You dont have javascript enabled! Please enable it!

دوائر الواجهة

المواضيع:

  • مقدمة
  • منطق الترانزستور الترانزستور (TTL)
  • تحويل جهود أجهزة الاستشعار التناظرية إلى رسائل رقمية
  • تحويل إشارة مولد النبض إلى رسالة رقمية
  • إشارات الإخراج

مقدمة:
في معظم الحالات، يجب ضبط الإشارات الكهربائية الصادرة من المستشعرات قبل تقديمها إلى المعالج. يتم التحكم في المحركات على الجانب الآخر من الكمبيوتر. غالبًا ما تكون هذه دوائر حثية تعمل غالبًا على تبديل التيارات الكبيرة. يُطلق على الأجهزة المستخدمة لضبط إشارات المستشعر وتيارات المشغل اسم دوائر الواجهة. تضمن دائرة الواجهة ترجمة الجهد التناظري إلى الجهد الرقمي.

  • أجهزة الاستشعار نقل الجهد مع تيار منخفض. تقوم دائرة الواجهة بتحويل الجهد إلى قيمة رقمية (0 أو 1).
    كثافة التيار منخفضة مع إشارة الاستشعار؛
  • المحركات تتطلب تيارًا أعلى.
    الى مشغلات التحكم، توجد في وحدة التحكم الإلكترونية على شكل (مجموعة من) الترانزستورات أو FETs، والتي تسمى أيضًا "برامج التشغيل". سنناقش هذا بمزيد من التفصيل في قسم "إشارات الإخراج".

الصورة أدناه توضح أجهزة الاستشعار والمشغلات لنظام إدارة المحرك (البنزين). تندرج المجموعة العليا من أجهزة الاستشعار (من مستشعر موضع دواسة الوقود إلى مستشعرات لامدا) ضمن الفئة "التناظرية". وهذا يعني أنه يجب أولاً ترقيم جهود المستشعر الواردة في ADC (المحول التناظري الرقمي). توفر المجموعة السفلية من أجهزة الاستشعار (مستشعر موضع العمود المرفقي لمستشعر سرعة السيارة) بالفعل إشاراتها رقميًا. يتم تطبيق إشارات التشغيل والإيقاف أو الفولتية مباشرة على وحدة المعالجة المركزية.

يتم التحكم في المحركات الموجودة على اليمين من خلال مرحلة الإخراج. تتكون مرحلة الإخراج، والتي تسمى أيضًا المحرك، من دائرة مكونة من عدة ترانزستورات لتوليد جهد وتيار قابلين للاستخدام من نبضة تحكم من الكمبيوتر للتحكم في المشغل.

نظام إدارة المحرك مع أجهزة الاستشعار (يسار) والمحركات (يمين)

منطق الترانزستور الترانزستور (TTL):
يعمل المعالج بجهد 5 فولت. ولذلك تقتصر جهود الإدخال والإخراج على نطاق من 0 إلى 5 فولت (مستوى TTL، وهو اختصار لمنطق الترانزستور الترانزستور). بالنسبة للإشارات التي تنحرف عن مستوى الجهد هذا، يتم إجراء تعديل في دائرة الواجهة.

توضح الصور أدناه كيفية تكوين 1 أو 0 من موضع التبديل. عن طريق مقاومة السحب يوفر الجهد 5 فولت أ منطقي 1 على مدخلات المعالج عند فتح المفتاح. ثم لا يتم توصيل الجهد عبر المقاوم السحب إلى الأرض.
عندما تغلق المفاتيح، يحدث انخفاض في الجهد عبر مقاومة السحب. وينظر إلى الجهد 0 فولت عند مدخلات المعالج منطقي 0.

جميع المفاتيح مفتوحة: 11111111 عند إدخال المعالج
جميع المفاتيح مغلقة: 00000000 عند إدخال المعالج

يؤدي الجمع بين المفاتيح المفتوحة والمغلقة إلى إنتاج سلسلة من الآحاد والأصفار. في الشكل، الرسالة ذات 8 بتات إلى المعالج هي: 00101001.

باستخدام معالج 8 بت، تتم قراءة البتات الثمانية في وقت واحد لكل دورة. خلال الدورة التالية، والتي تحدث خلال "العلامة" التالية للساعة (انظر نظام الحافلات في الصفحة الخاصة بتشغيل وحدة التحكم الإلكترونية) يتبع تسلسل يحتوي على ثماني بتات جديدة.

المفاتيح المفتوحة والمغلقة: 00101001 عند إدخال المعالج

تحويل جهود المستشعر التناظري إلى رسالة رقمية:
تتم معالجة إشارات الإدخال الرقمية مباشرة بواسطة المعالج. يتم أولاً تحويل الإشارات التناظرية إلى إشارة رقمية في محول A/D. كمثال، نأخذ منحنى الجهد التماثلي لمستشعر الضغط التوربيني:

  • في وضع الخمول يبلغ الجهد حوالي 1,8 فولت ؛
  • عند التسارع يرتفع الجهد إلى ما يقرب من 3 فولت.

