Устройство компьютерного управления различными приборами, схема которого показана на рис. 1, подключается к USB-порту компьютера, который сегодня есть в каждом из них. Единственная микросхема устройства - распространенный микроконтроллер ATmega8 . Он необходим для организации связи по шине USB . Хотя в нем и отсутствует специализированный аппаратный модуль, эта функция выполняется программно.
Рисунок 1
Резистор R1, подключенный между положительным выводом источника питания и линией D-шины USB, переводит ее в низкоскоростной режим LS со скоростью обмена 1,5 Мбит/с, что и позволяет расшифровывать посылки компьютера программным способом. Резисторы R4 и R5 устраняют переходные процессы, возникающие при обмене информацией, что увеличивает стабильность работы. Конденсатор С1 блокирует импульсные помехи в цепи питания, что также улучшает стабильность работы устройства Диоды VD1 и VD2 служат для понижения напряжения питания микроконтроллера приблизительно до 3,6 В - это требуется для согласования уровней с шиной USB.
Сигналы управления приборами формируются на выходах РВ0-РВ5 и РС0, РС1 микроконтроллера. Высокий логический уровень - напряжение около 3,4 В. Напряжение низкого уровня близко к нулю. К выходам можно подключать приборы, потребляющие ток не более 10 мА (от каждого выхода). Если требуются большие значения тока или напряжения, то следует использовать узлы согласования.
Устройство собрано на макетной плате, печатная не разрабатывалась Применены резисторы МЛТ, конденсаторы С2 и СЗ - керамические высокочастотные, С1 - К50-35 или аналогичный импортный. Диоды кремниевые с падением напряжения на переходе около 0,7 В.
Программа для микроконтроллера разработана в среде Bascom-AVR версии 1.12.0.0. Для работы с шиной USB использована библиотека swusb.LBX , которая выполняет программное декодирование сигналов USB в режиме реального времени. Полученный в результате компиляции код программы из файла с расширением HEX следует загрузить во FLASH-память микроконтроллера. Состояние разрядов конфигурации микроконтроллера должно соответствовать показанному на рис. 2.
Рисунок 2
При первом подключении устройства к компьютеру операционная система обнаружит новое USB НID совместимое устройство с именем "uniUSB " и установит необходимые драйверы. Через несколько секунд устройство настроено и готово к использованию. Для работы с ним была создана программа UniUSB. Она представлена в двух вариантах: для 32-разрядных (х86) и 64-разрядных (х64) операционных систем семейства Windows. Работа 32-разрядной версии проверена в операционных системах Windows 98, Windows ХР, Windows 7, а 64-разрядной - только в Windows ХР х64.
Программа UniUSB написана на языке PureBasic (версия 4.31) с использованием библиотеки пользовательских функций HID_Lib , поддерживающей работу с USB HID устройствами. Внешний вид окна программы показан на рис. 3.
Рисунок 3
В одной папке с ее исполняемым файлом должен находиться файл, называющийся UniUSB_KOfl.txt . В этом файле хранится сценарий управления внешними приборами. При запуске программы данные из файла загружаются в таблицу, расположенную в главном окне, а при завершении работы сохраняются в файле. Щелчок левой кнопкой мыши по ячейкам таблицы позволяет изменять их состояние: 1 - высокий логический уровень, 0 или пусто - низкий логический уровень.
Для добавления или удаления столбца таблицы нужно по ней щелкнуть правой кнопкой мыши и в появившемся меню выбрать требуемое действие. При подключении устройства к USB-порту программа обнаружит его и активирует кнопку "Пуск" , расположенную в верхней части окна на панели инструментов. Нажатием на эту кнопку запускают процесс перебора столбцов таблицы и установки указанных в них состояний выходов. Для большей наглядности слева от таблицы подсвечиваются номера выходов, на которых в данный момент установлен высокий логический уровень. Скорость перебора (время в миллисекундах между переходами от столбца к столбцу) задают в поле "Скорость, мс".
