Mikroelektronika a villamossági eszközökben XI. Jelfeldolgozás II.
2015/6. lapszám | Porempovics József | 3247 |
Figylem! Ez a cikk 10 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A moduláris installációs eszközök mikroelektronikai áramkörei többféle külső jelet kezelnek, dolgoznak fel, attól függően, hogy milyen funkciót töltenek be. A leggyakoribb ilyen jel a funkciót, folyamatot elindító startjel, ami általában két állapottal rendelkezik: aktív vagy inaktív, vagyis van vagy nincs feszültség a bemeneti ponton.
Egy ilyen bemenetet az előző részben mutattunk be (VL 2015/4). Az egyes funkciók működése azonban nem csak a két állapot egyikére reagál. A startpontra történő feszültség rákapcsolását, mint vezérlőjelet az elektronikában felfutó élnek, míg a lekapcsolást lefutó élnek nevezzük. Ha megnézzük pl. egy időrelé vezérlési diagramjait (1. ábra), akkor látható, hogy a kétféle élvezérlés hatására a különböző funkciók más-más kimeneti működést eredményeznek.
Az 1. ábrán bemutatott működési diagram egy hatfunkciós időrelé funkcióit mutatja. A funkciókból az első háromnál (a, b, d) az indítójel maga a tápfeszültség, amiből az is következik, hogy ezeknél a funkcióknál nem sok értelme van a fel- és lefutó élek megkülönböztetésének, hiszen a lefutó éllel egyben a tápfeszültséget is megszüntetjük, tehát a kimeneti relé is el fog engedni. A tápfeszültséggel induló funkcióknál viszont nem tekinthetünk el a feléledési időtől (lásd 2. ábra – Újraindulási idő), főleg, ha nem kézi indítású a rendszer, hanem egy megelőző elektronikus fokozat adja az indítójelet, ami akár nagyon rövid idejű is lehet. A feléledési idő alapvetően három időtagból áll össze. Első a belső tápegység „beállási ideje”, vagyis az az időtartam, ami alatt az eszköz mikroelektronikai áramköreinek tápellátásához szükséges egyenfeszültségek stabilizálódnak (pl. 5 vagy 3,3 V), mely nagyban függ a tápegység típusától, a beépített töltéstárolóktól, azaz a pufferkondenzátorok és induktív szűrők értékétől, feszültségstabilizálási módszerektől stb. második időtényező a mikrovezérlő „RESET” folyamata, ami a megfelelő szintű tápfeszültség megjelenése után indul el, tehát összefügg a feszültségek stabilizálódásával. A „RESET” folyamat alatt a mikrovezérlő belső áramkörei alaphelyzetbe kerülnek, stabilizálódnak a belső adat- és címbuszok feszültségszintjei, a regiszterek felveszik alapértékeiket stb.
1. ábra Az időrelék indítása a kiválasztott funkciótól függően a tápfeszültség rákapcsolásával történik, állandó tápellátás mellett a vezérlő bemenetre adott feszültséggel, vagyis a vezérlőjel felfutó élével, azonban a lefutó élnek is lehetnek hatásai a kimeneti relé működésére.
Belátható, hogy a „RESET” folyamat megszakításmentes lejátszódása alapvető fontosságú egy mikroprocesszor vagy mikrovezérlő működésének elindulásánál – így természetesen minden számítástechnikai eszköznél is.
Ha a folyamat alatt nagyon gyorsan megszűnik, majd újraéled a tápfeszültség, akkor előfordulhat, hogy némelyik belső áramkör bizonytalan értéket vesz fel alapértékként, ami hibás működéshez vezethet. Bizonyára szinte mindenkivel előfordult már számítástechnikai eszköz kézzel történő újraindításánál (RESET gombbal vagy táp ki-bekapcsolással), amikor túl gyorsan kapcsoltuk vissza a tápot, és ismét nem „éledt fel” a rendszer rendesen. Ilyen esetben is az történik, hogy a tápegység és a RESET áramkör kapacitásai, töltéstárolói nem sültek ki teljesen, így az újraindítás időpontjában félbehagyott beállítások, „lebegő” feszültségszintű adat-, cím- és vezérlőbusz-vonalak maradtak a vezérlőben, és a belső funkcionális regiszterek (memóriák) is véletlenszerű értéket kaptak. A harmadik időtagot a program elindulása és a program szerinti belső alapállapotok beállításai teszik ki.
