Sistemele Vga ( Vehicule cu Ghidare Automata )

CUPRINS

CAP. 1 ………………………………………………………………………..1

1.1 Generalitãþi……………………………………………………………………1

1.2. Componentele unui sistem de VGA ………………………………2

1.3. Sisteme de ghidare utilizate ……………………………………….6

1.4. Compararea sistemelor de ghidare ………………………………8

CAP. 2 ………………………………………………………………………16

2.1. Interfaþa serialã RS-232C…………………………………………….16

2.2. Generalitãþi ……………………………………………………………..16

2.3. Linii de semnal ºi caracteristici mecanice …………………….17

2.4. Semnale de control ……………………………………………..20

2.5. Semnale de sincronizare ……………………………………..22

2.6. Protocoale folosite pe RS-232C …………………………….23

2.7. Portul serial al microcontrolerului 8051 …………………….25

2.8. Emiþãtorul de linie quadruplu ROB 1488 …………………….31

2.9. Receptorul de linie quadruplu ROB1489 …………………….32

CAP.3 ………………………………………………………………………34

3.1. Circuite PLL ……………………………………………………..34

3.2. Principiul de funcþionare …………………………………………….34

3.3. Descrierea circuitului integrat E565 ………………………36

3.4. Parametrii circuitului E565 ……………………………………….39

CAP.4 ………………………………………………………………………..40

4.1. Transmisia PLM-FSK ……………………………………………….40

4.2. Principiul unui codor PLM ……………………………………….42

4.3. Recepþia semnalului FSK ºi reconstituirea semnalului ……..43

CAP. 5 …………………………………………………………………………44

5.1. Blocul de emisie ………………………………………………………..44

5.2. Descrierea blocurilor aferente ……………………………….45

5.3. Convertorul tensiune frecvenþã ……………………………….45

5.4. Oscilatorul de tensiune dreptunghiularã ……………………….46

5.5. Funcþionarea circuitului ………………………………………………..47

5.6. Proiectarea circuitului ………………………………………………..48

5.7. Amplificatorul de infraroºu ………………………………………..52

CAP. 6 Blocul de recepþie……………………………………………………. 54

6.1. Receptorul de infraroºu ………………………………………………..55

6.2. Proiectarea circuitului ………………………………………………..56

6.3. Convertorul frecvenþã tensiune ……………………………….57

CAP. 7 …………………………………………………………………………59

Descrierea blocurilor de emisie-recepþie ……………………………….59

7.1. Blocul de emisie ………………………………………………………..60

7.2. Blocul de recepþie ………………………………………………………..60

CAP.8 …………………………………………………………………………61

Sursa de alimentare ………………………………………………………..61

Bibliografie

=== CAP1_2 ===

CAPITOLUL 1

1.1 GENERALITĂȚI

Sistemele VGA (vehicule cu ghidare automată) se află de mult timp printre preocupările de bază ale specialiștilor din domeniul roboților și automatizărilor industriale.

Un sistem VGA este un sistem de manevrare și transport a materialelor, care presupune un înalt nivel tehnologic de realizare a unui vehicul fără pilot și care urmărește o cale de ghidare și este controlat de un computer.

Sistemul este destinat asigurării transportului și manipulării în mod automat a unor piese în magazii, hale de prelucrare , celule flexibile sau de linii flexibile de fabricație în strînsă legatură cu cerințele de producție.

Acest sistem de transport a materialelor prezintă importante avantaje printre care putem aminti reducerea necesarului de forță de muncă ,

de asemenea mărirea siguranței transportului și a personalului la fel ca și reducerea pierderilor rezultate din accidente în timpul lucrului. În ultimii ani s-a acordat o mare atenție vehiculelor cu ghidare automată care vor asigura soluționarea parțială sau totală a problemelor prezente și viitoare legate de automatizarea producției. Aceste sisteme sînt folosite la implementarea sistemelor flexibile de fabricație.

Există două subsisteme care participă la realizarea sistemelor flexibile de fabricație:

– subsistem de pelucrare pe mașina (SPM)

– subsistem de asamblare (SA)

Fiecare din aceste sisteme este integrat cu un subsistem de proiectare asistată de calculator. Sistemul flexibil este integrat prin intermediul unui sistem de transport, care poate fi un robocar sau un vehicul pentru manipulare a mărfii.

În industria automatizată distribuția în magazii a materialelor și a diferitelor componente se realizează prin intermediul unor astfel de sisteme. Diferite versiuni ale sistemelor VGA au fost proiectate pentru industria electronică unde se cere o curățenie deosebită, condiții asemănătoare impunându-se și în industria alimentară și farmaceutică.

Desigur se pot imagina și alte aplicații ale sistemelor VGA în realizarea lor practică depinde în mare măsura de utilitatea și evident costul acestora.

1.2 COMPONENTELE UNUI SISTEM DE VGA

Componentele principale sint urmatoarele:

1) vehicule propriu-zise

2) rețele de ghidare

3) sisteme de comunicație

4) sisteme de comandă

VEHICULELE :

Sunt construcții mecanice care cuprind un șasiul, tren de rulare, motoare de acționare, sistem de direcție și de frânare, sursa de alimentare, calculator sau microprocesor de comandă, sistem de telecomunicație, echipamente de protecția muncii și nu în ultimul rînd mecanisme ce servesc la încarcarea și descărcarea automată a sarcinii utile.

Vehiculele pot fii de mai multe tipuri funcție de destinația lor. Astfel de vehicule pot fii :

-vehicule tractoare

-vehicule transportoare

-vehicule de transport și ridicare

-vehicule banc de montaj

REȚELE DE GHIDARE :

– sunt de obicei realizate cu un fir amplasat la distanță mică sub nivelul podelei, prin care circulă un curent electric de frecvență mare (20KHz). Se crează astfel un câmp electromagnetic care este urmărit de vehicul cu ajutorul unei bobine. Astfel de sisteme sunt foarte răspindite și se numesc inductive. Există și altfel de sisteme cum ar fi cu ghidaj optic. În acest caz se urmărește o dungă de vopsea specială, trasată pe podea.

Există sisteme fără rețea de ghidare, cu giroscop, cu memorare prin invățare, cu recunoaștere de traseu (prin laser, infraroșu, ultrasunete).

Realizările moderne în domeniu urmăresc mărirea gradului de independentă a vehiculelor și de asemenea înlăturarea elementelor de ghidare.

SISTEMELE DE TELECOMUNICAȚIE :

– asigură schimbul de informație bilateral între punctul de comandă și vehicul. Există doua sisteme de bază folosite și anume:

– cu comunicație continuă

– cu comunicație discontinuă

În realizările practice se preferă sistemele de comunicație discontinuă pentru că , deși oferă un debit de informații mai mic și intermitent, sunt mult mai ieftine, simplu de realizat și reușesc să realizeze schimbul de informații în limitele condițiilor impuse.

Purtătoarea de informație poate varia de la infraroșii la undele electromagnetice de radiofrecvență.

Informațiile transmise de la calculator la vehicul sunt referitoare la poziția unde trebuie să se deplaseze vehiculul, viteza de deplasare, natura încărcăturii de luat, respectiv comanda de retragere la alimentare sau reparație.

Informațiile transmise de vehicul către calculator se referă la confirmarea deplasării, poziției în hală, a terminării încărcării sau descărcării, natura și masa a încărcăturii, starea de încărcare a acumulatoarelor, diferite defecte care necesită retragerea vehiculului în depou.

COMANDA SISTEMULUI :

Există mai multe concepții de bază, dintre care mai importante amintim două:

– conducerea centralizată a sistemului de către un singur calculator;

– conducerea pe sectoare cu calculatoare mai mici pe zone care sunt interconectate cu un calculator central al sistemului.

Ambele metode au avantaje și dezavantaje, fiind folosite funcție de împrejurări.

Un sistem cu VGA funcționeaza după urmatorul principiu:

Calculatorul central , aflat în legătura cu rețeaua informațională a intreprinderii, comandă vehiculele către pozițiile cerute cu o viteză impusă de necesități. Vehiculele , după ce au îndeplinit sarcinile de transport primite, se reintegrează în circulație sau se retrag în poziția de așteptare.

Deși sînt scumpe, sistemele cu VGA-uri se folosesc pentru multiplele lor avantaje cum ar fi :

– sistemul are o flexibilitate foarte mare

– asigură urmărirea fluxului de materiale la moment

-se poate recupera , muta din loc în loc

– se reduce necesarul de forță de muncă

– mărește productivitatea și calitatea muncii

– este nepoluantă

Principalele tendințe în realizarea actuală de VGA-uri vizează o creștere a fiabilității și în special mărirea mobilității prin mărirea inteligenței vehiculelor.

