HALL2002

17Elektronika Praktyczna 4/2004

P R O J E K T Y

HALL2002Wydawa³oby siÍ, øe w†dobie

wspÛ³czesnych narzÍdzi, choÊbytakich jak Delphi, pisanie progra-mÛw jest ³atwe, szybkie i†przy-jemne. Poniek¹d†jest to prawda.W†ci¹gu jednego wieczoru moønanapisaÊ ma³y, prosty program, alejuø napisanie bardziej z³oøonegooprogramowania wymaga czasu,poza wiedz¹ i†doúwiadczeniemoczywiúcie. A†jak to mÛwi¹: czasto pieni¹dz. Dlatego teø oprogra-mowanie oferowane z†urz¹dzenia-mi peryferyjnymi, jeøeli w†ogÛlejest do³¹czone, to stanowi najczÍú-ciej uproszczone do maksimumwersje s³uø¹ce tylko do tes-tÛw†i†konfiguracji. Pozostaje za-tem samodzielne napisanie pro-gramu. I†znowu okazuje siÍ, øe tonie taka ³atwa sprawa. Co innegostworzyÊ prost¹ aplikacjÍ, a†coinnego duøy , wykoÒczonyw†szczegÛ³ach i†dobrze przetesto-wany program.

HALL2002 - zestawprogramÛw narzÍdziowychHALL2002 to prÛba rozwi¹za-

nia opisanego wyøej problemupoprzez oddanie w†rÍce uøytkow-nika kompletnego oprogramowa-nia, z†do³¹czonym mikrokontrole-rem do obs³ugi wejúÊ/wyjúÊ, prze-kazuj¹ce na niego wykonaniesprzÍtowych zadaÒ aplikacji. Pa-kiet programÛw narzÍdziowychpozwala na zbudowanie ekranuz†rÛønymi prze³¹cznikami, lamp-kami, wskaünikami. Do dyspozycjimamy przekaüniki czasowe, licz-niki, tabele alarmÛw, programato-ry czasowe i†inne urz¹dzenia lo-giczne. Aby wszystko to zebraÊw†ca³oúÊ i†tchn¹Ê w†to øycie, napotrzeby HALL-a powsta³ specjal-ny, prosty jÍzyk programowaniapodobny do jÍzykÛw†stosowanychw†sterownikach PLC.Moøna wiÍc powiedzieÊ øe

HALL jest swego rodzaju sterow-nikiem Soft-PLC. Sterownikiem,ktÛry moøna wykorzystaÊ do ste-rowania na przyk³ad prac¹ dyp-lomow¹ lub jakimiú urz¹dzeniamiw†domu. Pomimo swego amator-skiego charakteru, HALL2002 mo-øe znaleüÊ wiele zastosowaÒ pro-fesjonalnych. Oczywiúcie obowi¹-zuj¹ tu pewne ograniczenia - niewszystkim moøna bezpiecznie ste-

Przeszukuj¹c zasobyInternetu, moøna znaleüÊ

tysi¹ce urz¹dzeÒ peryferyjnychdo komputerÛw PC, bÍd¹cych

podstaw¹ dla dalszychkonstrukcji tak amatorskich,

jak i†profesjonalnych.Karty we/wy,

modu³y†mikroprocesorowe,rÛønego rodzaju przetwornikiitd., itp. Zawsze liczymy na

to, øe do opisywanychprojektÛw bÍdzie do³¹czoneoprogramowanie pozwalaj¹ce

na stworzenie pe³nej aplikacji,albo przynajmniej pomagaj¹cew†jej stworzeniu. Jednak taknie jest, najczÍúciej wszystkoco znajdziemy to kilka linii

kodu np. w†Pascalu.Rekomendacje: interesuj¹cenarzÍdzie dla mi³oúnikÛwautomatyki, stanowi¹ce

rozwi¹zanie poúrednie miÍdzydedykowanym systemem

mikroprocesorowyma†uniwersalnym sterownikiem

PLC. Zainteresuje zarÛwnoamatorÛw, jak

i†profesjonalistÛw.

rowaÊ za pomoc¹ komputera z†sys-temem Windows. Nie mniej HALLporadzi sobie ze sterowaniem wie-lu urz¹dzeÒ, choÊ do jego kuzyna- komputera HALL9000 steruj¹ce-go statkiem kosmicznym z†kulto-wego filmu Stanleya Kubricka -Odyseja kosmiczna 2001, trochÍmu brakuje.

