Многофункциональный модульный программно-аппаратный комплекс Российский патент 2023 года по МПК G05B23/02 G01R31/319 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности, к многофункциональным модульным программно-аппаратным комплексам для тестирования электронных компонентов, функционирующих на базе объектов освещения с использованием профильного для них протокола DALI.

С развитием искусственного интеллекта все большее распространение в мире получают умные сети, такие как «умный дом», «умный город» и т.п. Построение таких сетей идет разными путями, один из которых -использование сетевой системы управления освещением с использованием профильного для нее протокола DALI, к преимуществам которой следует отнести собственно ее наличие практически повсеместно (нет необходимости создавать сеть заново), весьма широкую и плотную разветвленность, удобство размещения соответствующих электронных компонентов (датчиков, исполнительных устройств и т.п.) на опорах, кронштейнах, панелях и т.п. освещения, ее надежность и помехозащищенность. К таким электронным компонентам с интерфейсом DALI можно отнести, включая, но не ограничиваясь, технические решения, описанные в патентах US №11197360 B1, RU№211197 U1, RU №211278 U1, RU №211313 U1, RU №211317 U1, RU №211609 U1, RU №211749 U1, RU №212961 U1, RU №212962 U1, RU №214915 U1 и др. Сетевая структура подразумевает серийный выпуск таких электронных компонентов, что, в свою очередь, предъявляет определенные требования к наличию и эксплуатационно-техническим характеристикам соответствующей контрольно-измерительной техники.

Известен многофункциональный модульный программно-аппаратный комплекс для тестирования электронных компонентов, содержащий модульную тестовую установку (МТУ), состоящую из модулей источников питания, модулей переключателей, модулей выдачи и модулей приема аналоговых и цифровых сигналов, подключенных к внутренней шине МТУ, встроенную ЭВМ, управляющую модулями по внутренней шине МТУ, и тестируемое изделие, снабженный интерфейсным модулем с аппаратно-программным комплексом согласования МТУ и тестируемого изделия, причем интерфейсный модуль содержит первую группу стандартных разъемов для подключения к модулям МТУ и вторую группу стандартных и нестандартных разъемов для подключения к тестируемому изделию, при этом входы и выходы модулей МТУ соединены кабелями с входами и выходами с помощью стандартных разъемов первой группы интерфейсного модуля, а тестируемое изделие при помощи стандартных и нестандартных разъемов и кабелей подсоединено ко входам и выходам второй группы интерфейсного модуля (патент РФ №2447475 С1, опубликован 10.04.2012).

К недостаткам известного аналога следует отнести весьма высокую сложность его реализации и ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные невозможностью использования для тестирования электронных компонентов с интерфейсом DALI.

Наиболее близким к заявленному - прототипом - является многофункциональный модульный программно-аппаратный комплекс, содержащий функционально соединенные между собой с возможностью тестирования электроники испытательный модуль с последовательным интерфейсом, шину управления испытываемой электроники, блоки питания компонентов программно-аппаратного комплекса и испытываемой электроники и управляющий компьютер с функциональными программными модулями и сетевым интерфейсом для взаимодействия с испытательным модулем и испытываемой электроникой (патент US №10247781 В2, зарегистрирован 02.04.2019).

Прототип прост в реализации, но обладает существенным недостатком - ограниченными эксплуатационными возможностями, обусловленными невозможностью его использования для тестирования электроники с интерфейсом DALI.

Проблема, решаемая заявленным техническим решением - устранение выявленных недостатков.

Технический результат - расширение эксплуатационных возможностей.