Fentiekből az következik, hogy a tápfeszültséggel induló funkcionális működéseknél – elektronikus vezérlés esetén – a hibátlan működés érdekében ismerni kell a vezérlést adó eszköz kimenetének tulajdonságait.
A START jelre induló következő három funkciónál (e, k, s) más a helyzet, ugyanis az eszköz alaphelyzetben tápfeszültség alatt van, tehát működik, minden belső állapot a megfelelő értéket vette fel, csak éppen nincs folyamatban még a kiválasztott funkció működése – az alapprogram már fut. Például a „k” funkciót elemezve látható, a START jel felfutó élére behúz a kimeneti relé, de a lefutó élre nem indul el semmilyen más működés, csupán annyi, hogy újra lehetőség van egy következő felfutó éllel történő vezérelésre.
Ha ez az új felfutó él az időzítésen belül megérkezik, akkor kikapcsolja a kimeneti relét, vagyis az impulzusrelékre jellemzően fog működni az időrelé. Ha nem érkezik vezérlőjel, akkor csak az időzítés végén fog lekapcsolni a kimeneti relé. Ezt a funkciót „időzített impulzusrelé” néven ismerhetjük (pl. feledékeny háziasszony kamravilágítás- kapcsolása).
Más a helyzet pl. az „e” funkciónál, ahol a felfutó élre behúz a relé, de az időzítés csak a lefutó élre indul el. Az „e” funkcióhoz tartozó diagram második fele azt mutatja, hogy mi történik, ha az időzítés alatt – egy lefutó él után – újra érkezik egy felfutó él. A diagramról leolvasható, hogy ebben az esetben törlődik az időzítés, a relé behúzva marad, és újra lefutó élre vár az eszköz, hogy elindíthassa az időzítést, a késleltetett kikapcsolás funkciót.
A már bemutatott bemeneti áramkör természetesen alkalmas a fentiekben vázolt működések vezérlésére, mert csupán szoftver kérdése, hogy megkülönböztesse a két állapotot, viszont – ahogy a tápról indításnál is láttuk – itt sem mindegy, hogy ezt a vezérlőjelet egy kézzel működtetett nyomógomb adja, vagy egy gép vezérlésének egyik megelőző fokozata. Az egyszerű gombnyomás az elektronika és a szoftver szempontjából nézve egy viszonylag hosszú időtartamú kontaktuszárásként értelmezhető, míg egy másik elektronikától érkező vezérlőjel esetleg már kritikusan rövid idejű is lehet egy adott bemenet számára. A nyomógombnál tehát nem kritikus a bemeneti áramkör adottságaiból, konstrukciójából adódó késleltetés, de a rövid idejű vezérlőjelek feldolgozásánál, illetve feldolgozhatóságánál már nem hagyható figyelmen kívül. A késleltetés nagysága egyébként az áramkörben lévő töltéstárolók – induktív és kapacitív tényezők – méretezésétől is függ, valamint a vezérlőjel forrása (nyomógomb, másik vezérlő) és az eszköz bemenete közötti vezeték hosszától, illetve a vezeték környezetétől (ami mellesleg még a zavarérzékenységbe is beleszól). A bemenetre vonatkozó jellemzőket az eszközök adatlapjai általában tartalmazzák, így a vezérlés megtervezése, az eszközök kiválasztása előtt nem csak a funkciót tekintve, hanem ebből a szempontból is érdemes körültekintőnek lenni. Példaként, maradva az időrelénél, a 2. ábra mutat egy adatlaprészletet.