Учтите, операционная система Windows - многозадачная! Это означает, что процессорное время делится между множеством иногда скрытых от пользователя процессов, которые выполняются по очереди с учетом установленных в системе приоритетов. Поэтому не стоит ожидать большой точности выдерживания интервалов времени менее 100 мс.
Для кратковременной остановки перебора столбцов используйте кнопку "Пауза". Повторное нажатие на нее продолжит перебор с места остановки. Кнопка "Стоп" полностью прекращает перебор столбцов таблицы. Если в процессе обмена информацией между компьютером и устройством произойдет сбой либо устройство будет отключено от разъема USB компьютера, программа сообщит об ошибке, выведя в строке состояния соответствующее сообщение.
В наше время в каждой мастерской по ремонту электротехники, да, в прочем, и у каждого радиолюбителя рабочий день начинается с включения ПК, а уж потом и вспомогательного электрооборудования. В прочем с включения ПК рабочий день начинается не только у радиолюбителей, но и во многих пользователей сего «девайса», плотно вошедшего в нашу жизнь. А вот каждый день включать утром и выключать вечером, ну, предположим, принтер, активные колонки, настольную лампу да мало ли чего можно встретить у рядового пользователя, немножко надоедает. Исходя из условленных задач была поставлена цель создать коммутатор нагрузки, предназначенный для включения-выключения всех сопутствующих устройств. Соглашусь можно пойти по пути наименьшего сопротивления и поставить на всё обыкновенный выключатель, но, похоже, это не путь для радиолюбителя. Мы будем делать гораздо удобнее - встроим автомат в сетевой фильтр:
Так как устройство отслеживает факт включения-выключения устройства по принципу «ведомый-ведущий» самый простой способ - использовать USB порт. Обозначу сразу, при использовании USB порта устройство работает в ноутбуках и компьютерах с блоком питания, отключающем все источники питания. К примеру, в последних моделях блоков питания +5 вольт USB порта присутствует как дежурное даже при выключенном блоке. С ними устройство работать не будет, точнее будет, но постоянно включено. Здесь необходимо как источник сигнала использовать какой либо иной порт, и, соответственно, согласовывать сигнал источника и исполнительного механизма.
В данном устройстве исполнительным механизмом служит реле, с контактами, рассчитаными на 16 ампер и с катушкой на 5 вольт. Использование реле выполняет гальваническую развязку источника сигнала и сети 220 вольт.
После проведения ряда экспериментов было установлено, что при питании, согласно паспортных данных, +5 вольт реле потребляет 150 мА тока. Если использовать стационарный компьютер - нет никаких проблем, ибо +5 вольт USB порта идут непосредственно с блока питания и не сильно нагружают его. Если всё вышесказанное устраивает на этом - можно остановиться и сделать свой вариант по ниже приведенной схеме.
Но если планируется использовать ноутбук, то как бы прогонять дополнительные 150 мА через через компьютер не желательно, в таком случае необходимо использовать дополнительный блок питания 5 вольт. В данном варианте был использован импульсный источник питания от зарядного устройства от мобильного телефона. Можно использовать любой нестабилизированный источник питания при условии, что он может обеспечить напряжение 5 вольт и ток порядка 250 мА с учетом запаса. Также можно использовать и другое напряжение, но в таком случае необходимо будет взять и реле с соответственным напряжением питания. Для согласования источника сигнала с реле и источником питания необходимо установить транзисторный ключ типа:
Транзистор выбран типа КТ815 с любой буквой и резистор 1 кОм, диод - КД522. При такой схеме включения ток потребления показал 4 мА, что не столь существенно для ноутбука. Светодиод LED1 и LED2 обозначают состояние цепи. По желанию вместе с резисторами их можно исключить из схемы.
Устройство управления 220 В собрано в свободном месте корпуса розетки - сетевого фильтра. Файл схемы в сплане находится
Управление устройствами через USB-порт компьютера.