1.3 SISTEME DE GHIDARE UTILIZATE

Sistemele de ghidare , la fel ca și tehnologiile folosite cel mai des vor fi prezentate în continuara:

1. Conducerea mecanică – traseul folosit în acest caz este materializat fie prin șine de rulare sau printr-o linie de conducere urmărită prin contact direct cu vehiculele. În general șinele sunt îngropate astfel ca ele să nu deranjeze mișcarea altor vehicule în zonă.

2. Conducere inductivă – traseul este materializat printr-un fir îngropat în podea. Acest fir este parcurs de un curent electric alternativ și generează un câmp electromagnetic deasupra podelei. Acest câmp este urmărit cu ajutorul unor bobine în care se induce un curent electric care are amplitudinea proporțională cu distanța de la fir la bobină în condițiile în care curentul prin conductor rămîne constant.

3. Conducerea optică și chimică (magnetică) – motivul pentru care aceste două metode distincte sunt încadrate în aceiași categorie este că principiul de funcționare este identic, ăn ambele cazuri vehiculul urmînd un traseu materializat printr-un element pasiv ( o dungă de vopsea specială fluorescentă sau o bandă metalică aplicate pe podea ). În primul caz vehiculele sunt dotate cu o sursă de lumină proprie care activează emisia de lumină ce este detectată de niște celule fotosensibile, iar în al doilea caz un detector de metale cu care se urmărește banda metalică.

Atît gradul de complexitate cît și răspîndirea, fiabilitatea acestor două sisteme sunt asemănătoare, avantajele și dezavantajele pe care le oferă, respectiv precizia lor fiind identică.

4. Conducerea prin memorare de traseu – sistemul acesta se bazează pe măsurarea distanțelor parcurse, respectiv controlul unghiurilor de virare direct la roțile vehicului, asigurîndu-se parcurgerea traseului dorit. Deși datorită alunecărilor inevitabile precizia sistemului este discutabilă, pentru trasee scurte și vehicule cu rază medie de acțiune, sunt utilizate cu succes, fiind sisteme fiabile cu precizie medie sau redusă dar, relativ simple în construcție.

5. Sistemul "BEACONS" – sistemul constă din două surse de lumină focalizate precis (în general infraroșu ) care explorează întrega arie. Un transmițător unidirecțional transmite un semnal de sincronizare, cînd un fascicul de lumină trece peste unul din cele două receptoare de lumină așezate fixe prin evaluarea unor semnale și anume :

-semnalul de sincronizare

-semnalele luminoase recepționate de acele traductoare aflate pe VGA

6. Conducerea inerțială – sistemul măsoară accelerația de translație sau de rotație a VGA, și deducînd poziția față de poziția unui punct fix printr-o dublă integrare a accelerațiilor respective. Acest sistem trebuie recalibrat periodic.

7. Conducerea prin imagini directe – în acest caz vehiculul este dotat cu o cameră de luat vederi, imaginile achiziționate fiind prelucrate de computerul de bord și apoi comparate cu imaginile obținute în timpul învățării traseului. În funcție de diferențele apărute , vehiculul își corectează poziția pînă la ruta corectă.

Sistemul este relativ complex, vehiculul necesitînd o bună eghipare cu tehnică de calcul și optică, de asemenea necesită o întreținere de calitate.

1.4 COMPARAREA SISTEMELOR DE GHIDARE

Principalele criterii de comparare sunt enumerate în continuare :

A. Raza de acțiune a sistemului

B. Precizia de ghidare

C. Flexibilitatea

D. Fiabilitatea

E. Complexitatea sistemului

F. Costul vehiculului

G. Costul echipamentelor fixe

A. Conducerea mecanică

1. Costul unui sistem de rulare este strict proporțional cu lungimea de rulare și performanța nu este influențată de dimensiunile rețelei de ghidare.

2.Rezoluția de ghidare în domeniul submilimetric poate fi obținută dacă este necesară, totuși efortul pe care îl implică se justifică doar în aplicații speciale, costurile crescînd cu cerințele impuse asupra rezoluției .

3. Sistemul de rulare trebuie să suporte greutatea vehiculului și/sau forțele de ghidare, din acest motiv el trebuie rigidizat. Multe din construcțiile actuale sunt consolidate în podea pentru a putea permite o arie de deplasare a VGA în context cu alte modalități de transport. Acest fapt relevă necesitatea unui efort considerabil pentru modificarea traseului sistemului de rulare.

4. Cu un sistem de rulare în sensul clasic al unei căi ferate se poate un traseu simplu. Dacă în acest caz este necesară doar ghidarea mecanică, în cazul unei ghiări prin palpare a vehiculului, apare problema blocării căii de rulare.

5. Tehnica implementării a unor macaze controlate este bine cunoscută în structurile de cale ferată. Problema blocării necesită atenție. Controlul start/stop este posibilă dar necesită o operație dificilă. Un control al vitezei implică costuri considerabile.

6. Funcția de transportare a încărcăturii, circulația și controlul electronic pentru ghidare este acceptabilă.

7. Are o rezoluție modestă.

B. Conducerea inductivă

1. Lungimea unei bucle de ghidaj inductiv prin intermediul unui cablu este limitată de puterea debitată de amplificator sinusoidal. Cu echipamente corespunzătoare se pot ajunge la bucle de ordinul a sute de metrii.

2. Rezoluția este limitată de distorsionarea cîmpului electromagnetic datorată obiectelor metalice din apropierea liniei inductive și datorită toleranțelor în ceea ce privește modul de îngropare a liniei.

3. Pentru amonta un sistem de ghidare de acest tip este necesară îmgroparea acestora în podea, echipamentul folosit pentru realizarea acestui deziderat fiind modest.

4. Sistemul de ghidare îngropat în podea este protejat aproape în mod ideal de influențe accidentale. Circuitele electronice care generează curentul alternativ și cele pentru măsurarea cîmpului electromagnetic rezultat se pot realiza la cerințele de fiabilitate ridicată.

5. Comutatoarele sunt implementate foarte ușor prin intermediul folosirii frecvențelor diferite sau prin deconectarea unei frecvențe de ghidare foarte apropiată. Aceeași metodă poate fi folosită la controlul start/stop. Alte modalități de transmitere de informație pot fi satisfacute prin modularea frecvențelor în buclă inductivă.

6. Tehnologia detectării cîmpului electomagnetic generat, în procesul de achiziționare a semnalelor rezultate, poate fi realizată ușor prin componentele existente.

7. Tehnologia utilizată în acest caz implică un achipament al cărui cost este mediu.

C. Ghidare optică, mecanică, chimică

1.Costurile unui asemenea tip de ghidare este proporțional cu lungimea de ghidare instabilă, performanțele nefiind afectate în acest caz.

2. Este foarte dependentă de principiul de funcționare utilizat. Sistemele optice și magnetice simple suferă erori substanțiale în raport cu selectivitatea slabă a senzorilor. În principiu sistemele optice chimice de navigație pot fi foarte precise printr-o focalizare corespunzătoare cu lungimi de undă optice. Construcția unor senzori cu performanțe ridicate este costisitoare, dar costurile rămîn rezonabile.

3. Ghidajele menționate sunt atașate suprafeței podelei printr-o vopsire corespunzătoare a acesteia. Din acest motiv traseul poate fi schimbat ușor în funție de necesitate.

4. Cum traseul de ghidare este atașat de podea acesta devine vulnerabil unor influențe accidentale. O fixare corespunzătoare a unor adezivi rezistenți conduc la o menținere sub control a problemei de fiabilitate.

5. Atîta timp cît toate sistemele de ghidare optic, chimic sau magnetic sunt pasive prin natura construcției nu există vreun control de start/stop al acestora. Toate tipurile de date dinamice între VGA și sistemul de control trebuie achiziționate prin echipamente corespuzătoare dedicate.

6. Senzorii magnetici de ghidare sunt disponibili la prețuri mici. Complexitatea unui senzor inteligent optic, chimic presupune o rezistență ridicată față de murdărie, costurile crescînd proporțional.

7. Componentele de ghidare pasivă implică cele mai mici costuri pe unitate de lungime din toate sistemele fizice de ghidare.

