Zero crossing detector для чего нужен

Zero crossing detector для чего нужен

Детектор нуля (Zero Cross Detector)

Момент включения симистора, определяет величину проходящей синусоиды, которая, в свою очередь, определяет выходную мощность. Микроконтроллер может управлять моментом включения симистора, однако для этого ему нужно точно знать, когда синусоида пересекается с нулем. Рассмотрим найденную в просторе Интернета интересную реализацию такого детектора (рисунок 1).

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Рисунок 1 – Схема детектора нуля (zero cross detector).

Преимуществом данной схемы для меня стало наличие гальванической развязки. На рисунке 2 представлено небольшое пояснение работы детектора..

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Рисунок 2 – Принцип работы детектора нуля.

Каждому пересечению синусоиды с нулем соответствует импульс. Так как синусоида за период дважды пересекает нуль, то частота следования импульсов на выходе детектора нуля будет не 100Гц, если частота напряжения в сети 50Гц.

Печатная плата детектора представлена на рисунке 3, габариты которой 60×40мм. Собранный детектор, изображен на рисунке 4.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Рисунок 3 – Печатная плата детектора нуля.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Рисунок 4 – Детектор нуля. Общий вид.

Диодный мост любой, маломощный. Вместо импортных транзисторов BC547, можно применить отечественный аналог КТ3102.

Собранная схема не нуждается в настройке. Проверку работоспособности осуществляем измерением частоты следования импульсов между первой и второй ножкой оптопары мультиметром или осциллографом.

Необходимо зарегистрироваться чтобы прочитать текст

Рейтинг: Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Автор: Гришаня Рудаков (2010-11-10, 19:38)

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Автор: stanik (2010-11-10, 9:39)

Источник

Высокоточный детектор перехода сетевого напряжения через ноль на двух транзисторах

Fairchild BC549B

Для многих приложений, использующих переменное напряжение 110/230 В, требуется детектирование перехода сетевого напряжения через ноль (zero-crossing-detection, ZCD), например, для синхронизации коммутации нагрузок. Один из методов ZCD основан на использовании высокоомного токоограничивающего резистора или резистивного делителя напряжения для измерения переменного напряжения на выводе контроллера. Однако такая схема ZCD имеет задержку, зависящую от порогового напряжения входа контроллера, наличия гистерезиса и скорости нарастания сетевого напряжения. Например, предположим, что напряжение в системе равно 230 В, 50 Гц, и резисторы делят напряжение на 100, то есть 230 В/100 = 2.3 В. Кроме того, предположим, что порог переключения входа микроконтроллера равен 1 В. Относительно напряжения сети 230 В этот пороговый уровень составляет 1 В×100 = 100 В. Таким образом,

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

дает задержку t = 1.43 мс, что составляет 14.3% от длительности полупериода – существенная ошибка.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен
Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен
Рисунок 1.Эта простая двухтранзисторная схема точно определяет момент перехода
входного сетевого напряжения через ноль.

На Рисунке 1 показана недорогая эффективная схема ZCD, использующая два стандартных транзистора. Цепь C1, C2, D1, D2 и R1, подключенная непосредственно к сети переменного тока, образует простой однополупериодный выпрямитель, питающий схему ZCD. Q1 служит выходным элементом схемы ZCD. Для компенсации напряжения база-эмиттер добавлен включенный диодом транзистор Q2, ограничивающий положительную полуволну напряжения. Для повышения эффективности детектор должен распознавать периоды переменного тока при как можно более высоком напряжении. Этим требованием определяется выбор транзисторов. Q2 и Q1 – малошумящие малосигнальные транзисторы BC549B с максимальным напряжением коллектора, равным 30 В. При таком выборе напряжение 230 В необходимо ослабить до 30 В. (Для транзистора BC546 достаточно ослабления до 80 В). Таким образом, коэффициент деления делителя должен быть равен 30 В/230 В = 13.4%, и сопротивления резисторов должны соответствовать соотношениям

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Сопротивления ограничивающих ток резисторов R2 и R3 должны быть достаточно большими. Выбор стандартного значения R1 = 820 кОм означает, что

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

а ближайшее стандартное значение – 120 кОм. При таких сопротивлениях напряжение на транзисторе Q2 ограничено значением

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

что меньше максимально допустимого для транзистора напряжения 30 В.