П. ВЫСОЧАНСКИЙ, г. Рыбница, Приднестровье, Молдавия
Устройство компьютерного управления различными приборами, схема которого показана на рис. 1, функционально подобно описанному в , но подключается к USB-порту компьютера, который (в отличие от СОМ-порта) сегодня есть в каждом из них. Единственная микросхема устройства - распространенный микроконтроллер ATmega8. Он необходим для организации связи по шине USB. Хотя в нем и отсутствует специализированный аппаратный модуль, эта функция выполняется программно.
Резистор R1, подключенный между положительным выводом источника питания и линией D-шины USB, переводит ее в низкоскоростной режим LS со скоростью обмена 1,5 Мбит/с, что и позволяет расшифровывать посыпки компьютера программным способом. Резисторы R4 и В5 устраняют переходные процессы, возникающие при обмене информацией, что увеличивает стабильность работы. Конденсатор С1 блокирует импульсные помехи в цепи питания, что также улучшает стабильность работы устройства. Диоды VD1 и VD2 служат для понижения напряжения питания микроконтроллера приблизительно до 3,6 В - это требуетсядля согласования уровнен с шиной USB.
Сигналы управления приборами формируются на выходах РВ0-РВ5 и РСО, РС1 микроконтроллера. Высокий логический уровень - напряжение около 3,4 В.
Напряжение низкого уровня близко к нулю. К выходам можно подключать приборы, потребляющие ток не более 10 мА (от каждого выхода). Если требуются большие значения тока или напряжения, то следует использовать узлы согласования, показанные в на рис. 5 и 6. Устройство собрано на макетной плате, печатная не разрабатывалась Применены резисторы МЛТ, конденсаторы С2 и СЗ - керамические высокочастотные, С1 - К50-35 или аналогичный импортный. Диоды кремниевые с падением напряжения на переходе около 0,7 В. Программа для микроконтроллера разработана в среде Bascom-AVR версии 1.12.0.0. Для работы с шиной USB использована библиотека swusb.LBX, которая выполняет программное декодирование сигналов USB в режиме реального времени. Полученный в результате компиляции код программы из файла с расширением HEX следует загрузить во FLASH-память микроконтроллера. Для этого был использован программатор совместно со встроенной в Bascom-AVR утилитой. Состояние разрядов конфигурации микроконтроллера должно соответствовать показанному на рис.2
При первом подключении устройства к компьютеру операционная система обнаружит новое USB HID совместимое устройство с именем "uniUSB" и установит необходимые драйверы. Через несколько секунд устройство настроено и готово к использованию. Для работы с ним была создана программа UniUSB. Она представлена в двух вариантах: для 32-разрядных (х86) и 64-разрядных (х64) операционных систем семейства Windows. Работа 32-разрядной версии проверена в операционных: Windows 98, Windows XP, Windows 7, а 64-разрядной - только в Windows XP х64. Программа UniUSB написана иа языке PureBasic (версия 4.31) с использованием библиотеки пользовательских функций HID Lib, поддерживающей работу с USB HID устройствами. Внешний вид окна программы показан на Рис.3
В одной папке с ее исполняемым файлом должен находиться файл, называющийся UniUSB_код.txt или UniCOM_код.txt. Последний вариант необходим для совместимости с программой UniCOM, предложенной в . В этом файле хранится сценарий управления внешними приборами. При запуске программы данные из файла загружаются в таблицу, расположенную в главном окне, а при завершении работы сохраняются в файле. Щелчок левой кнопкой мыши по ячейкам таблицы позволяет изменять их состояние: 1 - высокий логический уровень, 0 или пусто - низкий логический уровень. Для добавления или удаления столбца таблицы нужно по ней щелкнуть правой кнопкой мыши и в появившемся меню выбрать требуемое действие. При подключении устройства к USB-порту программа обнаружит его и активирует кнопку, расположенную в верхней части окна на панели инструментов. Нажатием на эту кнопку запускают процесс перебора столбцов таблицы и установки указанных в них состояний выходов. Для большей наглядности слева от таблицы подсвечиваются номера выходов, на которых в данный момент установлен высокий логический уровень. Скорость перебора (время в миллисекундах между переходами от столбца к столбцу) задают в поле "Скорость, мс". Учтите, операционная система Windows -- многозадачная! Это означает, что процессорное время делится между множеством иногда скрытых от пользователя процессов, которые выполняются по очереди с учетом установленных в системе приоритетов. По этому не стоит ожидать большой точности выдерживания интервалов времени менее 100 мс.