D. Conducere prin memorare de traseu

1. Acest procedeu este în întregime un sistem în buclă deschisă. În coordonate absolute, VGA-ul are propriile sale poziții la startul acestui procedeu drept singură referință. Erorile introduse de utilizarea acestui sistem se datorează alunecărilor roților pe podeaua din mediul industrial, care reprezintă în mod inevitabil obstacole. După o anumită distanță precizia de ghidare scade la nivele inacceptabile, limitînd domeniul de utilizare al procedeului, la zeci de metrii.

2. Precizia este strict dependentă de domeniul de utilizare folosit, limitele preciziei sunt satisfăcătoare.

3. Datorită faptului că nu necesită un traseu fizic de ghidare, acesta poate fi ușor modificat doar prin software-ul din computere.

4. Nu se impun componente dedicate care să influențeze fiabilitatea sistemului, dar planeitatea podelei joacă un rol important.

5. Dacă nu există o instalație staționară comunicația nu este posibilă. Controlul start/stop în acest procedeu este programat inițial.

6. Procedeul un microcomputer și un sistem de servocontrol implementat pe VGA. Acestea presupun ridicarea costului dar în limite acceptabile.

7. Costul echipamentelor fixe este mediu.

E. Sistem de navigație

1. La un sistem de navigație inerțial cunoașterea proprie a poziției se face prin intermediul giroscoapelor accelerometriei. Acest sistem este dispus să devieze, ceea ce implică o recalculare periodică după un sistem de navigație absolut.

2. Spectrul de vibrație de pe VGA face ca senzorii de pe acesta să întîmpine dificultăți. Acestfapt conduce la apariția unor erori.

3. Atîta timp cît nu există o instalație stațioanră pentru descrierea sitemului de ghidare este necesară doar schimbarea software-lui de pe VGA.

4. Nu este cunoscut acest fapt în mod exact, dar efortul necesar pentru a păstra o precizie ridicată a giroscoapelor sub influența vibrațiilor, nu poate fi neglijat. Cu posibilitatea comercială de a avea disponibil un sistem giroscopic cu laser, situația se va schimba.

5. Nu există un control inerent asupra fenomenuolui start/stop sau asupra comunicației de date între VGA și orice sistem de supervizare.

6. Cu tehnologia actuală costul unui sistem inerțial bidimensional de navigație, permițînd o ghidare precisă și stabilă a unui VGA peste sute de metri, este foarte ridicat.

7. Nu se impun echipamente staționare.

F. Sistemul „BEACONS“

1. Precizia luminii este direct proporțională cu domeniul de utilizare. Cu cerințele medii asupra preciziei de ghidare, utilizînd senzorii optici de mare precizie, sitemele rotative ale luminii, procedeul poate fi utilizat la distanțe de sute de metrii pe linia orizontului. Sisteme fixe staționare permit obținerea unor domenii foarte largi în cazul deplasării în linie dreaptă. Limitele impuse utilizării acestui procedeu se datorează obstacolelor ce intervin în calea de recepție a luminii la receptor. Acest fapt poate influența oportunitatea folosirii acestui sistem.

2. Sistemele luminoase rotative utilizate în anumite scopuri, se limitează la cîțiva zeci de metrii în utilizare.

3. Poate fi influențată de obstacolele ce apar în calea de propagare din cadrul mediului de operare.

4. Precizia impusă echipamentului optic pentru obținerea unor rezoluții acceptabile în ghidare este considerabilă. Efectele de drift afectează pe termen lung fiabilitatea. Sursele de lumină exterioară pot influența în mod nefast funcționarea sistemului.

5. Pe direcția propagării luminii pînă la receptor, fascicolul luminos poate fi modulat cu o rată ridicată a datelor. Pachetele de date sunt însă mici deoarece trebuie să existe o interdependență între precizia de determinare a poziției și divergența fascicolului. În direcția opusă nu este posibilă o comunicare cu sistemul optic.

6. Presupunem că sistemele laser sunt fixate și VGA-ul conține doi receptori unidirecționali care permit obținerea de date.

7. Numărul acesor sisteme trebuie să fie mare pentru a obține o arie completă de operare a unui sistem VGA.

G. Conducerea prin imagini directe

1. Domeniul de utilizare este limitat de capacitatea de memorare disponibilă a VGA-ului pentru memorarea detaliilor necesare pentru determinarea poziției.

2. Erorile de ghidare sunt direct proporționale cu distanța pînă la ultimul obstacol.

3. Modul de ghidare derivă din memoria VGA-ului. Ghidarea poate fi făcută în prealabil printr-un procedeu de învățare manual. Cu aceasta fiecare vehicul va urmării traseele corespunzătoare. Trebuie luate măsuri pentru ca VGA-ul să nu considere „ învățătorul “ uman drept o parte din imaginile mediului înconjurător. Astfel de erori trebuie eliminate.

4. Procesul de calcul al poziției actuale a VGA-ului trebuie să fie tolerant la deviații liniare a imaginii actuale a VGA-ului a mediului înconjurător față de imaginea stocată. Imaginile trebuie atît „văzute“ cît și „înțelese“. Acest mod de recunoaștere este încă în faza de cercetare și nu este accesibil comercial, ceea ce constituie un impediment major.

5. Circuitele de semnalizare optică staționară pot transmite date variabile de la sistemul staționar de supervizare spre VGA. Pentru comunicații în sens invers se impune existența unui echipament suplimentar.

6. În mediul industrial senzorii de imagine prezintă o fiabilitate redusă, precizie mică sau cost ridicat. Camerele CCD ieftine și bune vor schimba în viitor acest domeniu. Puterea de calcul a sistemului de pe VGA este un alt factor de influență. Aspectul hardware pentru diminuarea dimensiunilor va implica o creștere a costului unui software adecvat.

7. Vor exista posibilități pentru o apariție stabilă în mediul industrial al VGA-urilor.

CAPITOLUL 2

2.1 INTERFAȚA SERIALĂ RS – 232C

2.2 GENERALITĂȚII

Interfața serială RS – 232C cuprinde specificații pentru transmiterea datelor pe bit cit și specificații fizice. Standardul alocă pini pentru semnale de date și sincronizare dar nu limitează tipul datelor ce pot fi transmise, lungimea caracterului codului sau a secvențelor de biți, tansferul informației putîndu-se face atît sincron cît și asincron.

Pentru modul asincron nu mai sunt necesare alte așa cum sunt necesare semnale de sincronizare în cazul modului sincron de operare.

Interfața serială RS – 232C se utilizează pentru transmisii de informații pe distanțe relativ scurte ( 15 m ) între doua echipamente, adica un DTE (data terminal equipament ) și un DCE ( date communication equipament ). Viteza de transmisie a datelor se măsoară în BAUD , care reprezintă numărul stărilor transmiseîntr-o secundă.

Interfața serială RS 232C conține linii de date , linii de control și linii de sincronizare. Pentru transmisia de date se folosește logica negativă, considerîndu-se "1" logic pentru un nivel de tensiune cuprins între ( -25V și -3V ) și "0" logic pentru un nivel de tensiune cuprins intre( 3V și 25V ).

Pentru liniile de contro se consideră că linia este activă în starea ON, dacă pe o linie avem un nivel corespunzător în domeniul ( 3V la 25V ) și OFF dacă nivelul este cuprins între (-25 la -3V). În interfață avem două tipuri de canale : primul lucrează la frecvențe ridicate și se folosește pentru transmisia datelor, iar al doilea e folosit mai rar cu o viteză standardizată mai mică decît cea a primului , se utilizează pentru informații de control. El pote fi divizat în canale auxiliare în care sensul de transmitere a informației e independent de sensul transmiterii informației din primul canal, controlul fiind realizat cu semnale care aparțin celui de-al doilea canal. Se pot transmite și date.

2.3 LINII DE SEMNAL ȘI CARACTERISTICI MECANICE

Interfața serială RS 232C conține maxim 25 linii de semnal dintre care avem linii de masă , 4 semnale de date , 12 semnale de control , 3 semnale de timp, restul piniilor nefiind folosiți. Conectorul poate fi de diferite tipuri , însă trebuie să conțină 25 de pini , iar conectorul mamă să se găseascăpe DCE. Cel mai des utilizat conector este de tip D sau de tip CANON.

Pentru ieșirea serială există două tipuri de conectori : un conector cu 25 de pini și un conector cu 9 pini. Semnificația pinilor conectorului DB25 este următoarea:

1 – masă de pămîntare

2 – RD recepție date

3 – TD transmisie date

4 – RTS cerere de transmisie

5 – CTS liber pentru transmisie

6 – DSR set de date pregătit

7 – masa de referință

8 – CD detecție purtătoare

20 – DTR terminal de date pregătit

22 – RI indicator de apel

Aceste semnale au următoarele semnificații:

1 – pămîntarea – este masa de protecție împotriva tensiunilor parazite de origine externă – de obicei nu se folosește la liniile lungi , iar la liniile foarte lungi ( peste 200m ) ecranajul înconjoară cele două fire.

