Transistoren – Digitale Steuerschnittstelle, Teil IV

Der olympische Fackellauf, der bald in London gipfeln wird, ist der Großvater aller Staffeln, die in einem Land beginnen, viele andere durchqueren und dann ihre Reise am Ort der Olympischen Spiele beenden. Es geht während seiner Reise durch die Hände vieler Athleten, wobei sein letztendlicher Zweck darin besteht, die olympische Flamme zu entzünden. Weniger glamourös, obwohl nützlich, ist das Staffellauf, der häufig innerhalb der digitalen Steuerung stattfindet.

Das letzte Mal haben wir meine Entwurfslösung für die Steuerung einer mikroprozessorgesteuerten medizinischen Röntgenfilmentwicklungsmaschine gesehen, bei der ein Feldeffekttransistor (FET) als digitale Steuerschnittstelle zwischen einem Gleichstrommikroprozessor ( VDC) von 5 Volt und einem 12 VDC-Summer. Die Steuerung des Summers war nicht die einzige Funktion des Mikroprozessors. Es musste auch einen 120-Volt-Wechselstrom-Antriebsmotor (VAC) steuern, dessen Zweck darin bestand, den Röntgenfilm durch eine Reihe von Prozessen innerhalb der Maschine zu bewegen. Eine weitere Anforderung war, dass der Antriebsmotor der Maschine nach der Aktivierung über einen Startknopf 40 Minuten lang läuft und dann herunterfährt.

Eine der Herausforderungen dieser Spezifikation bestand darin, dass ein eigenständiger FET nur zur Steuerung von Gleichstromgeräten wie dem Summer geeignet ist, nicht jedoch von Wechselstromgeräten wie Elektromotoren. Gleichstrom fließt nur dann in eine Richtung, wenn er durch den Draht fließt. Da ein FET nur Strom in eine Richtung leiten kann, ist er perfekt für diese Anwendungen geeignet.

Wie der Name schon sagt, wechselt der Wechselstromfluss, dh er kehrt die Richtung um und variiert mehrmals pro Sekunde in seiner Intensität. Dies ist ein Szenario, für das FETs nicht gerüstet sind, da sie den Rückfluss nicht bewältigen können. Dies bedeutete, dass ich für den Zweck meiner Entwicklungsmaschine keinen FET verwenden konnte, um den 120-VAC-Motor direkt zu steuern. Schauen wir uns nun Abbildung 1 an, um einen grundlegenden Überblick darüber zu erhalten, wie ich das Problem gelöst habe.

Steuerung des elektrischen Relais des Mikroprozessors

Abbildung 1

1 zeigt nicht einen, sondern zwei grüne FETs, die jeweils vom Mikroprozessorchip abgeleitet sind. Wir nennen sie FET 1 und FET 2. Wenn Sie sich an das letzte Mal erinnern, läuft der Summer mit 12 VDC, sodass FET 1 als direkte Schnittstelle zwischen ihm und dem Mikroprozessorchip gut funktioniert. Im Fall von FET 2 benötigen wir jedoch ein Zwischengerät, um den Wechselstrommotor anzutreiben. Dieses Gerät ist ein elektrisches 12-VDC-Relais.

In einer früheren Blogserie über industrielle Steuerungen habe ich diskutiert, wie elektrische Relais Elektromagnete verwenden, um Glühbirnen und Motoren ein- und auszuschalten, wenn jemand einen Knopf auf einem Bedienfeld drückt. Wir haben die gleiche Mechanik auf unserer Entwicklungsmaschine. Das Relais schaltet den Motor als Reaktion auf das im 5-VDC-Mikroprozessor ausgeführte Computerprogramm ein und aus. Diese Programmiersequenz beginnt, wenn jemand eine Taste drückt.

Damit die Motorsteuerung an der Maschine funktioniert, ist das Gate (G) des FET 2 mit einem anderen Ausgangskabel am Mikroprozessor verbunden. Wir nennen das Ausgangsleitung 2. Als nächstes wird die Quelle (n) von FET 2 mit der Spule des Kabels im Relais verbunden. Um auf die Relaisstromversorgung zuzugreifen, wird der Drain (D) des FET 2 mit der 12-VDC-Quelle verbunden. Schließlich ist das andere Ende der Relaisspule mit der elektrischen Masse verbunden.

Das nächste Mal werden wir den Druckknopf aktivieren und sehen, wie die Steuerungsinitiative einen Pfad durchläuft, der an die Flamme eines olympischen Fackellelais erinnert, aber hier zwischen dem Mikroprozessor, dem FET und dem elektrischen Relais verläuft und in der gipfelt Leistung des Antriebsmotors.

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