Таймер Центральной Станции Проводного Вещания (ЦСПВ).

  Основное назначении описанного в статье устройства, как уже догадался читатель из названия статьи, - управление станциями проводного вещания (радиотрансляционными узлами).  

 

Разработанное устройство обладает следующими характеристиками:

- питание от станционной батареи аккумуляторов напряжением -40…-72 В.;
- установка раздельного времени включения усилителей и трансляционного сигнала (вещания);
- четыре временные зоны (работа с утра до полудня, дневной перерыв в вещании, работа от полудня до ночи, ночной перерыв в вещании);
- автоматическое переключение на работу без дневного перерыва в вещании в выходные дни;
- ручное переключение режимов работы: с/без дневного перерыва;
- автоматический переход на летнее время и обратно;
- автоматический расчёт дня недели по текущей дате;
- синхронизация времени по сигналам точного времени от радиотрансляционной сети или радиоприёмника;
- индикация на ЖК-дисплее полной текущей даты и времени;
- регулируемые, посредством системного меню, яркость подсветки и контрастность ЖК-дисплея;
- автоматический возврат в главное меню при отсутствии нажатий на кнопки управления спустя 30 секунд;
- принудительное включение усилительного оборудования и вещательного сигнала при необходимости, с сохранением возможности автоматического отключения в установленное время;
- возможность однократного продления вещания в ночное время в случае необходимости без изменения настроек времени отключения;
- защита от сбоев в микропрограмме путём применения сторожевого таймера микропроцессора;
- цифровая подстройка хода часов.
 

        Первоначально таймер представлял собой простые часы, которые затем были доработаны для управления центральной станцией проводного вещания (ЦСПВ).
       Счет времени ведётся в подпрограмме обработки прерывания по переполнению таймера-счётчика 2, настроенного на работу в асинхронном режиме от кварцевого генератора с частотой часовой 32768 Гц. Прерывания генерируются с частотой 128 Гц., так как коэффициент пересчёта счетчика составляет 256, т.е.: 32768 Гц. / 256 = 128 Гц.
       Для определения необходимости перевода часов на летнее или зимнее время были сформулированы условия для перевода часов. Оказалось достаточно, что бы число месяца было больше 23, день недели – воскресенье, а месяц и час равны соответственно марту и 2:00 для перехода на летнее время или октябрю и 3:00 для перевода часов на зимнее время.


       Основную сложность при разработке устройства составила расшифровка и обработка звукового сигнала для выделения из звукоряда сигналов точного времени. Для выполнения этой задачи с радиоприёмника, настроенного на частоту «Первого национального канала Белорусского радио» были записаны сигналы точного времени. Как оказалось, они представляют собой ряд импульсов с частотой 1 кГц., следующих пачками.
       Длительность первых 5-ти пачек приблизительно составляет 270 мс., причём огибающая каждой пачки представляет собой не прямоугольник, а определённо более сложную фигуру. Первые 100 мс. все модулирующие импульсы, заполняющие слышимый звуковой сигнал «пик», имеют одинаковую амплитуду, которая затем начинает убывать по экспоненциальному закону.


       Время между началами двух любых рядом стоящих импульсов составляет ровно 1 секунду (По крайней мере, с точностью не хуже ±0,00001с. Точнее не позволяет измерять имеющееся оборудование). Всё вышесказанное касается первых пяти звуковых импульсов. У шестого импульса длительность незатухающего участка колебаний в четыре раза больше первых пяти.
       После компьютерного моделирования и анализа различных схем выделения импульсной последовательности из звукового ряда я остановил свой выбор на довольно простой схеме.
       Не смотря на простоту схемы, не содержащей ни операционных усилителей, ни полосовых фильтров для выделения несущей частоты в 1 кГц., ни даже транзисторов, при практических испытаниях прибора ложных срабатываний, ровно, как и пропуска сигналов точного времени, не наблюдалось.