2 – TD – pe această linie terminalul DTE , în cazul nostru un PC, transmite date;

3 – RD – pe această linie DTE recepționeză date de la un periferic

4 – RTS – cerere de transmisie , este semnal de ieșire pentru DTE;

5 – CTS – este intrare pentru DTE , această linie este ținută la nivel logic "1" de către un aparat care este pregătit pentru recepție;

6 – DSR – intrare pentru DTE , este pusă pe nivel "1"de către un aparat care are date pregătite pentru a le transmite;

7 – masă de referință, este comună tuturor semnalelor;

8 – CD – intrare pentru DTE, permite unui DCE să avertizeze DTE faptul că este ocupat cu un alt DCE;

20 – DTR – ieșire pentru DTE, acesta semnalizează către DCE faptul că este pregătitpentru a transmite date;

22 – RI – apelul DCE către DTE

În cazul conectorului DB9 poziția pinilor este următoarea:

1 – CD detecție purtătoare

2 – RD recepție date

3 – TD transmisie date

4 – DTR terminal date pregătit

5 – Masă semnal

6 – DSR set de date pregătit

7 – RST cerere de transmisie

8 – CTS liber pentru transmisie

9 – RI indicator de apel

Rata de transmisie pe linia serială poate avea mai multe valori cuprinse în domeniul 300 .. 19200 bauds.

Datele care tranzitează pe linia serială a unui PC sunt în cod ASCII.

2.4 SEMNALE DE CONTROL

În cazul transmisiei unei informații între două echipamente, utilizînd interfața serială, biții de informație sunt transmise succesiv în timp. Există trei tipuri de protocoale care se utilizează în cazul transmisiei seriale:

1) simplex – datele fiind transmise într-un singur sens, datele fiind transmise sau receptionate

2) semiduplex – datele pot fi transmise sau recepționate, dar nu simultan

3) duplex – datele pot fi transmise sau recepționate simultan

RTS(request to send) care provine de la DTE. Pentru protocolul simplex sau duplex DCE va aștepta la RTS să treacă în stare "ON" pentru a putea transmite. Pentru protocolul semiduplex o conditie "ON" pentru RTS menține echipamentul în transmisie și blocheaza recepția.

Pentru RTS în stare "OFF" emisia se blocheaza și aparatul e activat pentru recepție. Trecerea semnalului RTS din stare "OFF" în stare "ON" este permisă numai după ce DCE a trecut semnalul CTS în stare "OFF". Al doilea semnal de control este CTS care are ca sursă DCE, care va trece în stare "ON" daca RTS și DSR sunt trecute în starea "ON". Când CTS este în stare "OFF" este inhibată transmisia sau nu se transmite nimic.

Următorul semnal de control este DSR care conține informația despre DCE și anume este în stare "ON" când echipamentul este conectat și nu este în dialog sau în test. Starea "ON" arată că DCE este pregătit pentru transfer de informație dar nu s-a stabilit înca o legătură.

DTR este folosit pentru comutarea lui DCE la canalul de comutație utilizat atunci când e gata pentru transferul informației. O stare "OFF" pentru acest semnal înseamna că DCE este deconectat de la canalul de comunicație, dupa ce o transmisie curentă a fost încheiată.

RI este în stare "ON", atunci DTE știe că a fost recepționat semnalul de buclă.

CD este menținut pe nivel ridicat în stare "ON" atunci când DCE recepționează un semnal corect.

SIGN Q DET furnizează informația din care se deduce dacă există erori pe linia de informație sau de transmisie. Este în stare "ON" când nu există erori și este în stare "OFF" când există erori.

DATA RATE S poate alege viteza de transmisie. Este utilizat fie de DTE, fie de DCE și pentru starea "ON" înseamnă că se alege viteza cea mai mare de transmisie.

2.5 SEMNALE DE SINCRONIZARE

TC(TRANSMIT CLOCK), care e la pinul 24, este transmis de DTE și indică centrul unui bit transmis. Mai există tot un semnal TC la pinul 15, este transmis de DCE și indică centrul fiecarui bit. DTE va utiliza acest semnal transmis de DCE pentru sincronizarea recepției când are loc o trecere din starea "OFF" în starea "ON" a acestui semnal. Ultimul semnal de sincroizare este RECEIVER CLOCK care este la pinul 17, este transmis de DCE pentru a indica centrul fiecarui bit receptionat.

2.6 PROTOCOALE FOLOSITE PE RS232-C

a) Protocolul DTR(hard) a fost prevăzut pentru cazul în care DTE e receptor (în permanență). Semnalele care se folosesc sunt SG(masca), SP(pământare), DTR și DSR.

În modul de transmitere a informației, DTE va poziționa DTR pe "ON" semnalizând că terminalul este gata pentru a prelua date. Când bufferul lui DTE este plin, semnalul DTR este pe "OFF" și rămine așa pâna când bufferul se goleste, DTR blocând emisia de la DCE. Poziționarea lui DTR pe "OFF" se poate face și soft când se dorește ca terminalul să lucreze OFF LINE (neconectat la magistrala serială)

b) Protocolul XON (XOFF software) este folosit când transmisia se face duplex sau semiduplex.

b1) semiduplex se folosesc semnalele SG, PG, TXD, RXD. Pe liniile de transmisie a informației sensul este bidirecțional și protocolul de comunicare se blochează pe folosirea a 2 cuvinte de control care sunt 11h(XON) și 13H(XOFF). Echipamentul care va recepționa un semnal XON emite pâna când receptionează un XOFF.

b2) duplex se folosessc semnalele SG, PG, TXD, RXD, CTS, RTS.Transmiterea informatiei este bidirectionala și simultana, sensul transmisiei este dat de CTS și RTS. Când se utilizeaza modul asincron de comunicație, inceputul mesajului se transmite începând cu bitul LSB pâna la MSB, fiecare bit având o lungime specifică numită timp de bit aferent. E nevoie ca emițătorul și receptorul să lucreze la aceiași viteză pentru a se elimina erorile. După biții caracterului poate urma sau nu un bit de paritate care servește la determinarea erorilor. Ultimii biți transmiși sunt biții de STOP a căror durată e (1.5 sau 2) din durata timpului de bit aferent.

2.7 PORTUL SERIAL AL MICROCONTROLERULUI 8051 ( UATR )

În cazul microcontrolerului 8051 portul serial este implementat hard acest lucru economisind spațiu în memoria program și permițînd obținerea unor viteze de transfer mult mai mari decît în cazul implementării prin software a unui port seial. Modul UART permite interfațarea microcontrolerului cu dispozitive de intrare/ieșire standard. Dacă cuarțul sistemului cu microcontroler este de 11, 0592MHz se pot obține viteze de transfer dela 300 baud pînă la 57,6 Kbaud, avînd valori standard pentru transmisiile seriale. De asemenea o facilitate deosebită a portului serial este posibilitatea de expandare a porturilor de intrare/ieșire. Acest lucru este posibil prin conectarea unor registre de deplasare TTL sau CMOS lucrînd sincron cu o viteză de transfer superioară celorlalte moduri ( 1Mbaud ).

Implementarea hard a portului serial ușurează mult sarcinile unității centrale, aceasta avînd doar de citit sau scris într-un buffer serial. Aparent scrierea respectiv citirea informației se face într-un registru unic, însă în realitate în spatele acestuia există registre separate pentru recepție și transmisie , eliminîndu-se asfel posibilitatea interferenței între cele două operații. Din acest motiv portul serial este considerat full-duplex, adică poate recepționa și transmite în același timp. O operație de înscriere în registrul SBUF încarcă de fapt registrul de transmisie și , dacă transmisia este validată , se declanșează Și operația de emisie a primului bit. O citire a registrului SBUF citește de fapt registrul de recepție , unde se găsește ultimul caracter valid recepționat. Pentru a preveni citirea eronată a unui caracter incomplet de către CPU , registrul de recepție este încărcat din tamponul de recepție doar după ce s-a recepționat și ultimul bit al caracterului.

