Прикручивание к лазерной рулетке интерфейса rs232

А. ФИЛАТОВ, г. Таганрог Ростовской обл.
Включению в состав компьютеризированных систем управления и контроля многих распространенных измерительных приборов часто мешает отсутствие в таких приборах цифрового интерфейса, позволяющего передавать результаты измерения в компьютер и получать от него команды. Автор предлагаемой статьи рассказывает, как оборудовать цифровым интерфейсом портативный лазерный дальномер.
Измерение расстояний — была и есть важная задача на производстве и в быту. В последнее время большое распространение получили бесконтактные измерители сравнительно небольших дистанций. Эти приборы представлены в основном двумя видами: ультразвуковыми и лазерными. Ультразвуковые дальномеры отличаются невысокой стоимостью, но при этом имеют худшую точность измерения и меньшую максимальную измеряемую дистанцию. Лазерные дальномеры позволяют измерять дистанции до 200 м с погрешностью в единицы миллиметров. Более высокая точность и тенденция к снижению цены выводят их на первый план.

Лазерный дальномер часто называют "лазерной рулеткой", потому что он фактически заменил традиционную рулетку во многих отраслях производства. Вычисление площади и объема, сложение и вычитание результатов нескольких измерений — эти функции лазерного прибора стали привычными. Многие модели могут, используя теорему Пифагора, вычислить длину недоступного отрезка по результатам измерения расстояний от дальномера до его концов.

​

Как правило, для большинства применений вполне хватает функций, заложенных в самой недорогой "рулетке", рассчитанной только на визуальное считывание результата измерения. Однако передать результат в компьютер для дальнейшего использования способны лишь дорогие модели Например, лазерные дальномеры DLS-A15 и DLS-A30 фирмы Dimetix оборудованы промышленным проводным интерфейсом RS-422, а приборы Leica DISTO D8 и Bosh DLE 150 connect — беспроводным интерфейсом Bluetooth. Однако дистанционное управление дальномерами с беспроводным интерфейсом, как правило, не предусмотрено, а компьютер ^южет принимать передаваемую ими информацию только с помощью специального программного обеспечения.
Основное препятствие к широкому применению дальномеров промышленного производства с цифровым интерфейсом — высокая цена. Таким образом, актуальна задача оснащения недорогой "лазерной рулетки" интерфейсом, позволяющим дистанционно управлять ею и передавать результаты измерения удаленным потребителям (компьютерам, контроллерам различных механизмов).
В качестве объектов доработки были : - : «-ютрены два дальномера: EcoDist и Infiniter 80. Анализ их устройства показал, что проще всего получить сведения об измеренной дистанции, используя информацию, посылаемую электронным блоком дальномера на индикатор для отображения. В дальномере EcoDist применяется символьный ЖКИ, считать информацию с которого затруднительно в связи с большим числом необходимых для этого точек подключения. Графический индикатор дальномера Infiniter 80 получает информацию по четырехпроводному последовательному интерфейсу. Поэтому для оборудования цифровым интерфейсом был выбран именно этот дальномер, внешний вид которого изображен на фото рис. 1.
Согласно поставленной задаче по интерфейсу дальномеру должна поступить команда выполнить измерение дистанции, а он — по запросу сообщить результат последнего измерения. Было решено использовать физические интерфейсы RS-485 и RS-232, а программно — частично реализовать протокол DCON.
ЖКИ дальномера Infiniter 80 имеет экран 132x65 пкс и выполнен по технологии COG (Controller On Glass) — микросхема его встроенного контроллера помещена непосредственно на стеклянный корпус собственно индикатора. Несмотря на отсутствие какой-либо маркировки, сопоставив число входных/ выходных линий контроллера, разрешение индикатора, его физические размеры и другие факторы, все-таки удалось определить тип контроллера как S6B1713 фирмы Samsung.
В нем имеются параллельный и последовательный интерфейсы. В дальномере использован последовательный, временные диаграммы сигналов на линиях которого показаны на рис. 2. Сигнал CS активирует интерфейс, по линии DATA происходит передача информации последовательным кодом, CLK — тактовые импульсы, в зависимости от уровня на линии RS контроллер воспринимает передаваемую информацию либо как интерфейсную команду, либо как информацию для вывода на табло индикатора
ЖКИ соединен с разъемом на плате дальномера гибким 18-проводным плоским кабелем. Чтобы "подслушать" информацию, получаемую индикатором, необходимо подключиться параллельно к контактам 1 (CS), 3 (RS), 4 (CLK) и 5 (DATA) этого разъема, проанализировать передаваемые сигналы и выделить из информационного потока сведения, относящиеся к результату измерения дистанции.
Экранная память рассматриваемого ЖКИ имеет страничную структуру, причем к каждой из девяти страниц можно обращаться независимо. Выяснилось, что информация об измеренной дистанции находится на страницах с пятой по седьмую. Форма выводимых на индикатор цифр показана на рис. 3. Их изображения построены по электронным фотографиям экрана.
Хотя каждая цифра размещается на трех страницах экранной памяти ЖКИ, для однозначной идентификации оказалось достаточным анализировать только информацию, направляемую на шестую страницу. Соответствующие кодовые последовательности представлены шестнадцатеричными числами в нижней части рисунка. Исключение — десятичная точка; ее образ целиком умещается на седьмой странице экранной памяти, так что приходится анализировать и ее.
Пример информационного потока, поступающего в контроллер ЖКИ, показан на рис. 4. Анализ его выделенных