لا يمكن معالجة تغيير الجهد مباشرة في المعالج. أولا، يجب تحويل الجهد المقاس إلى قيمة عشرية (0 إلى 255).

مع نطاق من 0 إلى 5 فولت وقيمة عشرية من 0 إلى 255 (أي 256 احتمالًا). عملية حسابية بسيطة توضح أنه إذا قسمنا 5 فولت على 256 احتمال، فيمكن عمل خطوات مقدارها 19,5 مللي فولت (0,0195 فولت).

يوضح المثال أعلاه تطور الجهد مقابل الوقت لمستشعر الضغط التوربيني. منحنى الجهد لمستشعر درجة الحرارة ومستشعر موضع دواسة الوقود متماثلان، فقط في إطار زمني مختلف: تسخين سائل التبريد يستغرق وقتًا أطول من تخزين التوربو.

توجد في وقت سابق من هذا القسم صورة توضح فئة من الإشارات التناظرية. يُظهر هذا، من بين أمور أخرى، مستشعر درجة الحرارة ومستشعر موضع دواسة الوقود. يتم تحويل الجهد التناظري إلى وحدة معلومات ذات 8 بت في محول A/D. تحتوي العديد من المعالجات ذات أطراف الإدخال المتعددة على محول A/D واحد فقط. يتم دمج الإشارات التناظرية المتعددة في إشارة واحدة باستخدام تعدد الإرسال.

في هذا المثال نرى محول A/D بثمانية مدخلات. يوجد جهد 0 فولت على الطرف 2. يمكن تزويد الأطراف E1 إلى E7 بفولتية في نفس الوقت. يتم تحويلها واحدة تلو الأخرى إلى رسالة رقمية باستخدام تعدد الإرسال.

يتم تحويل الجهد 2 فولت إلى قيمة ثنائية. باستخدام الصيغة التالية يمكننا تحويل الجهد التناظري إلى قيمة عشرية، ومن ثم تحويله إلى قيمة ثنائية:

2 فولت / 5 فولت * 255 د = 102 د

نحن هنا نقسم جهد الدخل (2 فولت) على الجهد الأقصى (5 فولت) ونضرب ذلك في القيمة العشرية القصوى (255).

من خلال إجراء بعض العمليات الحسابية أو أداء خدعة رائعة، يمكننا تحويل الرقم العشري 255d إلى القيمة الثنائية 01100110.
انظر الصفحة لهذا: ثنائي، عشري، سداسي عشري.

محول أ/د 8 بت

ويبين الجدول التالي القيم العشرية والثنائية والست عشرية المرتبطة بالفولتية المختلفة.

عند قراءة البيانات المباشرة، قد يتم عرض القيمة العشرية أو الثنائية أو السداسية العشرية لإشارة المستشعر.

  • تعتبر إشارة الجهد <0,5 فولت (025 دي) بمثابة دائرة كهربائية قصيرة إلى الأرض؛
  • إذا ارتفعت الإشارة فوق 4,5 فولت (220 دي)، يقوم الكمبيوتر بترجمة ذلك على أنه دائرة كهربائية قصيرة مع إشارة إيجابية.
الجهد في القيم العشرية والثنائية والست عشرية

تحويل إشارات مولد النبض إلى رسالة رقمية:
الإشارات الصادرة عن مولدات النبض، بما في ذلك مستشعر موضع العمود المرفقي الحثي، هي في الواقع إشارات تشغيل وإيقاف تنشأ بعد تحرك أسنان عجلة النبض عبر المستشعر. يجب أولاً تحويل الجهد المتردد للمستشعر إلى جهد موجة مربعة قبل تقديم الإشارة إلى المعالج.

في الشكل نرى جهدًا متناوبًا جيبيًا على الجانب الأيسر من الواجهة. في إلكترونيات الواجهة، يتم تحويل هذا الجهد المتناوب إلى جهد موجة مربعة. يتم بعد ذلك قراءة جهد الكتلة هذا بواسطة كتلة المؤقت/العداد: عندما يكون النبض مرتفعًا، يبدأ العداد في العد، ويتوقف عن العد عندما يصبح النبض مرتفعًا مرة أخرى. عدد التهم هو مقياس للفترة الزمنية. تردد الإشارة.

تحويل إشارة مولد النبض إلى إشارة رقمية باستخدام كتلة المؤقت/العداد

في الصورة أدناه نرى إشارة من حساس العمود المرفقي الحثي مع نقاط حمراء في الجوانب العلوية. يتم ضبط النقاط الحمراء على جهد لزيادة (المنطق 1) أو تقليل (المنطق 0) جهد الكتلة. ويستمر الشرح أسفل هذه الصورة.

الجهد المتناوب الجيبي وإشارة رقمية بدون تباطؤ

ومع ذلك، فإن جهد المستشعر لا يكون أبدًا نقيًا تمامًا. سيكون هناك دائمًا تقلبات صغيرة في ملف تعريف الجهد. في هذه الحالة، قد تشير إلكترونيات الواجهة بشكل غير صحيح إلى هذا باعتباره 0 منطقيًا، في حين أنه يجب أن يكون 1 في الواقع.