Configurarea portului serial , programarea sa precum și informațiile de stare sunt reunite în registrul de comandă SCON, ai cărui biți sunt prezentați în continuare:

SCON.7 – SM0 – bitul 0 de control al modului de lucru;

SCON.6 – SM1 – bitul 1 de control al modului de lucru;

SCON.5 – SM2 – bitul 2 de control al modului de lucru. Este setat de soft pentru dezactivarea caracterelor recepționate pentru care bitul RB8 este 0;

SCON.4 – REN – bitul de comandă a validării recepției.

SCON.3 – TB8 – bitul 8 al transmisiei. Setat/șters de softwarw pentru a determina starea bitului 9 de date transmis în modul UART cu 9 biți de date;

SCON.2 – RB8 – bitul 8 al recepției. Setat/șters de hardware pentru a indica starea celui de al 9 – lea bit recepționat.

SCON.1 – TI – este indicatorul de întrerupere la transmisie. Setat de hardware cînd s-a transmis întregul caracter. Trebuie șters prin software.

SCON.0 – RI – este indicatorul de întrerupere recepție. Setat de hardware cînd s-a recepționat un caracter valid. Trebuie șters prin software.

Prin combinarea biților SM0 și SM1 din SCON se pot programa patru moduri de lucru:

1) Modul 0 (SM0=0, SM1=0)

Datele intră și ies prin RXD (P3.0), iar TXD (P3.1) transmite ceasul de deplasare. Sunt transmiși/recepționați 8 biți de date, întîi bitul LSB. Viteza de transfer este fixă și egală cu fosc/12.

2) Modul 1 (SM0=0,SM1=1)

Sunt transmiși prin TXD sau recepționați prin RXD 10 biți : un bit de start , 8 biți de date și un bit de stop. La recepție bitul de stop intră automat în bitul RB8 al SCON. Viteza de transfer este variabilă.

2) Modul 2 (SM0=1,SM1=0)

Sunt transmiși prin TXD sau recepționați prin RXD 11 biți : unul de de start ( 0 ) , 8 biți de date, un al 9-lea bit de date programabil și un bit de stop. La recepție al 9-lea bit intră în bitul RB8 al SCON, în timp ce bitul de stop e ignorat. Viteza de transfer este programabilă la fosc/32 sau fosc/64.

Modul 3 (SM0=1,SM1=1)

Este identic cu modul 2, cu excepția vitezei de transfer care este variabilă.

În toate cele patru moduri transmisia este inițiată de orice instrucțiune care folosește SBUF ca registru destinație. Recepția este inițiată în modurile 1,2 și 3 de bitul de start , dacă REN din SCON a fost setat , iar în modul 0 trebuie îndeplinită condiția suplimentară ca bitul RI din SCON să fie 0.

Modurile 2 și 3 prezintă facilități suplimentare pentru comunicațiile multiprocesor. În aceste moduri sunt recepționați 9 biți de date, al 9-lea intrînd în RB8, apoi urmează bitul de stop. Portul serial poate fi programat , prin setarea bitului SM2 din SCON, astfel încît , după ce se recepționează bitul de stop , întreruperea hard să fie realizată doar dacă RB8 este pe 1. O modalitate de a folosi această caracteristică în sistemele multiprocesor este următoarea:

– atunci când procesorul master vrea să emită un bloc de date către unul sau mai multe procesoare slave, mai întîi va emite un octet de adresă care identifică slave-ul destinație. Octetul de adresp diferă de octeții de date prin faptul că al 9-lea bit este pe 1 în octetul de adresă și 0 în octeții de date.. Dacă SM2 = 1 un procesor slave nu va simți recepția octeților de date. În schimb octeții de adresă vor întrerupe toate procesoarele slave, fiecare putînd să examineze biții din octetul recepționat și să-i compare cu adresa proprie. Procesoarele slave care nu au fost adresate își lasă bitul SM2 setat și își continuă programul curent ignorînd octeții de date care urmează să fie recepționați.

În modul 0 bitul de control SM2 nu are efect, iar în modul 1 ar putea fi folosit pentru validarea bitului de stop recepționat , în caz de eroare a acestuia octetul recepționat nefiind luat în seamă.

Viteza de transfer diferă de la un mod la altul . În modul 0 viteza de transfer este fixă și egală cu fosc/12, deci pentru 12MHz rezultă 1 Mbaud. În modul 2 ,funcție de valoarea bitului SMOD din registrul PCON avem relația:

v = fosc*2SMOD/64

deci pentru SMOD = 1 viteza de transfer este fosc/32, respectiv pentru SMOD = 0 este fosc/64. În modurile 1 și 3 viteza de transfer este variabilă și este dată de perioada de temporizare cu care este programat timerul 1 după relația:

v = 2SMOD/32 * fosc/(12*(256 – CT1))

Existü posibilitatea , la viteze foarte mici, să se utilizeze timerul 1 pe 16 biți și cu încărcare prin întreruperi. De asemenea , la microcontrolerele care conțin timerul T2 este posibil ca viteza de transfer să fie dată de perioada de temporizare a timerului T2 după relația:

v = fosc/(32*(65536 – CT2))

Indiferent de modurile de lucru există două mari tehnici de utilizare a portului serial , și anume prin polling sau prin întreruperi. Tehnica polling presupune ca periodic sau atunci când trebuie efectuată o operație să fie testați prin software biții indicatori RI și TI, iar în funcție de valoarea lor se realizează sau nu operația dorită, eventual așteptînd pînă la activarea lor. Tehnica de lucru cu întreruperi permite ca automat prin hard la recepția unui caracter sau la golirea bufferului de transmisie să fie activat bitul indicator corespunzător simultan cu o cerere de întrerupere. Unitatea centrală nu va avea decât să testeze , la acceptarea întreruperii , care bit este activat și să citească sau să scrie din/în SBUF octetul de date.

Legătura prin interfața serială necesită respectarea unor standarde de comunicație în linia de legătură. Cel mai popular este standardul RS 232, care prevede emisia pentru 1 logic în linie a unui nivel de – 12V (-3…-15V) și respectiv pentru 0 logic aunui nivel de +12V (3…15V). Cum microcontrolerul este alimentat la 5V, înseamnă că pinii RXD, respectiv TXD nu pot lucra direct cu nivelurile din linia de legătură. Sunt necesare deci , în mod obligatoriu, circuite de translatare a nivelurilor specifice standardului de comunicație folosit. Pentru RS232 se pot aminti circuitele 1488, 1489 dar care au marele dezavantaj că necesită o sursă de +-12V pe lîngă cea de 5V cu care e alimentat microcontrolerul 8051. O soluție mai simplă și eficientă este utilizarea circuitului MAX232, care are încorporat în aceași capsulă și surse în comutație care, plecînd de la tensiunea de 5V obțin cu ajutorul a 4 condensatoare externe, +-10V și astfel driverele încorporate pot funcționa în bune condiții. Circuitul conține atît circuitele de translatare atît pentru recepție ,cît și pentru emisie.

2.8 EMIȚĂTORUL DE LINIE QUADRUPLU ROB 1488

ROB 1488 este un emițător de linie monolitic , proiectat pentru a interfața echipamentele terminale de date cu echipamentele de transmisie a datelor.

Principalele avantaje ale acestui circuit sînt :

– limitare de curent la tipic 10 mA

– controlul vitezei de variație a tensiunii la ieșire cu un capacitor extern

– domeniu larg pentru valoarea tensiuii de alimentare

– compatibilitate cu familiile de circuite logice DTL și TTL

Capsula și dispunerea pinilor circuitului ROB 1488 este dată mai jos:

2.9 RECEPTORUL DE LINIE QUADRUPLU ROB 1489

ROB 1489 este un receptor de linie cuadruplu monolitic proiectat pentru interfațarea echipamentelor de transmisie a datelor cu echipamente terminale de date în conformitate cu specificațiile EIA din standardul RS 232.

Principalele caracteristici a circuitului ROB1489 sunt date în continuare:

– rezistență de intrare 3 – 7K

– domeniul semnalului de intrare +30V..-30V

– histerezis intern al tensiunii de prag la intrare

– terminalul de control al răspunsului permite:

– programarea tensiunii de prag

– filtrarea zgomotului de intrare

Capsula cu dispunerea pinilor circuitului este prezentată mai jos:

=== IVANPR1 ===

CAPITOLUL 3

3.1 CIRCUITE PLL

3.2 PRINCIPIUL DE FUNCȚIONARE

Structura unui circuit PLL conține un comparator de fază și frecvență CPF, un oscilator comandat în tensiune OCT și un filtru trece jos FTJ.