Выявленная проблема решается, а заявленный технический результат достигается тем, что многофункциональный модульный программно-аппаратный комплекс, содержащий функционально соединенные между собой с возможностью тестирования электроники испытательный модуль с последовательным интерфейсом, шину управления испытываемой электроники, блоки питания компонентов программно-аппаратного комплекса и испытываемой электроники и управляющий компьютер с функциональными программными модулями и сетевым интерфейсом для взаимодействия с испытательным модулем и испытываемой электроникой, снабжен контроллером с сетевыми и последовательным интерфейсными портами ввода/вывода, последовательный интерфейс испытательного модуля соединен с соответствующим портом контроллера, первый интерфейсный сетевой порт контроллера соединен с соответствующим портом управляющего компьютера, а шина управления испытываемой электроники выполнена в виде интерфейсной шины DALI, включающей положительный провод DALI+, соединенный с положительным проводом блока питания шины DALI через генератор стабильного тока, отрицательный провод DALI-, совместно с отрицательными проводами блока питания шины DALI и блока питания испытываемой электроники объединенный с схемной землей, и снабженной входным компаратором напряжения и выходным транзисторным ключом, причем компаратор напряжения оснащен формирователем опорного напряжения, выполненным в виде пары последовательно соединенных резисторов, контакт между которыми соединен с прямым входом компаратора напряжения, а противоположные контакты соединены соответственно с положительным проводом блока питания шины DALI и схемной землей, инверсным входом соединен с проводом DALI+ и выходом соединен с входом второго сетевого порта контроллера, а выходной транзисторный ключ выполнен в виде полевого транзистора n-типа, сток которого соединен с проводом DALI+, исток соединен с схемной землей, а затвор соединен с выходом второго сетевого порта контроллера.

Заявленное техническое решение иллюстрируется изображением, на котором представлена схема многофункционального модульного программно-аппаратного комплекса.

Цифровые позиции на представленном изображении обозначают следующее:

1 - испытательный модуль;

2 - последовательный интерфейс (RS-485);

3 - шина управления испытываемой электроникой;

4 - управляющий компьютер;

5 - сетевой интерфейс (Ethernet);

6 - испытываемые датчики с интерфейсом DALI;

7 - контроллер;

8 - второй интерфейсный сетевой порт контроллера;

9 - блок питания шины DALI;

10 - блок питания испытываемой электроники;

11 - генератор стабильного тока;

12 - компаратор напряжения;

13 - транзисторный ключ;

14 - резистор;

15 - резистор.

В соответствии с заявленным техническим решением, многофункциональный модульный программно-аппаратный комплекс содержит функционально соединенные между собой с возможностью тестирования электроники испытательный модуль 1 с последовательным интерфейсом 2 (например, RS-232, RS-485 и т.п.), шину управления испытываемой электроникой 3, блоки питания компонентов программно-аппаратного комплекса и испытываемой электроники и управляющий компьютер 4 с функциональными программными модулями и сетевым интерфейсом 5 (например, Ethernet, USB и т.п.) для взаимодействия с испытательным модулем 1 и испытываемой электроникой (например, датчики 6 с интерфейсом DALI), снабжен контроллером 7 с сетевыми и последовательным интерфейсными портами ввода/вывода, последовательный интерфейс 2 испытательного модуля 1 соединен с соответствующим портом контроллера 7, первый интерфейсный сетевой порт контроллера 7 соединен с соответствующим портом управляющего компьютера 4, а шина 3 управления испытываемой электроникой - датчиками 6 - выполнена в виде интерфейсной шины DALI, включающей положительный провод DALI+, соединенный с положительным проводом блока питания 9 шины DALI через генератор стабильного тока 11, отрицательный провод DALI-, совместно с отрицательными проводами блока питания 9 шины DALI и блока питания 10 испытываемой электроники объединенный с схемной землей, и снабженной входным компаратором напряжения 12 и выходным транзисторным ключом 13, причем компаратор напряжения 12 оснащен формирователем опорного напряжения, выполненным в виде пары последовательно соединенных резисторов 14 и 15, контакт между которыми соединен с прямым входом компаратора напряжения 12, а противоположные контакты соединены соответственно с положительным проводом блока питания 9 шины DALI и схемной землей, инверсным входом соединен с проводом DALI+ и выходом соединен с входом (DALI Rx) второго сетевого порта 8 контроллера 7, а выходной транзисторный ключ 13 выполнен в виде полевого транзистора n-типа, сток которого соединен с проводом DALI+, исток соединен с схемной землей, а затвор соединен с выходом (DALI Тх) второго сетевого порта 8 контроллера 7. Так же отметим, что представленные на изображении испытательный модуль 1, управляющий компьютер 4, компаратор напряжения 12, контроллер 7 и, при наличии, иные компоненты многофункционального модульного программно-аппаратного комплекса, оснащены собственными источниками питания стандартного подключения (на изображении не показаны).

