс опцияларына әдетте ашық, қалыпты жабық және бір полюсті Қос қосқыш (SPDT) кіреді.
Микро және нано - қуатты қатты күйдегі қосқыштар үздіксіз жұмыс істемейді. Коммутатордың ұйқы режимі кезінде магнит өрісі жазылмайды және шығыс жаңартылмайды. Егер күту уақыты 100 мс болса, онда Шығыс секундына 10 рет жаңартылады. Егер өлшенетін магнит тым тез қозғалса, онда сенсордың шығысы тоқтап қалмайды, бұл өлшеу қателіктерін тудырады. Геркондар ұйқы режиміне өтпейді, сондықтан оларды секундына жүздеген рет пайдалануға болады.

5. Ауысу Нүктесінің Меншікті Гистерезисі

Сенсорлық технологияға қатысты гистерезис құрылғының іске қосылу нүктесі (шығу "қосулы") мен өшіру нүктесі (шығу "өшірулі") арасындағы магнит өрісі деңгейіндегі айырмашылық ретінде анықталады. Гистерезистің белгілі бір мөлшері өлшеу жүйелерінде өте маңызды, онда тіркелген қозғалыс айналмалы циклдің кез келген нүктесінде тоқтауы мүмкін. Гистерезис болмаса, магнит өрісінің өте аз өзгеруі шығыс сигналының байқаусызда өзгеруіне және өлшеу қатесіне әкелуі мүмкін.
Магнит өрісінің шамалы өзгеруіне жақын электр тогы, мысалы, электр желілері, қозғалтқыштар және т.б. немесе жер өрісінде қозғалатын металл себеп болуы мүмкін. Жердің магнит өрісінің күші 0,25-тен 0,65 Гауссқа дейін (0,025-тен 0,065 мТл-ге дейін). Бұл бақыланбайтын магнит өрістері сенімді дизайн үшін қажет минималды гистерезисті де, сенсорлардың пайдалы сезімталдығын да шектейді. Жоғары магниттік сезімталдық электронды компастар үшін пайдалы, бірақ жақындық сенсорлары үшін емес.
Минималды гистерезис сенімді өлшеу құрылғысын жобалауда маңызды фактор болып табылады. Қатты күйдегі магниттік сенсорларда гистерезис тізбек арқылы сезімтал элементке қосылуы керек, яғни ол тұрақты болады және бақылау қиын болады. Керісінше, геркон магниттік-механикалық дизайнына байланысты оларға тән гистерезиске ие, бұл өлшеу жабдықтарының сенімділігін арттырады.

3.5 Датчиктер мен басқару құралдары нарығындағы герконның жағдайы

Геркон-бұл көп жылдық тәжірибесі бар дәлелденген технология. Олардың тығыздалған байланыстары оларды көптеген электрондық қосымшаларда қолдануға үлкен үлес қосты. Олар кір, діріл, ылғал, газ және майы бар қолайсыз жағдайларда да физикалық байланыстың қажеті жоқ сенімді деректерді қамтамасыз етеді. Олардың дәлелденген беріктігі мен сенімділігі оларды бірнеше талап етілетін қосымшалар үшін танымал таңдау етті, соның ішінде автомобиль қауіпсіздігі, медициналық жабдықтар, қауіпсіздік құралдары, коммуналдық есептеу құралдары, тұрмыстық электроника және тұрмыстық техника.
Геркон өнімнің ұзақ қызмет ету мерзімін қамтамасыз етеді. Герконда тек ішкі компоненттер бар, олар бүгіліп, электр қуаты толығымен қамыс пен қорғасын сымдарында болады, сондықтан механикалық тозуға байланысты сәтсіздік режимі жоқ. Кейбір электр жүктемелерінде қызмет ету мерзімі 50 жылдан асады және бір миллиард коммутациялық цикл. Герконның технологиясына әлемдік сұраныс өсіп келеді және жыл сайын 1 миллиард доллардан асады. Осы сұранысқа жауап ретінде өндірушілер нарықтың өзгеріп отырған қажеттіліктерін қанағаттандыруды жалғастыру үшін герконна жақсартулар енгізеді.
Төмен қуатты өлшеу жүйелерін жобалау кезінде герконның технологиясы Қатты күйдегі сенсорлық технологиялармен салыстырғанда көптеген артықшылықтарға ие. Оның төмен жұмыс күші, қатты қуат тұтыну төзімділігі, магниттік сезімталдықтың дәл ауысу нүктелері, өзіндік ауысу нүктесі гистерезисі және қарапайым баптау оны икемді және сенімді технологияға айналдырады.
Оның тығыздалған контактілері және ұзақ қызмет ету мерзімі оны көптеген қосымшалар үшін, соның ішінде қауіпті жағдайларда да тартымды нұсқа етеді. Ондаған жылдар бойы дәлелденген өнімділіктің арқасында геркон коммутаторының технологиясын қолдану және сұраныс электроника мен мехатроника саласындағы жылдам дамулармен бірге өсіп, кеңеюде.

3.6 Геркон жұмысы, геркон негізіндегі жобалар, Arduino бар герконды пайдалану

Герконды 1936 жылы Уолтер Б.Эллвуд bell telephone labs-та ойлап тапқан. Геркон никельден немесе темірден жасалған ферромагниттік икемді металл контактілерінен тұрады, олар оңай магниттеледі және демагниттеледі. Герконы жабу кезінде өте төмен қарсылыққа ие, әдетте 50 Мом. Оның жұмысы үшін нөлдік қуат қажет.

Қамыс пышақтарының салыстырмалы қаттылығы екі байланыс арасындағы кішкене алшақтық пен қабаттасумен бірге герконының сезімталдығын басқарады. Коммутатордың сезімталдығы-бұл контактіні ашық немесе жабық күйге келтіру үшін қажет магнит өрісінің мөлшері. Ол ампер-айналымдар (АТ) бірліктерімен өлшенеді. Геркондардың көпшілігінде 10-30 АТ сезімталдық диапазоны бар, мұнда 10 АТ 30 АТ-қа қарағанда сезімтал.
Геркон механикалық қосқыш үшін өте сенімді және олар істен шыққанға дейін миллиардтаған циклдарда жұмыс істей алады. Сонымен қатар, герметикалық құрылымның арқасында олар жарылыс қаупі бар ортада жұмыс істей алады, онда ұшқын апатты салдарға әкелуі мүмкін. Геркон ескі технология болуы мүмкін, бірақ олар ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.