Schema de principiu este prezentată mai jos:

Oscilatorul comandat furnizează un semnal So(t), dreptunghiular, de frecvență e si faza e. Frecvența semnalului So(t), în lipsa semnalului de intrare sau în cazul în care bucla nu funcționează, va avea valoarea o,prescriptibilă și care se mai numește și frecvența de oscilație liberă. Semnalul So(t) se aplică la una din intrările comparatorului de fază și frecvență. De asemenea se aplică, la cealaltă intrare a comparatorulul, semnalul exterior

Si(t) = cos [i*t + i(t)]

de frcventa diferita de o. Comparatorul de fază produce la ieșirea sa o tensiune Vf(t) = K * Si(t) * So(t). Această tensiune conține o componentă lentă dependentă de diferența de frecvență și de diferenta de fază dintre So(t) si Si(t).

La ieșirea FTJ se obține tensiunea Vo(t) avînd expresia :

Vo(t) = Vo – K* cos [e * t + (t)]

unde Vo este o componentă continuă ce asigură funcționarea OCT în regim de oscilație liberă.

Tensiunea Vo(t) comandă OCT printr – o relație de forma e = Ko* Vo(t).

Dacă frecvența semnalului de intrare pătrunde într-un interval din apropierea lui o, denumit bandă de captură Bc, bucla se închide, ceea ce are ca efect modificarea lui e pîna cînd e = i adica e = o + iar e = 0.

În situația în care bucla s-a prins iar frecvența de intrare rămîne neschimbată rezultă că și (t) = const.

Egalitatea e = i se menține atîta timp cît i nu depășește limitele unui interval numit bandă de urmărire Bu. Banda de urmărire este mai mare decît cea de calare. Acest lucru se poate observa din figura de mai jos în care se prezintă dependența lui Vo(t) de frecvența i în situații în care aceasta crește și respectiv descrește liniar.

3.3DESCRIEREA CIRCUITULUI PLL INTEGRAT E 565

Schema bloc a capsulei circuitului E 565 este prezentată în figura de mai jos. De asemenea sînt dați și parametrii cei mai importanți ai circuitului.

Filtrul trece jos FTJ este compus din amplificatorul A și condensatorul exterior C1. Frecvența de oscilație liberă este pescriptibilă prin elementele exterioare Ro și Co și calculabilă prin relația:

o = 2**Fo = (2*)/(3,7*Co*Ro)

OCT conține doua surse de curent de precizie care furnizează curentul :

Io = (Vcc – V7)/Ro.

acest curent este folosit la încărcarea unui condensator Co. Tensiunea pe condensator variază liniar între doua praguri fixate de un trigger Schmitt. Bascularea acestuia schimbă sensul de variație a tensiunii conform figurii următoare. Ieșirea triggerului constituie semnalul So(t).

CPF conține doua surse de curent comandate diferențial de semnalul de intrare Si(t). Ieșirile celor două surse sunt aduse la intrările lui A1 prin intermediul unor comutatoare de curent comandate de semnalul dreptunghiular So(t). Semnalul diferențial de la intrarea lui A1 reprezintă pe Vf(t) care prin amplificare și filtrare devine Vo(t)

3.4 PARAMETRII CIRCUITULUI E 565

Parametru Simbol Val. max.

Ualim V10 – V1 24 V

Uintr.dif. V2 – V3 1V

Pdis – 300 mW

Ialim V7 – V6 12,5 mW

Udecal " " 200mW

Amplit. tiunghi – 2,4Vvv

Amplit. drept. – 5,4Vvv

Frecvența OCT – 500KHz

CAPITOLUL 4

4.1TRANSMISIA PLM – FSK

În cazul unui sistem PLM se ințelege că se transmite un tren de impulsuri cu perioada constantă "T". Durata impulsului "t", este variabilă și este purtătoarea de informatție referitoare la un semnal analogic lent variabil în comparație cu "T" și discretizat în timp. Forma unui semnal PLM este prezentată în figura de mai jos.

Factorul de umplere este d = t/T, poate lua valori în intervalul (0,1) și este la rîndul lui purtător de informație. Deoarece el reprezintă valoarea medie a semnalului pe o perioadă, el poate fi utilizat la reconstituirea semnalului original.

În cazul în care semnalul util este de frecvență redusă este avantajoasă utilizarea sistemului FSK. În acest caz se asociazî fiecărui nivel logic din semnalul util cîte un semnal sinusoidal de o anumită frecvență ("0" -> fo, "1"->f1) cu condiția ca fo și f1 să fie apropiate iar perioadele acestor frecvențe sa fie mult mai mici decît perioada semnalului util.

Principul formării semnalului FSK este prezentat în figura de mai jos:

4.2 PRINCIPIUL UNUI CODOR PLM

Realizarea codării PLM constă în a compara semnalul modulator, lent variabil, cu un semnal periodic de formă triunghiulară și perioadă T. La ieșirea comparatorului se va obține tocmai semnalul PLM. Schema bloc a codorului și diagramele de timp a semnalelor care intervin sînt prezentate in figura urmatoare:

Pentru a transmite semnalul PLM rezultat, prin sistemul FSK, cea mai frecventă metodă utilizată este acea în care un oscilator comndat în tensiune OCT este acționat de nivelele de tensiune corespunzatoare celor două stări logice a semnalului util.

4.3 RECEPȚIA SEMNALULUI FSK ȘI RECONSTITUIREA SEMNALULUI

Recepția semnalului FSK se poate realiza cu un circuit PLL și un comparator. În continuare prezentăm schema de principiu a unui astfel de circuit precum și formele de undă ale semnalelor care intervin în funcționare.

Pentru ca recepția semnalului FSK să fie posibilă trebuie ca cele două frecvențe care se transmit să fie apropiate ca valoare, adică să fie în banda de captură , Bc, a PLL de o parte și de alta a frecvenței de oscilație liberă. Tensiunea Vo(t) de la ieșirea FTJ va comuta între două nivele plasate de o parte și de alta a nivelului Vo corespunzător frecvenței de oscilație liberă a OCT. În urma comparării semnalului Vo(t) cu nivelul constant Vo la ieșirea comparatorului se obține semnalul PLM, în cazul nostru semnalul transmis pe linia TXD al interfeței seriale.

CAP 5.

5.1. BLOCUL DE EMISIE

Blocul de emisie are rolul de a prelua informația transmisă de la utilizator, de la calculatorul central șI de a o transmite prin intermediul blocului de recepție, robocarului. Acesta mai departe prelucrează informația, o decodifică șI execută comanda transmisă de la calculatorul central.

Circuitul de emisie este format din următoarele blocuri:

– blocul de transfer nivel

– convertor tensiune frecvență

– amplificator de infraroșu IR

5.2. DESCRIEREA BLOCURILOR AFERENTE

5.2.1.BLOCUL DE TRANSFER NIVEL

Informația transmisă de la calculatorul central se face prin intermediul interfeței seriale RS232C. Deoarece nivelele logice la ieșirea acesteia sunt cuprinse între +12V șI -12V , acestea trebuie convertite în nivele compatibile circuitelor TTL, adică cu nivele cuprinse între 0V și +5V. Realizarea acestei conversii se face în cazul nostru cu ajutorul circuitului integrat ROB1488, circuit special dedicat acestui gen de aplicație. Descrierea acestui circuit a fost făcută în capitolul 2 cînd s-a tratat interfața serială.

5.3. CONVERTORUL TENSIUNE FRECVENȚĂ

Convertorul tensiune frecvență are la bază utilizarea sistemului FSK. O implementare simplă a unui sistem FSK are la bază circuite de tip PLL . În acest caz, pentru realizarea unui sistem ieftin se folosește circuitul integrat E 565.

5.4. OSCILATORUL DE TENSIUNE DREPTUNGHIULARĂ

Oscilatorul de tensiune este realizat cu ajutorul ocilatorului comandat în tensiune OCT din structura unui circuit PLL de tipul E 565 și a cărui frecvență maximă de lucru este de 500KHz. Frecvența de lucru a oscilatorului poate fi reglată prin intermediul a două componente externe notate Co și Ro. Frecvența este determinată printr-o relație de forma:

fo = 1/(3,7*Co*Ro)

Deoarece datele care se transmit de la calculatorul central la robocar, adică la microsistemul realizat cu microcontrolerului 8051, sint minimale , adică un număr redus de octeți referitori la poziția pe care trebuie să o atingă robocarul și invers referitori la poziția reală atinsă , frecvența de modulație poate fi scăzută. În cazul concret prezentat frecvența a fost aleasă în jurul frecvenței de 10KHz, aceasta putîndu-se modifica pînă la 15KHz și respectiv 8KHz dacă în loc de rezistența fixă Ro se introduce un potențiometru.