ProcesorDo oprogramowania do³¹czony

jest procesor realizuj¹cy funkcjewe/wy, komunikuj¹cy siÍ z†kom-puterem poprzez ³¹cze szeregoweRS232. Procesor to popularny AT-MEL 89C51 oprogramowany tak,aby mÛg³†obs³uøyÊ osiem sygna-³Ûw wejúciowych, osiem wyjúcio-wych oraz jedn¹ uniwersaln¹ bra-mÍ mog¹c¹ pracowaÊ jako wejúcialub wyjúcia. Dodatkowo do dys-pozycji s¹ dwa wyjúcia PWM orazsygna³y steruj¹ce do ewentualne-go pod³¹czenia przetwornika ADC.Oczywiúcie jest teø uk³ad dopa-sowuj¹cy elektrycznie RS232 dostandardu PC, np. MAX232. Takprzygotowany procesor stanowipodstawÍ dla dowolnej konstruk-cji wykonanej przez uøytkownika.Obowi¹zuj¹ tu identyczne za-

sady jak przy tworzeniu dowolnejaplikacji z†tym procesorem. Jed-nym z†programÛw systemuHALL2002 jest program USCON-FIG.EXE, wspomagaj¹cy konfigu-racjÍ procesora (rys. 1). OprÛczwejúÊ/wyjúʆprocesora moøemyuøyÊ 8†wyjúÊ i†5†wejúÊ z†portuLPT. W†oprogramowanie wbudo-wano symulator wejúÊ/wyjúÊ po-zwalaj¹cy na uruchamianie i†tes-towanie projektÛw bez przygoto-wanego urz¹dzenia. Przyk³adowyschemat sterownika opartego naprocesorze HALL2002 przedstawiarys. 2. Brama wyjúciowa za po-úrednictwem uk³adu ULN2803 ste-ruje przekaünikami. Do bramywejúciowej pod³¹czono 8†wejúÊz†optoizolacj¹. Brama uniwersalnazosta³a uøyta do pod³¹czenia prze-twornika ADC0804. Procesor wy-stawia dwa sygna³y w†celu pod-³¹czenia przetwornika. Pierwszyz†nich (wyprowadzenie 14) to syg-na³ inicjuj¹cy przetwornik, a†dru-gi (wyprowadzenie 15) sterujemultiplekserem analogowym (tutaj4052). Jeøeli nie damy multiplek-

HALL2002

Elektronika Praktyczna 4/200418

sera, to obydwa wejúcia analogo-we bÍd¹ mia³y tak¹ sam¹ wartoúÊ.

Panel operatorskiPodstaw¹ systemu jest panel

operatorski, czyli okno, ktÛre bÍ-dzie widoczne po uruchomieniustworzonego przez uøytkownikaprojektu. Panel operatorski moønaskomponowaÊ z†wielu elementÛw,takich jak wirtualne diody LED,mierniki, przyciski, potencjomet-ry. Kaødy z†umieszczonych napanelu obiektÛw moøe zostaÊ po-wi¹zany ze zmiennymi. LEDìúwieciî, gdy bit przyporz¹dko-wanej mu zmiennej ma wartoúʆ1.Przestawienie ga³ki potencjometruzmienia wartoúÊ zmiennej przypo-rz¹dkowanej do tegoø potencjo-metru. Kaødy z†elementÛw moøebyÊ w†szerokim zakresie kszta³to-wany tak pod wzglÍdem jegowygl¹du, jak i†funkcjonalnoúci.Dla przyk³adu obiekt ìprzyciskîmoøe dzia³aÊ jak przycisk bista-