Во время положительного полупериода напряжение на базе Q1, ток которой ограничивается резистором R4, увеличивается примерно до 0.6 В. Q2 работает как постой диод. Таким образом, когда напряжение превышает 0 В, Q2 смещен в обратном направлении и блокирует протекание любого тока. При 0 В Q2 смещен в прямом направлении, но поддерживает напряжение 0.6 В на переходе база-эмиттер (VBE). Таким образом, напряжение на коллектор и базе Q2, подключенным к базе Q1, остается на уровне 0.6 В. В положительном полупериоде транзистор Q1 насыщен, и выходное напряжение близко к нулю. В отрицательном полупериоде, когда напряжение меньше 0 В, ток течет через Q2. Поэтому напряжение на базе Q1, подключенной к коллектору Q2, падает ниже 0.6 В, что приводит к закрыванию Q1, и уровень выходного напряжения становится высоким. Обратите внимание, что напряжение на базе Q1 может достигать примерно –30 В относительно Q2; для защиты перехода Q1 от напряжения выше –1 В можно добавить ограничивающий диод D3.

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник

Zero crossing detector для чего нужен

Детектор нуля (Zero Cross Detector)

Момент включения симистора, определяет величину проходящей синусоиды, которая, в свою очередь, определяет выходную мощность. Микроконтроллер может управлять моментом включения симистора, однако для этого ему нужно точно знать, когда синусоида пересекается с нулем. Рассмотрим найденную в просторе Интернета интересную реализацию такого детектора (рисунок 1).

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Рисунок 1 – Схема детектора нуля (zero cross detector).

Преимуществом данной схемы для меня стало наличие гальванической развязки. На рисунке 2 представлено небольшое пояснение работы детектора..

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Рисунок 2 – Принцип работы детектора нуля.

Каждому пересечению синусоиды с нулем соответствует импульс. Так как синусоида за период дважды пересекает нуль, то частота следования импульсов на выходе детектора нуля будет не 100Гц, если частота напряжения в сети 50Гц.

Печатная плата детектора представлена на рисунке 3, габариты которой 60×40мм. Собранный детектор, изображен на рисунке 4.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Рисунок 3 – Печатная плата детектора нуля.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Рисунок 4 – Детектор нуля. Общий вид.

Диодный мост любой, маломощный. Вместо импортных транзисторов BC547, можно применить отечественный аналог КТ3102.

Собранная схема не нуждается в настройке. Проверку работоспособности осуществляем измерением частоты следования импульсов между первой и второй ножкой оптопары мультиметром или осциллографом.

Необходимо зарегистрироваться чтобы прочитать текст

Рейтинг: Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Автор: Гришаня Рудаков (2010-11-10, 19:38)

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Автор: stanik (2010-11-10, 9:39)

Источник

Power-line communication. Часть 3 — Основные блоки устройства

Во второй части статьи мы начали знакомиться с основными блоками устройства для передачи данных по PLC. Это будет заключительная часть статьи, которая касается описания железа.

Осталось разобраться, что такое ZC детектор, на примере одной из его возможных реализаций. Посмотрим, как можно реализовать ”входную” и ”выходную” сигнальные цепи, и как их подключить к сети 220 В.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

В статье не рассматриваются какие-либо серьёзные темы в области PLC. Как и в первых двух частях, кратко описываются блоки устройства и их взаимодействие. Темы выстроены так, чтобы у новичка примерно выстроилась общая картина простейшего PLC устройства. Также повествование касается множества сложных тем, которые не раскрываются. Поэтому в конце постарался оставить побольше ссылок.

Zero cross детектор

Как говорилось ранее, передающие и принимающие устройства синхронизируются между собой с помощью отдельного блока — zero cross детектора.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Передающее устройство, отправляет подготовленный кадр данных по одному биту за один синхросигнал из ZC детектора. Физически это значит, что за один синхросигнал из ZC детектора генерируется один полезный сигнал определённой частоты, которым кодируется один бит.