Для кратковременной остановки перебора столбцов используйте кнопку, Повторное нажатие на нее продолжит перебор с места остановки. Кнопка полностью прекращает перебор столбцов таблицы. Если в процессе обмена информацией между компьютером и устройством произойдет сбой либо устройство будет отключено от разъема USB компьютера, программа сообщит об ошибке, выведя в строке состояния соответствующее сообщение.
ЛИТЕРАТУРА
1. Носов Т. Управление приборами через СОМ-порт компьютера - Радио, 2007, № 11,с.61,62.
2. Рыжков A. US-программатор микроконтроллеров AVR и AT89S, совместимый с AVR910. - Радио, 2008, № 7, с. 28, 29.
По материалам журнала "Радио 2`2011"
Скачать прошивку микроконтроллера и программу для PC можно
С точки зрения программирования модуль предлагает весьма интересное решение. Во-первых, что следует указать, при подключении к компьютеру он определяется ОС Windows (и Linux тоже) как виртуальный COM порт, т.е. в диспетчере устройств у Вас появится дополнительный COM порт. Соответственно, управление модулем осуществяляется через обычный последовательный порт. Это означает, что для работы с модулем Вам вообще нет необходимость даже вспоминать о USB - Вы работаете только с COM портом. Значит для работы с модулем можно использовать любой язык / среду / компонент прграммирования, главное только чтобы он поддерживал работу с последовательными портами. Для непосредственного управления модулем предусмотрен набор текстовых . Т.е. выбираем нужную команду, записываем ее в COM порт и модуль выполняет то что заказано. Весьма просто и удобно. Благодаря тому что команды текстовые, модулем можно управлять из любой программы-терминала для COM портов, например HyperTerminal, входящей в состав Windows.
Помимо возможности управления линиями ввода/вывода модуль также имеет встроенный 10-ти разрядный АЦП с частотой дискретизации до 400 Гц + еще парочку интересных настроек и свойств, о которых мы поговорим позже.
Итак, приступим к практическому использованию модуля. Первым делом необходимо установить драйвера для него. Весть процесс установки модуля подробнейшим образом описан в соответствующем оффициальном документе . Здесь я дублировать информацию не буду, обращю только внимание на то, что фактически драйвер, требуемый для модуля уже находится в составе Windows. Это так называемый стандартный драйвер виртуального COM порта. Итого из файлов установки нам нужен только ke-usb24.inf в котором указаны параметры установки.
После установки устройства, давайте создадим на основе модуля самую простенькую схемку - будем управлять светодиодами, подключенными к модулю, а именно зажигать или тушить их по нашей команде. Схема подобного устройства показана на рисунке ниже. Схема расчитана на маломощные светодиоды. Я использую L-934 фирмы Kingbright. Если используемые Вами светодиоды помощнее и Вы чувствуете что корпус модуля или светодиода изрядно нагревается, лучше между светодиодом и выводом модуля включить токоограничивающий резистор номиналом в 200-600 Ом.
Вот эта же схема собранная мною на макетной плате. Я позволил тут себе не набирать все светодиоды.