bilny lub monostabilny, wp³ywa-j¹cy na stan przyporz¹dkowanejzmiennej bitowej, moøe zwiÍkszaÊlub zmniejszaÊ wartoúÊ zmiennejtypu word lub moøna za jegopomoc¹ inicjowaÊ takie funkcjejak wy³¹czenie programu, otwie-ranie okien z†programatorami cza-sowymi, wykresami, alarmami itp.Moøna kszta³towaÊ wygl¹d†przy-cisku, kolor, gradient, tekst dlaprzyciúniÍtego i†puszczonego kla-wisza. T³em panelu operatorskie-go moøe byÊ dowolna grafika.Moøliwe jest podmienianie grafikw†zaleønoúci od stanu zmiennych,co pozwala na stworzenie atrak-cyjnie wygl¹daj¹cego panelu ope-ratorskiego. Nie jest to bez zna-czenia np. w†przypadku prac dyp-lomowych. Na rys. 3 widzimypanel jednego z†przyk³adowychprojektÛw, ktÛrego zadaniem jestzaprezentowanie moøliwoúci po-szczegÛlnych obiektÛw.

Urz¹dzenia logiczneDo dyspozycji mamy kilka go-

towych urz¹dzeÒ logicznych.Osiem przekaünikÛw czasowychmoøe pracowaÊ w†trybie opÛünie-nia za³¹czenia b¹dü opÛünieniawy³¹czenia. Osiem licznikÛw po-³¹czonych z†komparatorami moø-na wykorzystaÊ do odliczania zda-rzeÒ. Tablica alarmÛw to urz¹dze-

nie obs³uguj¹ce listÍ alarmÛw.Urz¹dzenie pozwala na przygoto-wanie oúmiu komunikatÛw†dopi-sywanych do listy alarmÛw pozmianie przyporz¹dkowanychzmiennych. Bez problemu moønaprzygotowaÊ np. rejestr z†wpisamio†otwarciu bramy wjazdowej,gdzie kaødy z†komunikatÛw opat-rzony bÍdzie dat¹ i†godzin¹. Jeøelichcemy, øeby urz¹dzenie wyda-wa³o düwiÍki, wystarczy wyko-rzystaÊ zmienne Wav0...Wav15.Dzia³aj¹ one tak, øe kaøde zboczenarastaj¹ce bitu WavX powodujeodtworzenie przyporz¹dkowanegopliku WAV. Jeúli chcemy zle-ciʆpodlewanie ogrÛdka np. wewtorek o†godzinie 16, to pomoøenam w†tym programator tygodnio-wy. Programator pozwala na do-pisanie dowolnej liczby poleceÒtypu [dzieÒ_tygodnia; godzina;nr_wyjúcia; za³¹cz(wy³¹cz)]. Jeúlijednak zapragniemy podlaÊ kwiat-ki za trzy godziny, to do dyspo-zycji mamy dwa timery wzorowa-

Rys. 1. Okno programuUSCONFIG.EXE

Rys. 2. Schemat elektryczny przykładowego sterownika

HALL2002

19Elektronika Praktyczna 4/2004

ne na starych poczciwych minut-nikach do jajek. Kontynuuj¹cogrÛdkowy w¹tek - gdybyúmychcieli, aby podczas podlewaniaklombu zrobi³a si͆na nim ma³adyskoteka, to w†sterowaniu lamppomoøe nam urz¹dzenie logicznezwane sekwencerem, przypomina-j¹ce dzia³aniem programator me-chaniczny - taki z†krzywkami.Dwie zmienne - np. temperaturyz†naszego przyk³adowego ogrÛdkapozyskane za poúrednictwem pod-³¹czonych przetwornikÛw ADCmoøemy wykreúliÊ na wykresietrendÛw.Ostatnim z†wbudowanych urz¹-