Fixînd valoarea condensatorului Co la valoarea fixă de 1nF din relația de mai sus rezultă valoarea lui Ro de 27K.

În cazul transmisiei FSK fiecărui nivel logic i se atribuie un semnal de o anumită frecvență. Presupunem că pentru nivelul logic ridicat transmitem un semnal de frecvență mai ridicată decît în cazul în care avem un nivel logic coborît. Dacă alegem pentru nivel ridicat frecvența de 12KHz și pentru nivel logic coborît 8KHz vor rezulta valorile rezistențelor ce trebuiesc conectate pe rînd la pinul 8 al integratului de tip PLL.

Schema circuitului care realizează modulația de frecvență explicată în rîndurile de mai sus se prezintă în continuare:

5.5. FUNCȚIONAREA CIRCUITULUI

Semnalul transmis de la pinul TXD al interfeței seriale a calculatorului, după ce are loc conversia din nivelele specifice standardului RS 232C în nivele TTL se aplică în baza tranzistorului Q1 prin intermediul rezistenței R1. Dacă nivelul logic transmis este "1" atunci acesta determină intrarea în conducție a tranzistorului Q1, fapt ce determină apariția unui curent prin rezistența R5. Acest curent duce la saturarea tranzistorului Q2 care scurtcircuitează rezistența R6. Deci rezistența care determină frecvența de oscilație scade (rămîne doar rezistența R7). Se obține astfel o frecvență de oscilație determinată de R7 și care este mai mare decît în cazul în care la intrare s-ar aplica un nivel logic "0". În cazul în care s-ar aplica un nivel logic coborît cele două tranzistoare Q1 și Q2 ar fi blocate și în consecință frecvența de oscilație al OCT ar fi determinată de suma rezistențelor R6 + R7, adică o frecvență mai mică decît în cazul anterior. Bineînțeles că frecvențele asociate celor două nivele logice pot fi și invers depinzînd de tipul tranzistoarelor alese în circuit ( NPN sau PNP ).

5.6. PROIECTAREA CIRCUITULUI

Alegem , prin divizorul realizat cu R1 și R2 un curent I1 = 0,3 mA

I1 >>Ib1, unde Ib1 curentul de bază al tranzistorului Q1.

Putem scrie urmatoarea relație :

I1*R2 = Ube1 + I2*R3

unde I2 este curentul de colector al tranzistorului Q1 și se impune la valoarea de 0,5 mA.

R1+R2 = 5V/0,3mA = 18K

Impunem pe R2 de 10k, de unde rezultă valoarea pentru R1 de 8K. Căderea de tensiune pe rezistența R2 este UR2 =I1*R2 = 3V. Din relația de mai sus se determină R3 ca fiind :

R3 = (I1*R2 – Ube1 )/I2. R3 = 4,7K

Cunoscînd curentul I2 se poate determina rezistența R5 din relația de mai jos :

R5 = Ube2/I2 R5 = 1,2K ;

Știind că R3+R4+R5 = 5V/0,5mA putem determina valoarea rezistenței R4 ca fiind :

R4 = 5V/0,5mA – R3 – R5

R4 = 3,7K

Cele două frecvențe de oscilație a OCT sunt :

f1 = 12KHz și respectiv f2 = 8KHz.

Din relațiile de calcul pentru frecvența OCT se obține valorile celor două rezistențe R6 și respectiv R7.

R7 = 1/(3,7*1nF* 12KHz) R7 = 22K

R7 + R6 = 1/(3,7 * 1nF*8KHz) R6 + R7 = 33K

R6 = 11K

La pinul 4 al circuitului E565 se va obține semnalul FSK care urmează a fi transmis. Canalul de transmisie poate fi cu ultrasunete, unde radio sau radiație de infraroșu. În continuare ne vom ocupa de acesta din urmă.

Deoarece radiația emisă de diodele de tip LED pentru infraroșu este forte scăzută s-a optat pentru transmisia semnalului în impuls. Adică nu se transmite un semnal dreptunghiular cu factor de umplere 50% ci unul cu un factor de umplere mult mai scăzut astfel încît valoarea medie a curentului prin LED să fie sub valoarea maximă admisă, iar durata impulsului de curent, la fel ca și valoarea acestuia să fie mai mică decît valoarea de vîrf repetitivă pentru dioda în cauză.

Modificarea factorului de umplere se face foarte simplu cu ajutorui unui circuit monostabil realizat fie cu circuitul TTL dedicat CDB 4121 fie cu două porți ȘI cu două intrări în structura de mai jos:

Vom opta pentru varianta realizată cu circuitul CDB 4121.

Pentru obținerea unor impulsuri de lățime precisă și reproductibile se conectează o rezistență între pinii 11 și 14 cu terminalul 9 neconectat.

Durata impulsului se calculează după relația :

tp = CT*Ri*loge 2

Fixăm valoarea condensatorului la valoarea de 1nF, urmînd ca din relația de mai sus să determinăm valoarea lui Ri.

Considerăm că frcvența maximă cu care lucrăm este 12KHz ,

fmax = 12KHZ.

Perioada semnalului este T = 1/fmax, T = 83 us.

I*t/T=Imed

unde t este durata impulsului de curent prin LED , T perioada semnalului, I este curentul de vîrf prin LED, iar Imed curentul mediu maxim de funcționare corectă, nedistructivă a LED-ului.

Imed = 50 mA

T = 83 us

I = 500 mA

Rezultă pentru t o valoare de 8,3 us de unde se poate calcula valoarea rezistenței conectate la pinii monostabilului :

t = R*C*ln e ln e = 0,69 C = 1nF

În urma calculelor rezultă pentru R valoarea : R = 12K

Tabela de funcționare pentru monostabilul CDB 4121 este următoarea :

A1 A2 B Q /Q

0 x 1 0 1

x 0 1 0 1

x x 0 0 1

1 1 x 0 1

1 1

1

1

0 x

x 0

5.7. AMPLIFICATORUL DE INFRAROȘU

Schema adoptată pentru amplificatorul de infraroșu este cea din figura următoare:

Avantajul transmiterii informației prin infraroșii are avantaje evidente față de transmiterea cu ultrasunete a acesteia.

Viteza mare de propagare a radiației face practic imposibilă apariția perturbațiilor sub formă de interferență,reflexii în încăperi și efect Doppler.

Lumina puternică ambiantă diminuează distanța de transmitere a informației fără a provoca erori în funcționare. De asemenea datorită transmiterii semnalului în impulsuri de durată foarte scurtă se pot utiliza puteri de vîrf ridicate.

Vom pezenta în cele ce urmează funcționarea amplificatorului de infraroșu.

Dacă la intrarea circuitului se aplică un nivel logic ridicat, tranzistorul Q1 intră în conducție ceea ce are ca efect saturarea lui Q2. Prin diodele D1 și D2 va trece un curent determinat de rezistența R1 și tensiunea de alimentare a montajului care, pentru simplificarea lucrurilor s-a ales de 5V.

Dacă se ia pentru curentul din diode o valoare de 500mA va rezulta pentru R1 valoarea :

R1 = (5V-1,2V-0,2V)/500mA

R1 = 7

Dioda de polarizare a tranzistorului Q2 poate fi o diodă de comutație de tipul 1N4148 iar cele două condensatoare de filtrare se pot lua de 220F. Rezistența de polarizare, R2, a tranzistorului se poate lua de 10K. Tranzistoarele Q1 Și Q2 pot fi de tipul BC171,109 173 și respectiv BD135,137 etc.

Principalii parametrii ai acestor tranzistoare sunt:

TIP Vceo Ic Ptot H21

BC107 45V 100mA 300mW 125

BD135 45V 1A 12,5W 100

CAP. 6

BLOCUL DE RECEPȚIE

Blocul de recepție are rolul să recepționeze semnalul transmis de blocul de emisie și să-l transmită după ce a fost demodulat FSK, microcontrolerului din sistem.

Circuitul de recepție are în componența sa următoarele blocuri:

– preamplificatorul de infraroșu

– convertorul frecvență tensiune

– comparator

Schema bloc a receptorului este următoarea:

6.1. RECEPTORUL DE INFRAROȘU

Schema este prezentată mai jos :

Funcționarea este descrisă în continuare:

Cînd se transmite un impuls de tensiune, prin intermediul radiației în infraroșu dioda D1 este polarizată ceea ce determină apariția unui curent prin rezistența R1. Acest curent determină intrarea în conducție a tranzistorului Q1 și deci apariția unui curent prin rezistența R3.Căderea de tensiune pe R3 determină saturarea tranzistorului Q2 și ca urmare ieșirea amplificatorului este conectată la nivel logic "1".