В электросетях с частотой 50 Гц, синусоида напряжения пересекает ноль 100 раз в секунду.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Есть несколько вариантов исполнения ZC детектора. Ниже я покажу пример реализации на оптопаре.

Начнём с конца схемы — сначала представим, как сигнал с ZC детектора попадает на контроллер.

На картинке схема с подтягивающим “pull-up” резистором и ключом. При замыкании ключа, на вход МК будет подаваться логический 0, а при размыкании ключа, “pull-up” резистор будет подтягивать напряжение на входе МК до логической единицы.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

На место “ключа” ставим оптрон. Оптрон (оптопара) — это простой элемент, в котором с одной стороны светодиод, а с другой фототранзистор.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

При подаче напряжения на светодиод, фототранзистор будет пропускать ток. Оптрон также служит гальванической развязкой между сетью 220 В и цифровой частью схемы.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Остается только подавать на светодиод переменное напряжение из сети 220 В, но перед этим его необходимо “выпрямить” и уменьшить до приемлемого уровня, который выдержит светодиод оптопары.

Для выпрямления можно использовать smd мостовой выпрямитель.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

После выпрямления на фотодиод пойдёт пульсирующее с удвоенной частотой напряжение от 0 до 310 В. Разумеется диод не выдержит такого размаха напряжения, поэтому после мостового выпрямителя поставим сопротивление.

Номинал сопротивления можно вычислить исходя из характеристик фотодиода в оптопаре

В datasheet на оптопару пишут максимальный ток, на который рассчитан фотодиод, исходя из этого нужно выбрать сопротивление с расчётом на 310 В. Чтобы резистор не перегрелся, можно вместо одного последовательно поставить несколько резисторов для эффективного отвода тепла (это особенно полезно если у вас SMD резисторы).

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нуженИз datasheet на PLC817

SMD резисторы типоразмера 1210 выдерживают рассеивание до 0.5 Вт мощности. Максимальный постоянный ток, который мы может пропускать при 310 вольт равен 0.5/310 = 0.00161 А. С учетом, того что у нас пульсирующее напряжение, округлим до 0.002 А (2 мА). Этого тока достаточно, чтобы «ключ замыкался». Номинал сопротивления при этом равен 310/0.002 = 155000 Ом. Итог: ставим последовательно три SMD резистора, типоразмером 1210, номиналом 51 кОм каждый.

В итоге, схема ZC детектора выглядит примерно так.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Теперь микроконтроллеры PLC устройств, подключенных к одной фазе могут синхронизироваться между собой с помощью сигнала на ножке «ZC input » из такого ZC детектора.

Схема согласования сигнальных цепей с линией 220 В

Схема согласования закрывает собой компоненты “входной” и “выходной” цепей. “Входная” и “выходная” сигнальные цепи обычно выполнены на микросхемах усилителях, которые питаются небольшим постоянным напряжением (3-12 В). Подключить их напрямую к 220 В не получится.

Из электросети должны проходить только высокочастотные сигналы. Основная гармоника 50 Гц, на которой передаётся электроэнергия, не должна попасть в сигнальные цепи устройства. Также в этой схеме обычно располагается защита от скачков напряжения и перегрузок.

Эта часть схемы принимает различный вид в разных “datasheet” на готовые PLC микросхемы. Опишем минимально работоспособный вариант.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нуженДля первых опытов

Можно взять ферритовое кольцо типа “17,5×8,2×5 М2000Н”, есть в любом магазине электроники. Провод МГТФ наматываем сразу 3 обмотки в 20 витков.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Конденсатор плёночный из серии MKP или любой аналогичный, который выдерживает от 220 В переменки (с запасом).

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Для отсечения ненужных низкочастотных гармоник ставится конденсатор, который выдержит 220 В. После него, для гальванической развязки и также фильтрации, высокочастотный трансформатор. Трансформатор можно сделать с отдельными обмотками для “входной” и “выходной” цепей (как на изображениях) или использовать одну обмотку на «вход»/»выход».

