Stopky pro hasiče (PE11/2011)

Vyšlo v Praktické Elektronice 11/2011.

Dnes přináším konstrukci digitálních stopek. Tyto stopky vznikly na zakázku od hasičů SDH Dobšín - Kamenice pro nácvik hasičského útoku. Proto jsou stopky svým zapojením uzpůsobeny právě pro měření na dvou terčích. Nicméně není problém je upravit pro měření jakýchkoli jiných časů. Základní vlastnosti stopek jsou následující:

Základní vlastnosti

1	Měření času na 6místném displeji ve formátu 99:59:99, tedy minuty, sekundy a setiny.
2	Možnost uložit až 5 mezičasů a 2 koncové časy.
3	Ukončení měření na 2 koncové spínače s možností volby NC/NO kontaktu.
4	Možnost po skončení měření listovat jednotlivé naměřené časy.
5	Odesílání měřených časů do PC přes RS232 a konektor Cannon 9M.
6	Jednoduchá obsluha jediným tlačítkem.
7	Možnost napájení takřka z čehokoli: 8-15 V AC/DC, proud cca 100 mA, 12 V z auta, baterie, střídavé i stejnosměrné napájení nebo síťový adaptér.
8	Optické oddělení vstupů a možnost zapnout napájení pro koncové snímače a tlačítko ze zdroje stopek.
9	Pracovní teplota -20 až +40 °C.
10	Jištění trubičkovou pojistkou 400 mA/F.

Schéma zapojení - procesor

Schéma i celá konstrukce je rozdělena na dvě části, a to desku procesoru a desku displeje. Na tomto obrázku je schéma procesoru.

Schéma zapojení - displej

Schéma i celá konstrukce je rozdělena na dvě části, a to desku procesoru a desku displeje. Na tomto obrázku je schéma displeje.

Deska spoje a osazovací plán - procesor

Plošný spoj je vytvořen na jednostranné desce o velikosti 100x75 mm. Při osazování součástek by neměl nastat žádný problém, nezapomeňte osadit tři drátové propojky. Procesor je možné zapájet do desky, protože programování lze provádět přímo v desce přes konektor JP4.

Deska spoje a osazovací plán - displej

Plošný spoj je vytvořen na jednostranné desce o velikosti 100x40 mm. Zde je nutné dát si pozor na správné osazení drátových propojek, kterých je 10. Přitom dvě je nutné vést ze strany spojů.

Oživení a nastavení

Zařízení neobsahuje prakticky žádné nastavovací prvky, a tak při pečlivé práci pracuje na první zapojení. Je však nutné dát si pozor na správné osazení drátových propojek, kterých je obzvláště na displeji dost. Prototip byl zabudován v přístrojové krabičce KM50 vybavené červeným plexisklem na přední straně. Současné stopky jsou však určeny pro montáž do krabičky KM60, čemuž jsou přizpůsobeny všechny vývody.

Jediné nastavení se týká volby použitých kontaktů na koncových spínačích, kde je možné použít kontakt NO (spínací) i NC (rozpínací). V závislosti na použitých kontaktech se musí osadit jumper JP3. Pokud použijete NO kontakty, je potřeba JP3 osadit. Pokud použijete NC kontakty, JP3 se neosazuje.

Dále jsou zde další tři jumpery JP5, JP6 a JP7. Tyto jumpery se používají k ukostření jednotlivých katod LED v optočlenech. Pokud jsou jumpery osazené, je možné použít vnitřní zdroj stopek k napájení koncových snímačů ze svorkovnice X7-1 až X7-3. To je obzvláště výhodné při použití mechanických spínačů.

Aby byly stopky co nejvíce univerzální a daly se napojit na jakékoli terče, je možné propojky nezapojit a použít oddělené napájení vyhodnocovací části na terčích. Výsledné signály se pak napojí přímo na optočleny, čímž stopky zůstanou od terčů zcela odděleny. Optočleny spolehlivě detekují signály o napěťové úrovni 5-24 V. V případě jiné napěťové úrovně je nutné upravit hodnoty rezistorů R17, R18 a R19.

Popis zařízení a jeho ovládání

Hasičské stopky, dále jen zařízení, se aktivují připojením napájecího napětí. Pokud je vše v pořádku, proběhne inicializace zařízení, která je indikována postupným probliknutím všech segmentů displeje. Následně jsou zobrazeny nuly 00:00:00.

Současně jsou otestovány koncové snímače v terčích, zda jsou připraveny ke startu. Pokud jsou snímače v terčích v pořádku, je to signalizováno svitem červených LED diod před displejem, tedy před číslicí desítek minut LED1 a LED2. Pokud je některý koncový snímač ve špatné pozici nebo konfiguraci, nesvítí patřičná LED dioda a je nutné provést kontrolu terče, případně vedení od terčů až do zařízení. Tato konfigurace je závislá na nastavení detekce koncových snímačů, které se nastavuje uvnitř zařízení osazením jumper propojky JP3.

Pokud inicializace zařízení proběhla a vše je v pořádku, jsou stopky připraveny započít měření. Samotné spuštění se provede tlačítkem START na vstupu svorky X4-1 a X4-2, načež se rozběhne čas na stopkách a zároveň zhasnou LED diody signalizující dosažení koncových snímačů na terčích.

