Описание

Стенд предназначен для проведения лабораторно-практических работ для студентов высших, средних и профессионально-технических учебных заведений с целью получения знаний, опыта и навыков работы с устройствами в микроконтроллерных и промышленных сетях по интерфейсам RS 485 и RS 422. Стенд позволяет повысить опыт в программировании микроконтроллеров, пополнить знания в языках программирования C, C++ и Assembler, на практике изучить физические принципы передачи данных через изучаемые интерфейсы, а так же получить знания и опыт работы с протоколами MODBUS ASCII и MODBUS RTU. Во время лабораторных работ изучается влияние различных параметров на передачу данных по интерфейсам и потребление тока линией связи. Во время написания программ для микроконтроллера повышается не только уровень знания языков программирования, но и знания в области работы с периферийными устройствами.

Рисунок 1. Внешний вид стенда

Состав:

1. Моноблок (1 шт.)
   • Персональный компьютер
   • Блок микроконтроллера
   • Блок периферии RS-422 и RS-485
   • Блок связи
   • Блок анализаторов
2. Соединительные, приборные провода (20 шт.)
3. Комплект учебно-методических пособий (2 шт.)
4. Программное обеспечение (1 компакт-диск)

Функциональность стенда и его структура
Особенностью исполнения данного стенда является конструкция в виде моноблока со встроенным персональным компьютером. Это позволяет экономить пространство при размещении стенда и избавляет от излишка проводов для подключения модулей. Выводы материнской платы ПК доступны на задней панели корпуса. На ПК установлена операционная система Windows.
Специально для стенда разработан комплект учебно-методических пособий, которые помогут изучить интерфейсы RS-485/RS-422 как в теории, так и на практике, а также помогут с легкостью разобраться в работе стенда. Комплект учебно-методических пособий состоит из трёх руководств: теоретическое, управление стендом и лабораторный практикум. В теоретическом руководстве даётся описание основных моментов программирования микроконтроллера, теоретический материал по интерфейсам RS-485 и RS-422, а так же основные знания по протоколам MODBUS RTU и MODBUS ASCII, которые будут изучаться в рамках данного стенда. Руководство по управлению описывает принципы работы с каждым узлом стенда и как применить полученные знания в теории на реальном оборудовании. В конечном итоге в рамках лабораторного практикума закрепляются знания, полученные от теоретического материала, – студенты создают и настраивают сеть на изучаемых интерфейсах, используя различные протоколы и оборудование.

Рисунок 2. Внешний вид моноблока

Рисунок 3. Вид задней панели корпуса моноблока

Блок микроконтроллера
Модуль предназначен для изучения микроконтроллера и синхронных/асинхронных приемопередатчиков USART в составе микропроцессорных систем. Модуль представлен следующими функциональными частями:

• Микроконтроллер ATmega32, с программатором для программирования микроконтроллера через интерфейс SPI (1 шт.)
• Жидкокристаллический двухстрочный цифробуквенный дисплей (1 шт.)
• Семисегментный индикатор (1 шт.)
• Светодиоды для индикации логических уровней (8 шт.)
• Потенциометр для генерации аналоговых сигналов (1 шт.)
• Генератор импульсов на 50 Гц (1 шт.)
• Фильтры низких частот (2 шт.)
• 10-канальный генератор логических уровней (1 шт.)

Блок периферии RS-422 и RS-485
Модуль предназначен для изучения устройств с интерфейсами RS 422 и RS-485, с протоколами MODBUS ASCII, MODBUS RTU и другими протоколами. Модуль представлен следующими функциональными частями:

• Ультразвуковой дальномер с интерфейсом RS-485 (1 шт.)
• Сервопривод с интерфейсом RS-485 и протоколом MODBUS RTU (1 шт.)
• Датчик освещенности с интерфейсом RS-422 и протоколом MODBUS ASCII (1 шт.)
• Датчик температуры с интерфейсом RS-422 и семисегментным индикатором температуры (1 шт.)
• Резисторы защитного смещения (5 шт.)
• Резисторы согласования линии (4 шт.)
• Блок имитации шины RS-485/RS-422 с индикацией активности линий (1 шт.)

Блок связи
Модуль предназначен для реализации интерфейса RS-485 и RS-422 в микропроцессорных системах и промышленных сетях. Модуль представлен следующими функциональными частями:

• Виртуальный COM-порт (1 шт.)
• Миллиамперметр (1 шт.)
• Транслятор уровней RS-485-ТТЛ (2 шт.)
• Светодиоды различного цвета (2 шт.)
• Кнопочные переключатели (2 шт.)

Блок анализаторов
Модуль предназначен для снятия логических временных диаграмм и для визуализации обмена на шине при помощи специализированного анализатора трафика RS-485/RS-422. Модуль представлен следующими функциональными частями:

• 16-и канальный логический анализатор (1 шт.)
• Цифровой двухканальный осциллограф (1 шт.)
• Транслятор уровней RS-485-ТТЛ (2 шт.)
• Анализатор трафика RS-485/RS-422 (1 шт.)

Все блоки стенда можно коммутировать между собой приборными проводами.

Перечень лабораторных работ

1. Знакомство с аппаратным обеспечением стенда. Знакомство с ПО программирования микроконтроллера и с ПО логического анализатора.
2. Изучение микроконтроллера с поддержкой аппаратного интерфейса UART: обмен информацией между микроконтроллером и ПК, снятие временных диаграмм.
3. Изучение физических принципов передачи информации в RS-485 сетях: влияние защитных резисторов и терминаторов на прием и передачу;
4. Отличие интерфейсов RS-485 и RS-422, работа микроконтроллера в полудуплексных и полнодуплексных сетях.
5. Изучение датчика температуры: режимы работы, протокол обмена. Обмен данными между датчиком и микроконтроллером.
6. Изучение датчика расстояния: режимы работы, протокол обмена. Обмен данными между датчиком и персональным компьютером.
7. Протокол MODBUS ASCII. Изучение датчика освещенности: режимы работы, протокол обмена. Обмен данными между датчиком и персональным компьютером.
8. Протокол MODBUS RTU. Изучение сервопривода: режимы работы, протокол обмена. Управление сервоприводом с помощью протокола MODBUS.

Характеристики

• Напряжение электропитания, В 220
• Частота питающего напряжения, Гц 50
• Диапазон рабочих температур, ºС +10 … +40
• Габаритные размеры, ШхВхГ, мм 410 х 357 х 168
• Количество мест для обучаемых 3