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Для защиты усилителей от импульсных перенапряжений можно поставить защитные диоды (супрессоры) и/или варисторы с предохранителем. Тема защиты устройства от электрических неприятностей довольно обширная, в этой статье не рассматривается. Но забывать про это не стоит.

Варианты схемы согласования можно подглядеть в готовых решениях различных фирм, выпускающих PLC микросхемы. Каждая схема согласования разрабатывается под ”входные”/”выходные” усилители, используемые в этих решениях.

”Входная” цепь — измерение полезного сигнала

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

”Входная” цепь должна выполнить как минимум две задачи:

отфильтровать грубый входящий сигнал, срезав все лишнее;

после этого усилить сигнал до приемлемого уровня, подходящего для измерения и оцифровки с помощью ЦАП микроконтроллера.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Фильтрация

Существует большое разнообразие вариантов исполнений фильтров. В нашем случае подойдёт простой пассивный полосовой фильтр. При узкополосной передаче можно грубо отсечь ненужные частоты сверху и снизу. Фильтр нужно рассчитываем так, чтобы наши рабочие частоты попадали по центру полосы пропускания и меньше всего срезались.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

В самом простом случае можно особо не заморачиваться с фильтром, так как в линиях электропередач запросто могут быть шумы с частотами близкими к полезным. Нам просто нужно примерно совместить полосу пропускания фильтра с “полезной” полосой частот, срезав все сверху и снизу. Остальное можно решить программным путём.

Важно помнить, что элементы пассивного фильтра изготавливаются с большими погрешностями и характеристики сильно завязаны на температуру. Поэтому при расчетах нужно оставлять небольшой запас с учётом этих погрешностей и влияния температуры.

Усиление

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Амплитуду сигнала нужно поднять до приемлемой для измерений и оцифровки. В этом помогут операционные усилители (ОУ), которых на рынке огромное количество, и про которые написано тонны статей.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Ссылки на статьи про операционные усилители и их про каскадное подключение оставил в конце статьи.

”Выходная” цепь — генерация полезного сигнала

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Задача ”выходной” цепи — фильтровать и усиливать сигнал из ЦАП микроконтроллера.

Микроконтроллер по специальному алгоритму генерирует полезный сигнал, нужной длительности и частоты, соответствующей передаваемому символу. На выходе из ЦАП у нас получается просто болванка “полезного сигнала”, угловатая, примерно похожая на синусоиду, но (самое главное!) нужной нам частоты.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Далее сигнал сглаживается фильтром и отправляется в аналоговую часть схемы (усилитель и схема согласования с 220 В).

Можно подумать, что форма сигнала не особо важна при кодировании, так как преобразование Фурье всё равно может вычленить основную гармонику “полезного сигнала”, отбросив всё лишнее. Но чем сигнал ближе по форме к синусоиде, тем меньше энергии мы будем тратить “в пустоту”, просто добавляя высокочастотный шум в сеть. И выходной усилитель будет работать стабильнее. Как уже говорилосьна входе важна лишь основная гармоника сигнала. Остальные гармоникиэто шум.

Так как мощности сигнала на выходе ЦАП микроконтроллера недостаточно для отправки его напрямую в линию электропередач, после ЦАП нам обязательно нужен внешний усилитель.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

При выборе усилителя разбегаются глаза. Не буду рассказывать про всё многообразие, но подскажу вариант для ленивых, как я. Можно использовать одну из готовых микросхем для усиления аудио сигналов в аудиоплеерах. Мощность у них обычно не большая — около 1W.

Гуглить их можно по фразе “audio amplifier btl 1w”. Но тут нужно учесть, что они обычно рассчитаны на аудио сигналы до 20 кГц, и производитель не рассчитывал, что их будут использовать в PLC модеме. Есть модели, которые хорошо усиливают частоты до 100-150 кГц, и обычно в datasheet об этом не пишут.

они очень удобны тем что там встроенная стабилизация сигнала;

хватает однополярного питания — не надо париться с блоком питания.