Заявленный многофункциональный модульный программно-аппаратный комплекс работает следующим образом.

В испытательный модуль 1, представленный в рамках одного из воплощений заявленного технического решения климатической камерой, помещали испытываемую электронику - датчики 6 с интерфейсом DALI (измерители температуры, влажности и давления). Упомянутые датчики подключались к шине 3 управления испытываемой электроникой и блоку питания испытываемой электроники 10 в соответствии с представленным изображением посредством стандартных для DALI разъемов Jaga. Посредством программных модулей, установленных на управляющем компьютере 4, на испытательный модуль 1 через сетевой интерфейс 5 (использовался интерфейс Ethernet), контроллер 7 и далее через последовательный интерфейс 2 (использовался интерфейс RS-485) подаются команды формирования в испытательном модуле 1 (климатической камере) различных тестовых режимов температуры, давления и влажности. Одновременно управляющий компьютер 4 через сетевой интерфейс 5 (использовался интерфейс Ethernet), контроллер 7 и далее через шину 3 опрашивает тестируемые датчики DALI, оценивает работоспособность и корректность их показаний и, при необходимости, осуществляет их корректирующую настройку. Напомним, что интерфейс DALI представляет собой двунаправленный двухпроводный цифровой интерфейс, ориентированный для преимущественного использования в осветительной технике. DALI провода (DALI+ и DALI-) запитываются извне источником питания 12 - 22 В с функцией ограничения тока (посредством введенного генератора стабильного тока 11), нормированного по величине в пределах, оговоренных в стандарте (0,25 А). По DALI проводам (DALI+ и DALI-) между контроллером 7 и каждым тестируемым датчиком 6 с интерфейсом DALI (испытываемая электроника) двунаправленно передаются битовые потоки данных. В свою очередь тестируемый датчик 6 с интерфейсом DALI измеряет соответствующие параметры, сформированные в испытательной камере 1 и передает измеренные данные по запросу управляющего компьютера 4 через контроллер 7. Сам тестируемый датчик при этом работает под управлением контроллера 7 в соответствии с командами (кодом), передаваемыми по шине DALI посредством входного компаратора напряжения 12 и передавая на контроллер 7 данные об измеренных параметрах посредством выходного транзисторного ключа 13. Как указывалось выше, выходной транзисторный ключ 13 выполнен в виде полевого транзистора n-типа. При поступлении на затвор транзистора с интерфейсного выхода контроллера 7 (DALI Тх) высокого уровня, ключ 13 (транзистор) открывается и замыкает провод DALI+ на схемную землю, формируя низкий уровень на шине DALI. Поскольку источник питания шины DALI, как указывалось выше, имеет нормированное ограничение по току, то ток, протекающий через транзистор (ключ 13), также нормирован по величине. При поступлении на затвор транзистора (ключа 13) с интерфейсного выхода контроллера 7 (DALI Тх) низкого уровня, транзистор (ключ 13) закрывается и размыкает провода DALI+ и схемную землю, на шине DALI формируется высокий уровень. Соответственно, последовательность высоких и низких уровней (битов) образует последовательный двоичный код. Сам битовый поток формируется контроллером 7.

Входной компаратор напряжения 12 принимает сигналы с каждого тестируемого датчика 6 с интерфейсом DALI (испытываемая электроника) по шине DALI. При этом на прямом входе компаратора напряжения 12, как указывалось выше, формируется опорное напряжение. При уровне на проводе DALI+ напряжения ниже опорного, компаратор напряжения 12 формирует на выходе и передает на интерфейсный вход контроллера 7 (DALI Rx) высокий уровень, при уровне на проводе DALI+ напряжения выше опорного, компаратор напряжения 12 формирует на выходе и передает на интерфейсный вход контроллера 7 (DALI Rx) низкий уровень. Обработка принимаемого битового потока так же осуществляется контроллером 7.

Отметим, что количество тестируемых датчиков 6 с интерфейсом DALI, подключаемых к шине DALI описанным выше образом, может составлять до десяти и более в зависимости от нагрузочной способности шины DALI. Кроме того, наличие в контроллере 7 нескольких интерфейсных сетевых портов позволит подключить соответствующее количество сформированных описанным выше образом шин DALI с соответствующим количеством тестируемых датчиков 6 через соответствующие интерфейсные входы (DALI Rx) и выходы (DALI Тх) контроллера 7, что кратно повысит эксплуатационные возможности заявленного многофункционального модульного программно-аппаратного комплекса, при этом все шины DALI подключаются к общему блоку питания 9 через клеммы V+ и V- последнего, а генератор стабильного тока 11 при таком исполнении у каждой шины DALI индивидуальный.