dzeÒ logicznych jest urz¹dzeniepozwalaj¹ce na uruchomienie ze-wnÍtrznych plikÛw. PlikÛw, a†nieprogramÛw! Skutek jego dzia³aniajest identyczny jak w†wyniku klik-niÍcia mysz¹ w†menedøerze Win-dows na dowolny plik. Zdarzenieaktywuje siÍ narastaj¹cym zbo-czem zmiennych Run0...Run3.Uruchamiany jest wtedy plik, ktÛ-rego úcieøka dostÍpu znajduje siÍw†pliku INI. Jeúli dla zmiennejRun1 przyporz¹dkujemy plikc:\muzyka\autobiografia.mp3, tozostanie uruchomiony programskojarzony z†plikami mp3 np. Wi-namp. Moøemy wiÍc przy podle-waniu kwiatkÛw s³uchaÊ ulubio-nych ìkawa³kÛwî.

JÍzyk programowaniaMamy wiÍc panel operatorski,

urz¹dzenia logiczne i†procesor ob-s³uguj¹cy nasze urz¹dzenie. Abyto wszystko dzia³a³o i†to dzia³a³ozgodnie z†naszymi oczekiwaniami,musimy napisaÊ program steru-j¹cy. Dla potrzeb HALL-a zapro-jektowano specjalny jÍzyk. JÍzykprogramowania systemu to po³¹-

c z en i e pro s t o t yi†funkcjonalnoúci.DziewiÍÊ rozkazÛwpozwala zarÛwno naproste powi¹zaniewbudowanych kom-ponentÛw z†wejúcia-mi i†wyjúciami, jakrÛwnieø na budo-wanie skomplikowa-nych algorytmÛwsterowania. Programsk³ada siÍ z†64 blo-kÛw. Kaødy blokmoøe sk³adaÊ siÍz†16 instrukcji. Roz-kazy wykonywane

s¹ jeden za drugim - tak jakw†typowym sterowniku PLC. PozakoÒczeniu bloku realizowanyjest nastÍpny blok. Wykonaniebloku moøna przerwaÊ polece-niem BREAK. NastÍpuje wtedyprzejúcie do nastÍpnego bloku.W†po³¹czeniu z†rozkazami testuj¹-cymi warunki rozkaz BREAK po-zwala pomin¹Ê realizacjÍ czÍúcilub ca³ego bloku, jeúli nie spe³-niono jakiegoú warunku. Takakonstrukcja moøe zdziwiÊ osobymaj¹ce doúwiadczenie w†pisaniuprogramÛw dla mikroprocesorÛw,a†ktÛre nie pisa³y programÛw dlasterownikÛw PLC. Program reali-zowany w†kÛ³ko, bez skokÛw wa-runkowych, podprogramÛw i†po-dobnych rozwi¹zaÒ jest w†pierw-szym momencie nieco szokuj¹cy,ale z†drugiej strony napisanie np.w†asemblerze programu, ktÛry wy-konuje kilka czynnoúci rÛwnoleg-le, jest zajÍciem iúcie karko³om-nym, tym bardziej øe stosowanieprzerwaÒ teø ma swoje granice.Z†kolei prosta konstrukcja re-

alizacji nastÍpuj¹cych po sobierozkazÛw pozwala na odwzorowa-nie dowolnej sieci dzia³aÒ logicz-nych (t³umaczenie uk³adu z†pod-stawowych bramek na program).Teoretycznie w†takim jÍzyku moø-na oprogramowaʆwszystko (jÍzykSTD ze sterownikÛw PLC). Stano-wi to jednak niema³¹ sztukÍ.Podzia³ programu na bloki,