во включенном состоянии из-за обратной связи съедают входящий сигнал, поэтому усилитель надо “выключать”, когда устройство в режиме прослушивания (приёма);

большой минус — это их незащищённость от импульсных помех в электросети. Сгорают мгновенно. Но от этого можно спастись, поставив на выходе усилителя супрессоры, что-то наподобие “P4SMAJ5.0A” или аналогичный.

Примерно так выглядит усиление с однополярным питанием.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Также нужно не забыть на выходе усилителя ставить конденсатор, чтобы отсечь постоянную составляющую сигнала.

Итого

Во второй и третей частях мы коротко пробежались по основным блокам простейшего PLC устройства, создали общую картину их взаимодействия. Так как затрагиваемых тем очень много и они дольно глубокие, подробнее осветить их в статье не получилось (да и я в них не специалист). Для более серьезного изучения есть специализированная литература. Но новичку иногда сложно понять в какую сторону копать. Поэтому конце оставил много ссылок на различные обзорные статьи по связанным темам.

В следующей части статьи планировал на примерах показать, как можно программно генерировать синус нужной частоты для ЦАП в STM32. И заодно как обработать приходящий на АЦП сигнал и выяснить наличие в нём нужных гармоник (частот) полезного сигнала.

Источник

Документация

Обнаружение пересечения нулем

Решатель переменного шага динамически настраивает размер временного шага, заставляя его увеличиться, когда переменная изменяется медленно и уменьшиться, когда переменная изменяется быстро. Это поведение заставляет решатель делать много небольших шагов около разрыва, потому что переменная быстро изменяется в этой области. Это улучшает точность, но может привести к чрезмерным временам симуляции.

Simulink использует два алгоритма с этой целью: неадаптивный и адаптивный. Для получения информации об этих методах см. Алгоритмы Пересечения нулем.

Демонстрация эффектов чрезмерного обнаружения пересечения нулем

example_bounce_two_integrators модель демонстрирует, как чрезмерные нулевые пересечения могут заставить симуляцию останавливаться перед намеченным временем завершения, если вы не используете адаптивный алгоритм.

example_doublebounce модель демонстрирует, как адаптивный алгоритм успешно решает сложную систему с двумя отличными требованиями пересечения нулем.

Рассмотрите example_bounce_two_integrators модель. Это использует два один интегратора, чтобы вычислить вертикальную скорость и положение мяча за время симуляции.

Откройте модель путем выполнения open_system(‘example_bounce_two_integrators’) в командной строке.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Можно теперь просмотреть и анализировать результаты симуляции.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

После более близкого исследования последнего фрагмента симуляции вы будете видеть, что скорость наводит чуть выше нуля.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Измените Время остановки симуляции в 25 с и симулируйте модель. Симуляция останавливается с ошибкой из-за чрезмерных последовательных событий пересечения нулем при Сравнивании С блоками Нуля и Положения.

Несмотря на то, что можно увеличить этот предел путем корректировки Параметров конфигурации Модели> Решатель>, Количество последовательного нулевого параметра пересечений, внося то изменение все еще не позволяет симуляции продолжаться в течение 25 с.

Измените детали Решателя> опции Пересечения нулем> Параметр алгоритма в панели Решателя параметров конфигурации Модели к Adaptive и симулируйте модель снова в течение 25 с.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Для сравнения друг с другом адаптивных и неадаптивных алгоритмов обнаружения пересечения нулем смотрите Двойной Прыгающий мяч: Использование Адаптивного Местоположения Пересечения нулем.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Предотвращение чрезмерных нулевых пересечений

Используйте следующую таблицу, чтобы предотвратить чрезмерные ошибки пересечения нулем в вашей модели.

Увеличьте число позволенных нулевых пересечений

Увеличьте значение Number of consecutive zero crossings. опция на Solver разделяет на области в диалоговом окне Configuration Parameters.

Это может дать ваше время достаточно модели, чтобы разрешить нулевое пересечение.

Ослабьте Signal threshold

Выберите Adaptive из выпадающего Algorithm и увеличьте значение опции Signal threshold на панели Solver в диалоговом окне Configuration Parameters.

Решатель требует, чтобы меньше времени точно определило местоположение нулевого пересечения. Это может уменьшать время симуляции и устранить чрезмерное количество последовательных ошибок пересечения нулем. Однако ослабление Signal threshold может уменьшать точность.