A vezérlőjel (START) jellemzői közül a fentiek értelmében az egyik legfontosabb a rákapcsolható feszültség nagysága, illetve tartománya. Az ábrán látható „UNI” megnevezés az univerzális jellegű feszültségre utal, ami elég széles feszültségtartományt takarhat (pl. akár AC/DC 12–240 V), de megtévesztő is lehet egyben. Ugyanis figyelembe kell venni, hogy ez a START jel milyen kapcsolatban áll az eszköz tápfeszültségével. Az előző részben vázolt bemenet kapcsolási rajzán látható volt, hogy a bemenet potenciálja általában kötött, mégpedig az adott eszköz egyik tápfeszültség potenciáljához. Ez egyben azt is jelenti, hogy a vezérlésnek is a tápfeszültség megfelelő potenciáljáról kell történnie, tehát az UNI megjelölés a tápfeszültségnek megfelelő feszültséget jelenti, nem pedig azt, hogy bár a tápfeszültség pl. 230 V AC, de a vezérlés pl. lehet 24 V DC is. Csak abban az esetben lehet így igaz, amennyiben a vezérlőbemenet pl. optikai csatolóval galvanikusan leválasztott.
A vezérlőfeszültség mellett másik fontos paraméter a vezérlőimpulzus minimális hossza. Ahogy említve volt már, egyszerű nyomógombos vezérléseknél ennek nincs akkora jelentősége, viszont ha másik elektro-nikus eszközzel vezérelünk, akkor az általa kiadott vezérlőjel hosszának meg kell felelnie a fogadó eszköz bemeneti paramétereinek. A 2. ábra szerint tehát minimum 25 ms időtartamig tartania kell a vezérlőjelnek ahhoz, hogy elindíthassa a funkciót. A minimális időtartam alatt a jelnek a megfelelő feszültségszinten kell lennie, tehát a lassan felfutó jelek csak ennek a feszültségszintnek az elérése után tekinthetők indítójelnek, ugyanez vonatkozik a lassú lefutó élekre is. A START bemenetek nyilván rövidebb időtartamú jeleket képesek fogadni, mert az eszköz elektronikája már működik, nem kell kivárni a feléledési időt.
A vezérlő bemeneteknek természetesen áramigényük is van, ami általában nem túl nagy (mA nagyságrend), és a megadott feszültségtartományokban rendelkezésre is áll. A glimmlámpával szerelt nyomógombbal vagy kapcsolóval történő vezérlésnél viszont előfordulhat, hogy a glimmlámpa – ami éppen a kapcsolóeszköz nyugalmi állapotában világít, mint jelzőfény – hibás működést eredményez.
Még kritikusabb lehet ez, ha több ilyen glimmlámpával szerelt nyomógomb kapcsolódik párhuzamosan egy bemenethez. A glimmlámpa egy gázkisüléses lámpa, két elektródával rendelkezik, melyek kondenzátorként is viselkednek (nem véletlenül a rajzjelében is megtalálható a kondenzátor –, a kis pont pedig a gáztöltést jelzi), így váltóáramú szempontból vezetők, és képesek lehetnek a vezérlő bemenetek részére már értelmezhető áramot és feszültséget adni, ami bizonytalan működést eredményezhet. Az adatlapok általában ezt az információt is megadják, pl. 0,68 mA/230 V glimmlámpából 20 db köthető párhuzamosan a bemenetre (az ábra időreléjének bemenetére pl. nem köthető glimmlámpa). További késleltető tényező lehet még a túl hosszú vezetékezés, illetve maga a vezeték minősége és kapacitása is, utóbbi szintén megtalálható az adatlapokon.
A folytatásban néhány gyakran használt hőmérsékletérzékelő jelének áramköri jelfeldolgozásáról lesz szó, kitérve az alkalmazással, telepítéssel kapcsolatos kérdésekre is.