Итак, схему собрали. Пора взяться непосредственно за софт. Тут есть два варианта. Первый, это использовать готовую терминальную программу и подавать в ней команды модулю в ручную. К таким программам относятся, например, HyperTerminal или . Последняя хороша тем, что для нее доступны исходные коды и при желании ее можно модернизировать под свои нужды. Второй вариант, болле интересный, разработка собственнго софта. Давайте так и сделам. Напишем небольшую Windows программку на С++ в среде Microsoft Visual C++ 6.0 для управления линиями модуля, настроенными на выход.
Внешне она выглядит вот так. Т.е. вводим номер порта, нажимаем кнопку "Open". Далее галочками выбираем каким светодиодам светиться, а каким нет. Все весьма просто.
Посмотрим на код этой программы. Начнем с функции открытия порта. Тут все уже рассматривалось не раз. Единственное, на что я хотел бы обратить Ваше внимание, так это на скорость порта. Для модуля Ke-USB24A она не имеет НИКАКОГО значения. Можно было подключаться и на 1200 и 115200. Хоть мы и работаем с COM портом, он всеже виртуальный, и реально данные передаются по USB каналу. А ему знания о скорости виртуального COM порта совершенно не нужны. Здесь они указываются только для поддержания совместимости.
Рассмотрим код формирования команды модулю и ее отправки в порт. Для установки линии модуля Ke-USB24A служит текстовая команда $KE,WR, . Собственно в этой функции мы такую команду и формируем. Обратите внимание на \r\n в конце команды. Таков синтаксис команд модуля - все должно заканчиваться символами возврата каретки и перевода на новую строку.
void CLineControlDlg::WriteDataToLine(int line, bool value) { if (line 24 || m_hFile == NULL) { MessageBox("Can`t Write\nCommand", "Error", MB_ICONERROR); return ; } DWORD lpdwBytesWritten; char buf; int len = sprintf(buf, "$KE,WR,%d,%d\r\n", line, value); WriteFile(m_hFile, buf, len, &lpdwBytesWritten, NULL); }Итак, с кодом наверное все понятно. Запускаем программу, не забыв при этом подключить модуль. Открываем порт (номер порта можно посмотреть в диспетчере устройств). Щелкаем галочками - управляем светодиодами.
Вот таким вот образом можно за минимальный срок собрать схему управления светодиодами через USB. Ke-USB24A может использоваться и для управления нагрузками помощнее, но для этого к нему будет необходимо добавить дополнительную внешнюю схему в виде реле или мощного транзистора. Об этом мы поговорим позже.
Устройство компьютерного управления
различными приборами, схема которого показана на рис. 1, функционально подобно
описанному в , но подключается к USB-порту компьютера, который (в отличие
от СОМ-порта) сегодня есть в каждом из них. Единственная микросхема устройства
- распространенный микроконтроллер ATmega8. Он необходим для организации
связи по шине USB. Хотя в нем и отсутствует специализированный аппаратный
модуль, эта функция выполняется программно. Резистор R1, подключенный между
положительным выводом источника питания и линией D-шины USB, переводит ее в низкоскоростной
режим LS со скоростью обмена 1,5 Мбит/с, что и позволяет расшифровывать посылки
компьютера программным способом. Резисторы R4 и R5 устраняют переходные
процессы, возникающие при обмене информацией, что увеличивает стабильность работы.
Конденсатор С1 блокирует импульсные помехи в цепи питания, что также улучшает
стабильность работы устройства. Диоды VD1 и VD2 служат для понижения напряжения
питания микроконтроллера приблизительно до 3,6 В - это требуется для
согласования уровней с шиной USB. Сигналы управления приборами формируются на
выходах РВ0-РВ5 и РС0, РС1 микроконтроллера. Высокий логический уровень -
напряжение около 3,4 В. Напряжение низкого уровня близко к нулю. К выходам
можно подключать приборы, потребляющие ток не более 10 мА (от каждого выхода).
Если требуются большие значения тока или напряжения, то следует использовать узлы
согласования, показанные в на рис. 5 и 6.