Используйте алгоритм Adaptive

Выберите Adaptive из Algorithm, выпадающего на панели Solver в диалоговом окне Configuration Parameters.

Этот алгоритм динамически настраивает порог пересечения нулем, который улучшает точность и сокращает количество последовательных нулевых обнаруженных пересечений. С этим алгоритмом у вас есть опция определения и Time tolerance и Signal threshold.

Отключите обнаружение пересечения нулем для определенного блока

Снимите флажок Enable zero-crossing detection на диалоговом окне параметра блока.

Выберите Use local settings от Zero-crossing control, выпадающего на панели Solver диалогового окна Configuration Parameters.

Локально отключающее обнаружение пересечения нулем препятствует тому, чтобы определенный блок остановил симуляцию из-за чрезмерных последовательных нулевых пересечений. Все другие блоки продолжают извлекать выгоду из увеличенной точности, которую обеспечивает обнаружение пересечения нулем.

Отключите обнаружение пересечения нулем для целой модели

Выберите Disable all от Zero-crossing control, выпадающего на панели Solver диалогового окна Configuration Parameters.

При использовании ode15s решатель, рассмотрите корректировку порядка числовых формул дифференцирования

Выберите значение из Maximum order выпадающий на панели Solver диалогового окна Configuration Parameters.

Для получения дополнительной информации смотрите Максимальный порядок.

Уменьшайте максимальный размер шага

Введите значение для Max step size опция на панели Solver диалогового окна Configuration Parameters.

Решатель предпринимает шаги достаточно маленький, чтобы разрешить нулевое пересечение. Однако сокращение размера шага может увеличить время симуляции и редко необходимо при использовании адаптивного алгоритма.

Как средство моделирования может пропустить События пересечения нулем

Возврат и модели двойного возврата, в Симуляции Прыгающего мяча и Двойного Прыгающего мяча: Использование Адаптивного Местоположения Пересечения нулем показывает, что высокочастотные колебания о разрыве (болтовня) могут заставить симуляцию преждевременно останавливаться.

Для решателя также возможно полностью пропустить нулевые пересечения, если ошибочные допуски решателя являются слишком большими. Это возможно, потому что проверки метода обнаружения пересечения нулем, чтобы видеть, изменило ли значение сигнала знак после главного временного шага. Изменение знака указывает, что произошло нулевое пересечение, и алгоритм пересечения нулем ищет точное время пересечения. Однако, если нулевое пересечение происходит во временном шаге, но значения вначале и конец шага не указывают на изменение знака, решатель переступает через пересечение, не обнаруживая его.

Следующий рисунок показывает сигнал, что кресты обнуляют. Прежде всего интегратор переступает через событие, потому что знак не изменился между временными шагами. Во втором решатель обнаруживает изменение знака и поэтому обнаруживает событие пересечения нулем.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Рассмотрите реализацию 2D интегратора модели возврата.

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен

Обнаружение пересечения нулем в блоках

Блок может указать набор переменных пересечения нулем, каждая из которых является функцией переменной состояния, которая может иметь разрыв. Функция пересечения нулем проходит через нуль от положительной или отрицательной величины, когда соответствующий разрыв происходит. Зарегистрированные переменные пересечения нулем обновляются в конце каждого шага симуляции, и любая переменная, которая изменила знак, идентифицирована как имевший событие пересечения нулем.

Если какие-либо нулевые пересечения обнаруживаются, программное обеспечение Simulink интерполирует между предыдущими и текущими значениями каждой переменной, которая изменила знак, чтобы оценить времена нулевых пересечений, то есть, разрывов.

Примечание

Блоки тот нуль регистра пересечения

В следующей таблице перечислены блоки, которые указывают нулевые пересечения, и объясняет, как блоки используют нулевые пересечения.

Один, чтобы обнаружить, когда входной сигнал пересекает нуль или в повышении или в падающем направлении.

Два, один, чтобы обнаружить, когда верхний порог занят, и один, чтобы обнаружить, когда более низкий порог занят.