​

на рисунке фрагментов, начинающихся байтами ОхВб и 0хВ7, свидетельствует, что на индикатор выводится число 1,355.
В результате изучения особенностей индикатора был принят следующий алгоритм идентификации цифр: после обнаружения в потоке байта-адреса страницы принимаются следующие за ним 14 байтов Эта последовательность сравнивается с подготовленными заранее шаблонами цифр. При совпадении опознанная цифра направляется на дальнейшую обработку. Эту процедуру следует выполнять всякий раз после получения дальномером команды выполнить измерение.
Для анализа информации, поступающей на индикатор, передачи его результата по цифровому интерфейсу и приема команд разработана приставка к дальномеру, схема которой показана на рис. 5. Микроконтроллер ATmega48-20PU (DD1) имеет встроенный контроллер последовательного интерфейса SPI, который удобно использовать для обработки сигналов, снимаемых с ЖКИ дальномера. Эти сигналы поступают в приставку по гибкому плоскому кабелю.
Предусмотрена полная гальваническая развязка цепей интерфейса RS-232 от микроконтроллера приставки и дальномера. Для этого между микроконтроллером DD1 и драйвером интерфейса RS-232 DA4 включена микросхема гальванической развязки DA2, имеющая два канала, передающих сигналы в противоположных направлениях. Питание драйвера и соединенной с ним части микросхемы DA2 напряжением 5 В производится через изолирующий преобразователь DC/DC DA3.
При необходимости организовать в приставке интерфейс RS-485 в нее нужно добавить еще две микросхемы согласно схеме, изображенной на рис. 6. Микросхема ADUM1200ARZ (DA5) отличается от ADUM1201ARZ (DA2) только тем, что оба ее канала передают сигналы в одном направлении. В данном случае это сигналы управления приемником и передатчиком драйвера интерфейса RS-485 ADM485 (DA6). Гальваническая развязка информационных сигналов и питания микросхемы DA6 производится теми же средствами, что и для микросхемы DA4. Если интерфейсом RS-232 пользоваться не предполагается, микросхему DA4, конденсаторы С9—С12 и разъем ХРЗ в приставку можно не устанавливать.
Лазерный дальномер Infiniter 80 при автономной работе питается от двух гальванических элементов типоразмера АА. Однако в нем имеется импульсный преобразователь, повышающий напряжение питания до 5 В. Это дает возможность отказаться от автономного питания, подав напряжение +5 В от приставки непосредственно на выход импульсного преобразователя. Дальномер потребляет в среднем 80 мА, причем во время измерения дистанции потребляемый ток достигает 700...800 мА.
Для дистанционного управления дальномером (включение, выключение, запуск цикла измерения) необходимо подключится к его кнопкам. Провод POW подключают к среднему контакту кнопки "ON/OFF", а провода МС и ME — к контактам кнопки "Measure". Лучше всего впаивать соединительные провода в переходные отверстия на плате дальномера, связанные с нужными контактами. Провода +5 В и Общ. припаивают к соответствующим печатным проводникам.
Все принимаемые и передаваемые приставкой сообщения представляют собой символьные последовательности в коде ASCII. Это позволяет использовать для налаживания и проверки устройства любую компьютерную терминальную программу, работающую с последовательным портом. Предусмотрено всего четыре команды: запуск цикла измерения, запрос передачи измеренного значения, задание конфигурации, запрос имени устройства.
Дальномер вместе с подключенной к нему приставкой помещаются в прочный металлический корпус с отверстием для прохода лазерного луча и интерфейсными разъемами. Проверка этой инструкции показала ее устойчивую работу и достаточно высокую стабильность показаний. Было испытано тридцать экземпляров дальномера и установлено, что точность измерений соответствует заявленной производителем. Общие затраты на простой дальномер и его доработку оказались значительно меньше стоимости готового прибора, оснащенного подобным интерфейсом.
От редакции
Программа микроконтроллера находится на нашем FTP-сервере по адресу <ftp://ftp.radio.ru/pub/2011/04/laser.zip>
Оригинал статьи здесь.
По средством rs232 можно легко подключить модуль bluetooth, и управлять лазерной рулеткой с помощью телефона.