6.2. PROIECTAREA CIRCUITULUI

Impunem prin rezistențele R1 și R2 un curent de 0,1 mA iar rezistența R1 o fixăm la 33K. Din catalogul în care sunt prezentate caracteristicile fotodiodei luăm, căderea de tensiune pe ea la acest curent. Valoarea rezistenței R2 rezultă din relația următoare:

R2 = (5V – I*R1 – Ud)/I

R2 = (5V – 3.3V – 1V)/0,1mA

R2 = 7K

Fixăm prin R3 un curent de 1mA. Pentru ca tranzistorul Q2 să se satureze trebuie să avem, pe R3, o cădere de tensiune de 0,7V. Deci valoarea rezistenței R3 se calculează cu relația :

R3 = 0.7V/1mA

R3 = 700

I*R2 + Ud = Ube1 + I2*R5 : din această relație rezultă valoarea lui R5

R5 = (0,7V + 1V – 0,6V)/1mA

R5 = 1.1K

R4 = 5V/1mA-R3-R5

R4= 3,2K

Dacă alegem un curent de 5 mA prin tranzistorul Q2 avem că:

R6 = 5V/5mA

R6 = 1K și deci luăm valoarea standard de 1,1K

Tranzistoarele se pot alege de uz general de putere și frecvență mică BC 171, 107, 109 etc.

6.3. CONVERTORUL FRECVENȚĂ TENSIUNE

Schema electronică a receptorului FSK este prezentat în continuare. Circuitul PLL utilizat este de tipul E 565 . El este folosit împreună cu un amplificator Norton din capsula circuitului M 3900.

Din rezistența și condensatorului Ro respectiv Co se reglează frecvența de oscilație liberă a OCT . Aceasta este aleasă între cele două valori ale semnalului FSK transmis.

Impunem frecvența la 10KHz și valoarea condensatorului Co la 1nF urmînd ca din relația de calcul a frecvenței OCT să obținem valoarea rezistenței Ro.

R7 = 1/(3,7*1nF*10KHz)

R7 = 27K

Rezistențele R8,R9,R10 se iau din catalog din aplicațiile specifice circuitului E 565 :

R8 = 8,2K

R9 = R10 = 2K

C = 1nF

C2 = 0,47uF

C1 = 33nF

Datorită impedanței mari de intrare a amplificatorului Norton cele două rezistențe de la intrarea acestuia se iau de valori mari, în cazul nostru R4 = R5 = 680k

La pinul 6 al circuitului PLL se obține nivelul de referință Vo care prin intermediul rezistenței R4 se aplică intrării inversoare a comparatorului. La cealaltă intrare se aplică semnalul Vo(t), în urma comparației celor două semnale rezultînd semnalul PLM.

CAP. 7

DESCRIEREA BLOCURILOR DE EMISIE-RECEPȚIE

Deoarece transmisia ce o realizăm trebuie să fie bidirecțională, pentru o conversație bidirecțională cu microsistemul, se mai introduce încă un bloc de emisie-recepție.

Structura acestui bloc este aproape identică cu cea prezentată anterior. La fel și funcționarea.

Structura întregului ansamblu de emisie și recepție este cea prezentată în figura următoare:

7.1. BLOCUL DE EMISIE

Schema bloc a emițătorului are următoarele modificări față de schema bloc a emițătorului prezentată anterior:

– lipsește blocul de transfer nivel din ( +12V .. -12V ) în (5V .. 0V);

– frecvența de oscilație a OCT are altă valoare (această modificare făcându-se foarte simplu din două componente electronice pasive );

7.2. BLOCUL DE RECEPȚIE

Structura blocului de recepție este următoarea :

Se poate observa că blocul de recepție este asemănator celui prezentat în capitolele precedente cu diferența că :

– blocul de transfer nivel ( 0 .. 5V ) în (-12V .. +12V);

– frecvența PLL-ului este diferită;

CAP. 8

SURSA DE ALIMENTARE

Alimentarea robocarului se face de la o baterie de 12V. Întrucît circuitele electronice necesită tensiune de alimentare stabilizată trebuie să avem în vedere proiectarea cu grijă a unor stabilizatoare de tensiune.

Sursele de tensiune de care avem nevoie sunt 5V, -5V și 12V.

Sursa stabilizată de 12V are următoarea structură:

Sursa de tensiune de 5V are o structură identică cu cea de mai sus, singura diferență fiind tipul circuitului integrat stabilizator, care este de tipul LM7805. Prezentăm în continuare structura sursei:

Deoarece circuitele PLL de tipul E565 se alimenteazã de la sursã simetricã vom avea nevoie ºi de o tensiune de -5V. Aceastã tensiune se obþine cu ajutorul unui circuit care este un convertor realizat cu 6 inversoare din capsula circuitului MMC4049. Se formezã mai întîi un oscilator cu ajutorul a douã inversoare. Frecvenþa oscilatorului se ia de 10 KHz iar din relaþia f = 0,48 / (R*C) rezultã valorile celor douã componente R ºi C.

R = 100 K

C = 470 pF

Conectarea celorlalte inversoare în paralel se face pentru a furniza un curent mai mare de ieºire.

Structura unei astfel de surse este prezentatã în continuare:

BIBLIOGRAFIE

1. Anton Policec Tehnica modernã a comunicaþiilor

2. Rusu Anca Circuite integrate liniare – catalog

3. Tehnium – supliment 1991

4. Microelectronica Data Book Componente optoelectronice

5. Electronic RET nr.17

6. Iulian Ardelean Circuite integrate CMOS

7. Tiberiu Mureºan Circuite integrate numerice – aplicaþii

8. Aurel Gontean Circuite integrate numerice – probleme

9. Miller Thomas Automated guided vehicle system kempston, Bedford, IFS 1983

CUPRINS

CAP. 1 ………………………………………………………………………..1

1.1 Generalitãþi……………………………………………………………………1

1.2. Componentele unui sistem de VGA ………………………………2

1.3. Sisteme de ghidare utilizate ……………………………………….6

1.4. Compararea sistemelor de ghidare ………………………………8

CAP. 2 ………………………………………………………………………16

2.1. Interfaþa serialã RS-232C…………………………………………….16

2.2. Generalitãþi ……………………………………………………………..16

2.3. Linii de semnal ºi caracteristici mecanice …………………….17

2.4. Semnale de control ……………………………………………..20

2.5. Semnale de sincronizare ……………………………………..22

2.6. Protocoale folosite pe RS-232C …………………………….23

2.7. Portul serial al microcontrolerului 8051 …………………….25

2.8. Emiþãtorul de linie quadruplu ROB 1488 …………………….31

2.9. Receptorul de linie quadruplu ROB1489 …………………….32

CAP.3 ………………………………………………………………………34

3.1. Circuite PLL ……………………………………………………..34

3.2. Principiul de funcþionare …………………………………………….34

3.3. Descrierea circuitului integrat E565 ………………………36

3.4. Parametrii circuitului E565 ……………………………………….39

CAP.4 ………………………………………………………………………..40

4.1. Transmisia PLM-FSK ……………………………………………….40

4.2. Principiul unui codor PLM ……………………………………….42

4.3. Recepþia semnalului FSK ºi reconstituirea semnalului ……..43

CAP. 5 …………………………………………………………………………44

5.1. Blocul de emisie ………………………………………………………..44

5.2. Descrierea blocurilor aferente ……………………………….45

5.3. Convertorul tensiune frecvenþã ……………………………….45

5.4. Oscilatorul de tensiune dreptunghiularã ……………………….46

5.5. Funcþionarea circuitului ………………………………………………..47

5.6. Proiectarea circuitului ………………………………………………..48

5.7. Amplificatorul de infraroºu ………………………………………..52

CAP. 6 Blocul de recepþie……………………………………………………. 54

6.1. Receptorul de infraroºu ………………………………………………..55

6.2. Proiectarea circuitului ………………………………………………..56

6.3. Convertorul frecvenþã tensiune ……………………………….57

CAP. 7 …………………………………………………………………………59

Descrierea blocurilor de emisie-recepþie ……………………………….59

7.1. Blocul de emisie ………………………………………………………..60

7.2. Blocul de recepþie ………………………………………………………..60

CAP.8 …………………………………………………………………………61

Sursa de alimentare ………………………………………………………..61