       Если будет произведена автоматическая коррекция часов по сигналам точного времени то на дисплей устройства будет на 3 секунды выведена соответствующая надпись:

      Схема предварительной фильтрации состоит из нескольких частей. Первая представляет собой параметрический стабилизатор переменного напряжения, служащий для ограничения амплитуды переменного напряжения, поступающего на вход схемы синхронизации. Выбор его элементов обусловлен тем, что устройство должно выдерживать длительное ошибочное подключение к сети переменного напряжения с действующим значением до 250 В., например радиофидер с напряжением 240 В. или сеть переменного тока с напряжением 220 В. Вторая часть – мостовой выпрямитель с фильтрующим конденсатором на выходе. Резистор R3, совместно с конденсатором С1 представляют собой интегрирующую цепочку. Её параметры выбраны такими, что позволяют преобразовать импульсную последовательность с частотой 1 кГц., поступающую от радиотрансляционной сети или радиоприёмника в прямоугольные импульсы. При этом затягивание импульсов не превышает 290 мкс на спаде и 25 мкс. на фронте импульса.
       Микропроцессор при появлении нарастающего фронта импульса на входе внешнего прерывания INT1 запускает подпрограмму обработки этого прерывания и если будет обнаружено шесть идущих подряд импульсов с периодом 1±0,0078125 секунды, то считается, что были приняты сигналы точного времени. В этом случае обнуляются минуты и секунды, а, если событие произошло ближе к полуночи, корректируются часы, дни недели и дата. Также осуществляется синхронизация начала первой секунды часа с последним импульсом сигналов точного времени.
       Для защиты от зависаний микропрограммы задействован сторожевой таймер (DWT), срабатывающий с периодом около 1 секунды.
       Коротко остановлюсь на работе электрической принципиальной схеме устройства:
       Центральной частью схемы устройства, как уже догадался читатель, является микроконтроллер AT Mega16, хотя допускается использовать микросхему с индексом L.
       Поскольку питание устройства должно быть осуществлено от станционной аккумуляторной батареи с номинальным напряжением -60 В., стабилизатор напряжения отрицательной полярности выполнен на транзисторе VT1 и стабилитроне VD1. Рассеиваемая на силовом транзисторе мощность сильно зависит от установленной яркости подсветки дисплея. Она не превышает 10 Вт. при максимальной яркости и входном напряжении -72 В. Транзистор, следовательно, следует установить на дюралюминиевый радиатор с площадью поверхности 100…150 см.кв.
       Резисторы R10-R15 служат для защиты портов микропроцессора при появлении импульсного напряжения (помех) на плате клавиатуры, а также на случай ошибки в программе, когда порт C случайно может стать выходом с высоким логическим уровнем.
       В качестве ЖК-индикатора может использоваться любой дисплей со встроенным контроллером Hd44780 или аналогичным, имеющий две строки по 16 символов в каждой. Конденсаторы необходимо использовать на номинальное напряжение 6 В. и выше. Мощность резисторов R1, R2, R17, R18 – 1Вт. Остальные – по 0,125 Вт.

       Для индикации состояния устройства служит двухцветный светодиод HL1, при этом цвет свечения указывает на состояния реле включения сигнала вещания и усилительного оборудования СПВ:
       красный цвет свечения означает, что оба реле выключены,
       желтый – включено только одно реле,
       зелёный – включены оба.