Pokud v průběhu měření dojde k dalšímu stisku tlačítka START, uloží se mezičas. Takto lze uložit až 5 mezičasů. Stopky se zastaví až v momentě, kdy jsou dosaženy oba snímače v terčích. V tento moment se čas zastaví a krátce problikne displej, čímž proběhne odeslání časů do PC.

Následně je možné krátkým stiskem tlačítka START listovat jednotlivé mezičasy uložené v průběhu měření. Vzhledem k tomu, že jsou měřeny časy řádově do desítek vteřin, jsou při zobrazení mezičasů první dvě číslice displeje využity k identifikaci daného mezičasu. Je tedy zobrazeno číslo mezičasu, pomlčka a následuje samotný mezičas. Ukázka zobrazení je 3-10:83, kde číslo 3- znázorňuje pořadí mezičasu.

Takto je zobrazeno všech pět mezičasů. Koncové časy na terčích jsou zobrazeny celé a identifikace terče a jeho času je provedena svitem patřičné LED diody. Listování v uložených mezičasech je možné stále dokola až do doby, kdy jsou stopky vynulovány, nebo dokud nedojde k výpadku napětí a tím resetu celého zařízení. Vynulování se provede opět tlačítkem START, které je nutné podržet sepnuté po delší dobu, cca 3 vteřiny. Vynulování je následně patrné na displeji a jeho průběh je shodný s inicializací zařízení.

Komunikace s počítačem

Zařízení je možné propojit s počítačem pro zobrazení naměřených hodnot a jejich pozdější analýzu. V současné době není k dispozici žádný program pro správu a editaci časů. Veškerou správu si musí provozovatel zajistit sám, a to vykopírováním patřičných dat, jejich uložením a zpracováním v dalších vhodných programech.

Propojení s PC je řešeno přes konektor Cannon 9 Female. Aby bylo možné zařízení a počítač propojit, je nutné, aby byl na počítači přístupný sériový port RS232, ideálně v provedení Cannon9M. Pokud je k dispozici pouze Cannon25, je možné použít běžně prodávanou redukci mezi těmito dvěma konektory. Pokud počítač není vybaven tímto rozhraním, lze dokoupit převodník z USB na RS232. Konektor pro propojení s počítačem je na zadní straně zařízení jako X6.

Aby mohl počítač data přijmout, je nutné na něm spustit patřičný program. Stopky jsou naprogramovány tak, aby příliš nezáleželo na programu v PC, nicméně jsou optimalizovány pro použití s programem Hyperterminál. Ten byl obsažen v systému Windows XP. Program je nutné nakonfigurovat tak, aby data přijímal správně. V dokumentaci najdete složku Nastavení komunikace s PC s ukázkou nastavení, ukázkovým záznamem Stopky.txt a konfiguračním souborem Stopky.ht. Pravděpodobně však bude nutné upravit komunikační port, protože každé PC to může mít trochu jinak.

Nyní několik ukázek nastavení. V prvním videu je ukázka instalace ovladače pro USB-RS232 převodník HL-340:

Další video názorně předvádí, jak zjistit port na PC, přes který bude PC komunikovat se stopkami:

Další video názorně předvádí nastavení programu Hyperterminál pro komunikaci se stopkami:

Možné chyby

Zařízení bylo konstruováno s maximálním ohledem na jednoduchost ovládání a jeho maximální bezpečnost při neodborném zacházení. Proto například nezáleží na polaritě napájecího napětí a zařízení může pracovat i na napětí střídavé. Samotný rozsah napájení je vcelku široký, a to 8-15 V.

Pravděpodobně nejčastější poruchou může být prasklá pojistka v důsledku zkratu někde na připojených periferiích. Lze použít pojistku 0,16 A až 0,400 A, tedy 160 mA až 400 mA, s vypínací charakteristikou F. Žádné další závady by snad nastat neměly.

Seznam součástek

Deska procesoru

Deska displeje

Dokumentace - aktualizováno 20.06.2015

No a na závěr si zde můžete stáhnout veškerou dokumentaci pro stavbu. Je zde i projekt pro Eagle a program pro procesor.

Změny

13.03.2015	Přidáno video s ukázkou instalace převodníku USB-RS232 HL-340.
14.03.2015	Aktualizována dokumentace, projekt Eagle, a aktualizován návod na webu.
20.06.2015	Aktualizován program stopek na verzi 1.21B, která již nevyžaduje v nastavení Hyperterminálu zapnutí odřádkování. Přidán také program, který nezobrazuje žádné mezičasy, pouze časy koncové.

Konfigurace

Opravy chyb

16.04.2013 - Opravena chyba s prvním koncovým časem. Aktuální verze programu je 1.2A a 1.2B. Další informace najdete v diskusi.

Prohlášení

Tato konstrukce je z mé hlavy, a proto není povoleno bez mého souhlasu přejímání na jiné stránky nebo komerční využití. Je povoleno pouze odkazovat na tento web a tuto konstrukci. Pro více informací mne stačí kontaktovat. Zároveň nepřebírám jakoukoli odpovědnost za chování zařízení a případné škody způsobené použitím tohoto zařízení, ať by byly jakéhokoli rázu. Zařízení je určeno pouze k užití pro vlastní potřebu.

V této konstrukci je použit program mikrokontroleru, na který se vztahují autorská práva. Na program je udělena zdarma licence pro užití pro vlastní potřebu. Jakýkoli prodej není bez souhlasu autora možný. Protože nejsem autorem tohoto programu, je zde program uveřejněn se souhlasem jeho autora Botase.