تم تسجيل صورة النطاق أدناه أثناء تشغيلها مشروع BMW Megasquirt. تُظهر صورة النطاق الرقمنة (الأصفر) لإشارة العمود المرفقي الحثية (الأحمر). وتظهر الصورة بوضوح وجود نبضات مفقودة في إشارة الكتلة الصفراء، بينما في تلك اللحظة لا يمر أي سن مفقود في إشارة العمود المرفقي.

تحتوي الإشارة الرقمية غير النظيفة على أخطاء: هذه معلومات مفقودة

للتأكد من أن التقلبات الصغيرة في ملف تعريف الجهد لا تتسبب في تفسير غير صحيح من قبل وحدة التحكم الإلكترونية، تم دمج ما يسمى بالتباطؤ. التباطؤ هو الفرق بين الحواف الصاعدة والهابطة لملف الجهد. في الصورة أدناه نرى أن النقاط الحمراء على الحواف الصاعدة تكون عند جهد أعلى من النقاط الحمراء على الحواف الهابطة. وبهذه الطريقة يمكننا التأكد من أن التقلبات الصغيرة في الإشارة لا تؤثر على التحويل الرقمي.

في الفقرة الأولى التي بدأنا فيها حول تحويل الإشارة النبضية إلى إشارة رقمية، سبق أن ذكرنا أن تردد الإشارة يتم تحديده على أساس الوقت بين حافتين صاعدين للإشارة المربعة. في هذه الأمثلة يمكن أن نستنتج بوضوح أن التباطؤ يؤثر على عرض الإشارة المربعة، ولكن ليس له أي تأثير على الوقت بين الحواف الصاعدة، وبالتالي ليس له أي تأثير على تردد الإشارة.

إشارة مولد نبض رقمية مع التباطؤ

مع ضبط التباطؤ بشكل صحيح، يتم تحويل الإشارة الجيبية بشكل صحيح إلى جهد موجة مربعة قابلة للاستخدام، مع وجود الإشارات المنطقية المتعددة فقط في الأماكن التي تمر فيها السن المفقودة.

يرجى ملاحظة أنه أثناء إعداد MegaSquirt ECU، تم تغيير الإعدادات، بما في ذلك التشغيل على الخطوط الصاعدة والهابطة. ونتيجة لذلك، عند تمرير السن المفقود في المثال الأول، يكون الجهد 0 فولت وفي صورة النطاق أدناه الجهد 5 فولت.

إشارة مولد النبض بجهد موجة مربعة نظيف وصحيح

إشارات الإخراج: 
تتكون إشارات الخرج من نبضات تشغيل/إيقاف رقمية ذات نطاق جهد يتراوح بين 0 و5 فولت (مستوى TTL) مع تيار منخفض جدًا. ومع ذلك، تتطلب المحركات التحكم بمستويات جهد وتيارات أعلى.
يمكن تعديل إشارات التشغيل/الإيقاف بعرض النبضة (PWM)، حيث يمكن أن يختلف عرض النبضة عند تردد ثابت.

يوضح الشكل التالي جهد الموجة المربعة عند مستوى TTL كدالة للوقت. ال دورة العمل من إشارة PWM هذه هي 50%.

هناك حاجة إلى برامج تشغيل للتحكم في المحركات. مع إشارة الإخراج الرقمية، يمكن تحقيق التيار المطلوب مع السائق. في القسم التالي سنناقش برامج التشغيل.

مثال: إشارة PWM

نجد برامج تشغيل في كل وحدة تحكم إلكترونية وفي بعض المحركات مثل ملفات الإشعال DIS. يُطلق على المحرك أيضًا اسم مرحلة الإخراج أو ترانزستور الطاقة. يتيح برنامج التشغيل إمكانية تحويل إشارات الخرج عند مستوى TTL: من 0 إلى 5 فولت، مع تيار منخفض قدره 1 مللي أمبير من وحدة التحكم الإلكترونية إلى جهد يصل إلى 14 فولت وتيارات تصل إلى 10 أمبير تقريبًا.

يمكن للسائق توصيل عدة الترانزستورات يحتوي. نحن نسمي هذا الترانزستور "دارلينجتون الترانزستور". والصور التالية توضح الدوائر التالية:

  1. رسم تخطيطي لدائرة دارلينجتون مع اثنين من الترانزستورات للتحكم في ملف الإشعال (المصدر: ورقة البيانات BU941ZR).
  2. ترانزستوران، كل منهما مزود بدائرة دارلينجتون (BU941ZR)
  3. وحدات تشغيل متكاملة مع دوائر دارلينجتون وإلكترونيات إضافية، من بين أمور أخرى، لحماية درجة الحرارة والتغذية المرتدة للمعالج الدقيق.
1. حلبة دارلينجتون
2. ترانزستورات دارلينجتون (2x)
3. ICs للسائق مع دوائر دارلينجتون المتعددة

على الصفحة: طرق التحكم في المحركات تتم مناقشة التحكم في المحركات السلبية والنشطة والذكية عن طريق ترانزستور (طاقة) أو FET بمزيد من التفصيل.