       Не удивляйтесь столь большой разнице сопротивлений резисторов R7 и R8, включённых в аноды двухцветного светодиода. Только при таких значениях мне удалось добиться жёлтого цвета свечения двухцветного светодиода неизвестного типа.
       Внимание! Общий провод на схеме показан исключительно для удобства графического представления! Ни в коем случае нельзя соединять его с устройством заземления!
       При первом включении устройства необходимо удерживать в нажатом состоянии кнопку «MENU/OK» в этом случае устройство произведёт сброс настроек по умолчанию и запишет их в энергонезависимую память.
       В программе предусмотрено обнуление секунд, для этого достаточно нажать и удерживать не менее 2,5 секунд кнопку «CANCEL». По истечении указанного времени секунды обнулятся и счёт времени будет остановлен на всё время удержания кнопки в нажатом состоянии. После отпускания кнопки счёт времени продолжиться.
       Все настройки таймера осуществляются через системное меню. Отмечу, что навигация по меню и выбор регулируемого параметра осуществляется кнопками «RIGHT» и «LEFT», вход в меню и подменю кнопкой «MENU/OK», а изменение регулируемого параметра кнопками «UP» и «DOWN». При выходе из меню по нажатии кнопки «CANCEL», сохранение внесенных изменений не производится. В подменю настройки коррекции хода часов изменение знака коррекции производится клавишами «RIGHT» и «LEFT».
       Для того чтобы отменить выключение оборудование на дневной технологический перерыв необходимо, находясь в режиме индикации времени, нажать кнопку «DOWN» при этом устройство войдет в режим установки перерыва в вещании. Нажатием кнопок «RIGHT» и «LEFT» можно отменить выключение на перерыв в будний день, или наоборот, задействовать выключение на перерыв в выходной день. Такая необходимость часто возникает в праздничные дни, а так же при переносе рабочих дней. Для сохранения внесённых изменений необходимо нажать клавишу «MENU/OK», при этом устройство вернётся в режим индикации текущего времени. Если выход и меню установки перерыва в вещании осуществить нажатием клавиши «CANCEL», то внесённые изменения сохранен не будут и таймер продолжит работу в обычном режиме. Установленное значение действует только в текущий день.
       В случае необходимости продления вещания в ночное время, например в праздничные дни, необходимо нажать клавишу «UP». Устройство в этом случае войдёт в меню продления вещания. Здесь необходимо, выбирая настраиваемый параметр кнопками «RIGHT» и «LEFT» и инкрементируя выбранные значения кнопками «UP» и «DOWN», установить время отключения вещания. Питание усилительного оборудования СПВ отключится самостоятельно через время равное разнице значений установленного времени отключения вещания и времени отключения СПВ на ночной перерыв. Установленное значение также действует только в текущий день. Если вещание было продлено, то индикаторный светодиод будет мигать с частотой 1 Гц.
Для принудительного включения или отключения звукового сигнала вещания и усилительного оборудования СПВ необходимо, находясь в режиме индикации времени, нажать и удерживать в нажатом состоянии около 2,5 секунд кнопку «RIGHT» или «LEFT», соответственно для вещания и усилителей.
       При отсутствии нажатий на клавиши управления в течение 30 секунд устройство автоматически осуществит выход из меню без сохранения настроек в энергонезависимой памяти.
       Вид экранов меню таймера приведён на рисунке.
       Если предполагается синхронизировать таймер подачи звонков не от радиотрансляционной сети с номинальным напряжением 15 В. или 30 В., а от радиоприёмника, то необходимо путём применения внешнего повышающего трансформатора, поднять напряжение на входе схемы до уровня не менее 15 В.
     

               После загрузки программы в микроконтроллер необходимо правильно запрограммировать fuse-биты:
       • Включен встроенный детектор понижения напряжения питания. Напряжение срабатывания установлено 2,6 В.;
       • Включено тактирование от внутреннего RC-генератора. Частота работы генератора 4 МГц.;
       • Запрограммирован бит CKOPT, отвечающий за подключение внутренних конденсаторов к выводам кварцевого резонатора;
       • Запрограммирован бит EESAVE, служащий для отключения стирания EEPROM при перепрограммировании микропроцессора.

Безвозмездно получить файл прошивки микропроцессора в формате hex и рисунок печатной платы в формате lay, можно, отправив запрос на e-mail: servissistemy <пёсик> narod.ru.
 

                 Желающим получить готовую дипломную работу по данному устройству прошу писать мне на мыло servissistemy"пёсик"narod.ru ("пёсик" необходимо заменить на символ @ - это защита от спама). Для примера и свободного применения прилагаю чертёж принципиальной электрической схемы устройства, выполненный на ВУЗовском уровне, перечень элементов к ней и содержание пояснительной записки.
 

    НА ГЛАВНУЮ