Устройство собрано на макетной плате,
печатная не разрабатывалась. Применены резисторы МЛТ, конденсаторы С2 и С3 -
керамические высокочастотные, С1 - К50-35 или аналогичный импортный. Диоды
кремниевые с падением напряжения на переходе около 0,7 В. Программа для микроконтроллера
разработана в среде Bascom-AVR версии 1.12.0.0. Для работы с шиной USB
использована библиотека swusb.LBX, которая выполняет программное декодирование сигналов
USB в режиме реального времени. Полученный в результате компиляции код программы
из файла с расширением HEX следует загрузить во FLASH-память микроконтроллера.
Для этого был использован программатор совместно со встроенной в Bascom-AVR
утилитой. Состояние разрядов конфигурации микроконтроллера должно соответствовать
показанному на рис. 2. При первом подключении устройства к компьютеру операционная
система обнаружит новое USB HID совместимое устройство с именем
“uniUSB” и установит необходимые драйверы. Через несколько секунд
устройство настроено и готово к использованию.
Для работы с ним была создана программа
UniUSB. Она представлена в двух вариантах: для 32-разрядных (х86) и 64-разрядных
(х64) операционных систем семейства Windows. Работа 32-разрядной версии проверена
в операционных системах Windows 98, Windows ХР, Windows 7, а 64-разрядной -
только в Windows ХР х64. Программа UniUSB написана на языке PureBasic (версия
4.31) с использованием библиотеки пользовательских функций HID_lib,
поддерживающей работу с USB HID устройствами. Внешний вид окна программы
показан на рис. 3. В одной папке с ее исполняемым файлом должен находиться
файл, называющийся UniUSB_Код.txt или UniCOM_Код.txt. Последний вариант необходим
для совместимости с программой UniCOM, предложенной в . В этом файле
хранится сценарий управления внешними приборами. При запуске программы данные
из файла загружаются в таблицу, расположенную в главном окне, а при завершении
работы сохраняются в файле. Щелчок левой кнопкой мыши по ячейкам таблицы позволяет
изменять их состояние: 1 - высокий логический уровень, 0 или пусто - низкий
логический уровень. Для добавления или удаления столбца таблицы нужно по ней
щелкнуть правой кнопкой мыши и в появившемся меню выбрать требуемое действие.
При подключении устройства к USB-порту
программа обнаружит его и активирует кнопку, расположенную в верхней части
окна на панели инструментов. Нажатием на эту кнопку запускают процесс
перебора столбцов таблицы и установки указанных в них состояний выходов. Для
большей наглядности слева от таблицы подсвечиваются номера выходов, на
которых в данный момент установлен высокий логический уровень. Скорость
перебора (время в миллисекундах между переходами от столбца к столбцу) задают
в поле “Скорость, мс”.
Учтите, операционная система Windows
- многозадачная! Это означает, что процессорное время делится между множеством
иногда скрытых от пользователя процессов, которые выполняются по очереди с
учетом установленных в системе приоритетов. Поэтому не стоит ожидать большой
точности выдерживания интервалов времени менее 100 мс. Для кратковременной
остановки перебора столбцов используйте кнопку Повторное нажатие на нее
продолжит перебор с места остановки. Кнопка полностью прекращает перебор столбцов
таблицы. Если в процессе обмена информацией между компьютером и устройством
произойдет сбой либо устройство будет отключено от разъема USB компьютера,
программа сообщит об ошибке, выведя в строке состояния соответствующее
сообщение.
ЛИТЕРАТУРА
1. Носов Т. Управление приборами
через СОМ-порт компьютера. - Радио, 2007, № 11,0.61,62.
2. Рыжков А. US-программатор
микроконтроллеров AVR и AT89S, совместимый с AVR910. - Радио, 2008, № 7, с.
28, 29.
От редакции
. Программы для микроконтроллера и компьютера находятся
на нашем FTP-сервере по адресу ftp:// ftp.radio.ru/pub/2011/02/uniUSB.zip