Лабораторный стенд по измерениям. Первые лабораторные
Итак, пора разобрать первые две лабораторные работы. Я их уже проводил на макете, в принципе, все студенты справились. Ну, первая вообще элементарная. Вторая чуть посложнее, но при понимании дела все быстро выполнялось.
Перед началом выполнения лабораторной работы я рассказываю как с помощью можно выполять измерения сопротивления цепи, а также рассказываю о режиме «прозвонки» цепи. Эти же сведения более подробно указаны в методических указаниях к лабораторной работе. Цели работы - научиться выполнять измерения сопротивления и «прозвонку».
Передняя панель стенда, лабораторные по измерению сопротивлений и прозвонке
Первое задание - есть 4 линии (на рисунке обозначены Л1, Л2, Л3, Л4), исходящие из одной центральной точки. Соответственно, на передней панели стенда 5 клемм. Одна из этих линий повреждена (разрыв цепи). Задача студента - с помощью режима «прозвонки» определить какая именно.
Разберем как задание устроено внутри. На каждой из эти линий Л1-Л4 висит по реле, которые в штатном режиме замкнуты. По команде микроконтроллера (uC), одно из этих реле разрывает цепь. Соответственно, у этого задания есть 4 варианта. Их можно закодировать 2мя битами, которые формируют номер варианта (количество этих бит всего для стенда будем подсчитывать с каждой лабораторной работой, сейчас их стало 2).
Как видите, задание элементарное. Собственно, все студенты, кто делал эту лабораторную выполняли ее за пять секунд. Но тренировка уже есть, поскольку мультиметр-то выдается с отключенными щупами и с неправильно выставленным режимом измерения.
Следующая лабораторная уже сложнее. Причем сложнее в понимании того, что же требуется от студента. Попробуем разобраться.
Задание: внутри стенда собрана «двойная звезда» (схема на рисунке). Номиналы сопротивлений известны (вот тут еще вопрос стоит, получится ли эта лабораторная, если еще сделать номиналы неизвестными, но одинаковыми, например, либо все по 20 кОм, либо все по 40 кОм). У схемы есть 7 точек подключения, которые тоже отмечены на рисунке. Вот эти 7 точек выводятся на переднюю панель стенда в виде клемм К1-К7. Только неизвестно в каком порядке. Задача студента - провести «цоколевку» схемы, то есть поставить в соответствие название клемм К1-К7 и точек на схеме. Звучит сложновато, но после того, как студент понимал, что от него хотят - «цоколевка» проводилась меньше, чем за минуту.
Теперь рассмотрим внутренности стенда. Тут уже запутаннее, чем в первой работе. За предоставленную схему я благодарю Апкаряна Арсена, он ее сделал.
Схема к лабораторной по прозвонке цепей
Схема к лабораторной работе по цоколевке
Схема состоит из двух каскадов реле, цель каждого каскада - запутать провода. То есть каждая точка соединения на «звезде» может быть подключена к четырем точкам на передней панели стенда (за исключением двух точек соединения, они всего к двум могут быть подключены, но это не настолько важно). Контроллер выставляет сигнал на 6 линиях, тем самым переключая реле и запутывая провода. Таким образом, при установке задания возможны 26=64 варианта. А вот сколько реально вариантов там возникает - у меня мозгов не хватает подсчитать. Ведь если развернуть «звезду» на 120 градусов, мы получаем ту же самую картинку. В результате получаем число «эффективных» вариантов в три раза меньше. Но есть подозрение, что на самом деле их еще меньше. Кто-нибудь может подсказать? Пока будем считать что для задания схемы нужно 6 бит (то есть общее количество бит для стенда уже равно 8). Когда дойду до программной реализации, рассчитаем точное количество необходимых бит.
Теперь пора поговорить о защитах. Для этого надо придумать все возможные способы, как эти схемы могут быть выведены из строя. Для первой схемы вариант повреждения я вижу только один - если кто-то умудриться пропустит по линиям запредельный для реле ток (например, зажимы Л1 и Л3 подключить прямо в розетку). Вот сюда надо вставлять предохранители. Плавкие - надежно, но одноразово. Самовосстанавливающиеся - насколько мне известно, они только на малые напряжения, а тут надо на 311 пиковое рассчитывать. Судя по всему, надо будет собирать электронный предохранитель на полевом транзисторе. Кто-нибудь встречал подходящие схемы? Пока посчитаю, что задание будет кодироваться 6 битами, но их число будет уменьшено (итого получается 8 бит для стенда целиком).
Вариант повреждения второй схемы другой. При подключении к двум любым клеммам большого напряжения через сопротивления начинает протекать большой ток. Вот эти сопротивления должны быть такого номинала и мощности, чтобы выдержали все те же пиковые 311 вольт. Расчеты показывают, что достаточно 20 кОм при мощности 5 Вт. Это вполне приемлемо. Причем эти же сопротивления ограничивают ток через реле (порядка 16 мА), так что тут все в ажуре.
Если кто потратит свое драгоценное время на осуждение моих вариантов лабораторных - с удовольствием выслушаю в комментариях. Итак, остались открытыми следующие вопросы:
Понятно ли что я хочу от студентов? Есть другие варианты? Может, надо усложнить?
Во второй работе реально ли сделать сопротивления неизвестными для студента, чтобы он определил их номинал (номиналы для всех резисторов одинаковые)?
Какое количество вариантов реально существует во второй лабораторной?