Один, чтобы обнаружить, когда сигнал равняется константе.

Один, чтобы обнаружить, когда сигнал равняется нулю.

Два, один, чтобы обнаружить, когда мертвая зона вводится (входной сигнал минус нижний предел), и один, чтобы обнаружить, когда из мертвой зоны выходят (входной сигнал минус верхний предел).

Один, Если порт Enable в блоке Subsystem, он предусматривает возможность обнаружить нулевые пересечения. Для получения дополнительной информации, Используя Enabled Подсистемы.

Один, чтобы обнаружить, когда входной сигнал имеет разрыв или в повышении или в падающем направлении

Один, чтобы обнаружить, когда входной сигнал имеет разрыв или в повышении или в падающем направлении

Один или два. Если нет никакого выходного порта, существует только один нуль, пересекающийся, чтобы обнаружить, когда входной сигнал поразил пороговое значение. Если существует выходной порт, второе нулевое пересечение используется, чтобы возвратить выход 0 от 1, чтобы создать подобный импульсу выход.

Один, чтобы обнаружить, когда, Если условие соблюдают.

Если порт сброса присутствует, чтобы обнаружить, когда сброс происходит.

Если выход ограничивается, существует три нулевых пересечения: один, чтобы обнаружить, когда верхний предел насыщения достигнут, один, чтобы обнаружить, когда более низкий предел насыщения достигнут, и один, чтобы обнаружить, когда насыщение оставляют.

Один, для каждого элемента выходного вектора, чтобы обнаружить, когда входной сигнал является новым минимумом или максимумом.

Один, чтобы обнаружить, когда заданное отношение верно.

Два, один, чтобы обнаружить, когда верхний предел достигнут или оставлен, и один, чтобы обнаружить, когда нижний предел достигнут или оставлен.

Пять, два, чтобы обнаружить, когда state x верхнее или нижний предел достигнуты, два, чтобы обнаружить, когда dx состояния/ dt верхний или нижний предел достигнут, и один, чтобы обнаружить, когда состояние оставляет насыщение.

Один, чтобы обнаружить, когда вход пересекается через нуль.

Один, чтобы обнаружить, когда входной сигнал имеет разрыв или в повышении или в падающем направлении

Один, чтобы обнаружить время шага.

Один, чтобы обнаружить, когда условие переключателя происходит.

Один, чтобы обнаружить, когда условие случая соблюдают.

Один, Если порт Triggered в блоке Subsystem, он предусматривает возможность обнаружить нулевые пересечения. Для получения дополнительной информации смотрите Используя Триггируемые подсистемы.

Два, один для разрешать порта и один для триггерного порта. Для получения дополнительной информации см.: Используя Enabled и Triggered подсистемы

Примечание

Обнаружение пересечения нулем также доступно для Stateflow ® стройте диаграмму, который использует режим непрерывного времени. Смотрите Конфигурируют диаграмму Stateflow для Симуляции Непрерывного времени (Stateflow) для получения дополнительной информации.

Пример реализации: блок насыщения

Примером блока Simulink, который указывает нулевые пересечения, является блок Saturation. Обнаружение пересечения нулем идентифицирует эти события состояния в блоке Saturation:

Входной сигнал достигает верхнего предела.

Входной сигнал оставляет верхний предел.

Входной сигнал достигает нижнего предела.

Входной сигнал оставляет нижний предел.

Сигналы пересечения нулем имеют атрибут направления, который может иметь эти значения:

при повышении — происходит нулевое пересечение, когда сигнал повышается до или через нуль, или когда сигнал оставляет нуль и становится положительным.

при падении — происходит нулевое пересечение, когда сигнал падает на или через нуль, или когда сигнал оставляет нуль и становится отрицательным.

также — Нулевое пересечение происходит, если или повышение или падающее условие происходят.

Похожие темы

Открытый пример

У вас есть модифицированная версия этого примера. Вы хотите открыть этот пример со своими редактированиями?

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть фото Zero crossing detector для чего нужен. Смотреть картинку Zero crossing detector для чего нужен. Картинка про Zero crossing detector для чего нужен. Фото Zero crossing detector для чего нужен