Проведенные натурные эксперименты и результаты компьютерного моделирования показали, что сформированный заявленным образом многофункциональный модульный программно-аппаратный комплекс позволяет в полной мере осуществлять тестирование, а при необходимости -корректировать настроечные параметры испытываемой электроники, использующей интерфейс DALI, обеспечивая требуемое качество измерений и/или настроек.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что выявленная проблема решена, а заявленный технический результат - расширение эксплуатационных возможностей - достигнут.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к многофункциональным модульным программно-аппаратным комплексам для тестирования электронных компонентов, функционирующих на базе объектов освещения с использованием профильного для них протокола DALI. Многофункциональный модульный программно-аппаратный комплекс содержит функционально соединенные между собой испытательный модуль с последовательным интерфейсом, шину управления испытываемой электроникой, блоки питания и сетевым интерфейсом, снабжен контроллером с сетевыми и последовательным интерфейсными портами ввода/вывода, последовательный интерфейс испытательного модуля соединен с соответствующим портом контроллера, первый интерфейсный сетевой порт контроллера соединен с соответствующим портом управляющего компьютера, а шина управления испытываемой электроникой выполнена в виде интерфейсной шины DALI, включающей положительный провод DALI+, соединенный с положительным проводом блока питания шины DALI через генератор стабильного тока, отрицательный провод DALI-, совместно с отрицательными проводами блока питания и блока питания испытываемой электроники, объединенный с схемной землей, и снабженной входным компаратором напряжения и выходным транзисторным ключом, причем компаратор напряжения оснащен формирователем опорного напряжения, выполненным в виде пары последовательно соединенных резисторов, контакт между которыми соединен с прямым входом компаратора напряжения, а противоположные контакты соединены соответственно с положительным проводом блока питания и схемной землей, инверсным входом соединен с проводом DALI+ и выходом соединен с входом второго сетевого порта контроллера, а выходной транзисторный ключ выполнен в виде полевого транзистора n-типа, сток которого соединен с проводом DALI+, исток соединен с схемной землей, а затвор соединен с выходом второго сетевого порта контроллера. Технический результат: расширение эксплуатационных возможностей. 1 ил.

Многофункциональный модульный программно-аппаратный комплекс, содержащий функционально соединенные между собой с возможностью тестирования электроники испытательный модуль с последовательным интерфейсом, шину управления испытываемой электроники, блоки питания компонентов программно-аппаратного комплекса и испытываемой электроники и управляющий компьютер с функциональными программными модулями и сетевым интерфейсом для взаимодействия с испытательным модулем и испытываемой электроникой, отличающийся тем, что он снабжен контроллером с сетевыми и последовательным интерфейсными портами ввода/вывода, последовательный интерфейс испытательного модуля соединен с соответствующим портом контроллера, первый сетевой порт контроллера соединен с соответствующим портом управляющего компьютера, а шина управления испытываемой электроники выполнена в виде интерфейсной шины DALI, включающей положительный провод DALI+, соединенный с положительным проводом блока питания шины DALI через генератор стабильного тока, отрицательный провод DALI-, совместно с отрицательными проводами блока питания шины DALI и блока питания испытываемой электроники объединенный с схемной землей, и снабженной входным компаратором напряжения и выходным транзисторным ключом, причем компаратор напряжения оснащен формирователем опорного напряжения, выполненным в виде пары последовательно соединенных резисторов, контакт между которыми соединен с прямым входом компаратора напряжения, а противоположные контакты соединены соответственно с положительным проводом блока питания шины DALI и схемной землей, инверсным входом соединен с проводом DALI+ и выходом соединен с входом второго сетевого порта контроллера, а выходной транзисторный ключ выполнен в виде полевого транзистора n-типа, сток которого соединен с проводом DALI+, исток соединен с схемной землей, а затвор соединен с выходом второго сетевого порта контроллера.