Bariera optyczna

SYSTEMY MIKROPROCESOROWE
W
AUTOMATYCE
PROJEKT
Temat: Bariera optyczna
Przemysław Paździorek
IV ARR 2000/2001
1.
Cel projektu
Celem opisanego tu projektu było zaprojektowanie i wykonanie bariery optycznej,
wykorzystującej mikrokontroler firmy Motorola MC68HC05J1A.
2.
Założenia projektowe
Docelowo projektowana bariera służyć powinna jako element dodatkowego wyposażenia
stanowiska laboratoryjnego robota przemysłowego IRB-6. Bariera powinna wykryć fakt
wejścia człowieka w obszar roboczy w czasie pracy manipulatora oraz odpowiednio
zareagować tzn. włączyć STOP AWARYJANY . Układ powinien pracować stabilnie w
każdych warunkach (oświetlenia , temperatury itp.)
STREFA CHRONIONA
BARIERA
OPTYCZNA
BIURKA
Rys 1. Schemat chronionej strefy.
SZAFA
STEROWNIKA
IRB-6
3.
Realizacja projektu
W opisywanej barierze optycznej wykorzystany został scalony odbiornik podczerwieni
SFH-5111. Układ ten reaguje na odpowiednio modulowane promieniowanie podczerwone o
częstotliwości 36kHz.Dzieki takiemu właśnie rozwiązaniu eliminujemy zakłócenia
pochodzące od zewnętrznego oświetlenia. Do uzyskania częstotliwości 36 kHz użyto
popularnego generatora LM555, modulacją wiązki podczerwonej zajmuję się mikrokontroler.
Odbiornik umieszczony został na oddzielnej płytce i połączony przewodem z urządzeniem.
ired
3.1. Odbiornik SFH-5111
SFH –5111 jest scalonym odbiornikiem podczerwieni stosowany głównie w urządzeniach
RTV sterowanych pilotem na podczerwień. Odbiornik reaguje na promieniowanie o długości
fali 940 nm. Wyposażony jest w filtr o paśmie przenoszenia ok. 36kHz. Scalonu odbiornik
jest kompatybilny zarówno z technologią CMOS jak i TTL. Wyjście jest aktywne w stanie
niskim.
Rys. 2. Przebiegi czasowe nadajnika i odbiornika podczerwieni.
3.2. Mikrokontroler
W projekcie zastosowano najmniejszy z mikrokontrolerów firmy Motorola HC05. Jego
zadaniem jest odpowiednia modulacja nadawanego sygnału w podczerwieni. Do tego celu
wykorzystano przerwania pochodzące od RTI. Na porcie PA7 uzyskano sygnał o okresie ok.
16,4 ms i 50% wypełnieniu. Do wejścia przerwań zewnętrznych IRQ, który jest aktywny w
stanie niskim, podłączono wyjście odbiornika podczerwieni. Mikrokontroler zlicza ilość
otrzymanych przerwań zewnętrznych w pewnym odcinku czasu i sprawdza czy mieści się ona
w odpowiednim zakresie. Za mała ilość informuje nas o tym, że ktoś stanął pomiędzy
odbiornikiem a nadajnikiem, za duża ilość może świadczyć o zakłóceniu bariery przez inne
źródło podczerwieni np. pilot TV. Jeżeli zauważy któreś z tych zjawisk wystawia stan wysoki
na port PA6. Program sterujący pracą układu jest bardzo prosty, powstał on przez
modyfikację laboratoryjnego programu demonstracyjnego.
PROGRAM:
#include ‘h705j1a.frk’
ORG RAM
tim_counter ds 1 /deklaracja zmiennych
tim_counter2 ds 1
ext_counter ds 1
ORG EPROM
TIMER_ISR: /obsługa przerwania od timera
inc tim_counter
inc tim_counter2
bset 2,tscr
rti
EXTERNAL_ISR: /obsluga przerwan zewnetrznych
inc ext_counter
bset 1,iscr
rti
INIT: /procedura inicjalizacyjna
clra
lda #$f0
sta ddra
lda #3
sta ddrb
clrx
lda #0
sta portb
sta porta
sta tim_counter
sta tim_counter2
sta ext_counter
bset 4,tscr
bclr 0,tscr
bclr 1,tscr
cli
rts
tim /procedura umozliwiajaca odpowiednia modulacje sygnalu nadawanego
lda porta
eor #$80
sta porta
clr tim_counter
bra tag
tim2 /procedura sprawdzajaca pojawienie sie stanow alarmowych
lda ext_counter
cmp #5
bls alarm /przyszlo za malo przerwan (ktos przeszedl przez bariere)
cmp #12
bhs alarm /przyszlo za duzo przerwan (odbiornik odebral dodatkowy sygnal)
clr tim_counter2
clr ext_counter
bra tag
alarm /procedura wlaczjaca alarm
bset 6,porta
clr tim_counter2
clr ext_counter
bra tag
START:
jsr init
tag /glowna petal programu
lda #00
sta copr
lda tim_counter
cmp #1
beq tim
lda tim_counter2
cmp #10
beq tim2
bra tag
ORG VECTORS
dw timer_isr
dw external_isr
dw start
dw start
org MOR
DEFOPT equ PIRQ.|OSCRES.
db DEFOPT
3.3. Zasilanie
Do zasilania układu można wykorzystać dowolny popularny zasilacz wtyczkowy. Układ
został wyposażony w prostownik oraz stabilizator napięcia 7805. Maksymalne napięcie
wejściowe ograniczone jest przez wartość maksymalnego napięcia dla kondensatorów
znajdujących się w układzie zasilania.
4.
Wnioski
W czasie realizacji projektu zauważono, że ważnym elementem jest ustalenie prądu diody
nadawczej, przy zbyt dużej wartości do odbiornika po linii zasilania dochodziły zakłócenia
powodujące jego ciągłe wzbudzenie.Dodatkowo, aby wyeliminować zakłócenia zastosowano
filtr dolno przepustowy na lini zasilania odbiornika. W przypadku gdyby spadek napięcia na
lini przesyłowej oraz na filtrze pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem okazałby się zbyt duży
należałoby zastosować oddzielny układ zasilania dla odbiornika. W tym konkretnym
przypadku polegałoby to na dołożeniu w układzie zailania dodatkowego stabilizatora, z
którego doprowadzone byłoby zasialnie do odbiornika. Następnym ważnym elementem, jest
dobór odpowiednio dokładnych elementów generatora zbudowanego na układzie LM555, a w
szczególności pojemności aby generator był nie czuły na zmiany temperatury.