o†ktÛrych realizacji nie moøemyw†dowolny sposÛb decydowaÊ,przybliøa do siebie obie techniki,pozwalaj¹c na ³atw¹ algorytmiza-cjÍ programu. Program operuje nazmiennych. Zmienna moøe byÊjednym bitem (wejúcie, wejúcietimera, wyjúcie timera) lub s³o-wem (wejúcie analogowe, czas

timera, stan licznika). W†systemieHALL zmienne maj¹ d³ugoúÊ 16bitÛw. Jeúli odczytywana wartoúÊjest 8-bitowa - tak jak bramawejúÊ cyfrowych lub przetwornikanalogowo-cyfrowy, to starsze 8bitÛw 16-bitowego s³owa ma war-toúÊ zero. Wyj¹tkiem jest tu wyj-úcie analogowe PWM, ktÛre jest7-bitowe (0...127). Jeúli jego war-toúÊ jest wiÍksza, pozosta³e bityzostaj¹ zignorowane. Poza zmien-nymi opisuj¹cymi stan wejúÊ/wyjúÊ oraz zmiennymi skojarzony-mi z†urz¹dzeniami zewnÍtrznymimamy do dyspozycji akumulatoryi†markery. Akumulatory s¹ zmien-nymi tymczasowymi - tak binar-nymi, jak i†s³owami s³uø¹cymijako podstawowe argumenty wy-konywanych operacji. Akumulato-ry mog¹ byÊ lokalne - odnosz¹cesiÍ do konkretnego bloku orazglobalne - dla ca³ego programu.Markery, poza przechowywaniemzmiennych podczas przetwarzaniaprogramu, s¹ odpowiedzialne zakomunikacjÍ pomiÍdzy panelemoperatorskim a†programem. Kaødybit w†systemie ma swÛj odpo-wiednik, ktÛry jest ustawiany, gdybit podstawowy zmienia wartoúÊz†0†na 1. Bit ten jest czytanyzamiast bitu podstawowego, jeøeliw†kodzie programu poprzedza goklucz ^. DziÍki takiemu rozwi¹-zaniu przypisanie bitu do zmien-nej z†wejúcia (lub markera) nast¹-pi tylko jeden raz w†momenciepodniesienia stanu wejúcia z†0†na1. MÛwi¹c inaczej, moøemy pew-ne dzia³ania programu uzaleøniÊnie od stanu zmiennej - np.wejúcia, a†od zbocza narastaj¹cegotej zmiennej. Edytor zbudowanotak, øe prowadzi on za rÍkÍtworz¹cego program - praktycznienic tu nie piszemy, a†tylko krokpo kroku wybieramy z†list nazwyrozkazÛw i†zmiennych. Po pew-nym czasie moøe byÊ to trochÍdenerwuj¹ce, ale na pocz¹tku od-pada nam koniecznoúÊ pamiÍtaniask³adni i†nazw zmiennych orazwynikaj¹ce z†tego b³Ídy (rys. 4).Rozpatrzmy teraz pewien przy-

k³ad. Za³Ûømy, øe chcemy napisaÊprosty program, ktÛry bÍdzie wyj-úcie pierwsze (OUT0.0) za³¹cza³wejúciem 1†(IN0.0), a†wejúciemdrugim (IN0.1) bÍdzie je wy³¹cza³.Drugie wyjúcie (OUT0.1) ma za-dzia³aÊ 5†sekund po za³¹czeniupierwszego wyjúcia. Dodatkowo

Rys. 3. Widok przykładowego panelu aplikacji

HALL2002

Elektronika Praktyczna 4/200420

kaøde za³¹czenie pierwszego wyj-úcia ma spowodowaÊ odtworzeniepliku düwiÍkowego bum.wav.Tworzymy nowy projekt - nazwij-my go EPL. Do podkatalogu ìpli-kiî dodamy plik bum.wav, a†na-stÍpnie wybieramy ustawieniaurz¹dzeÒ logicznych - modu³ Wavi†kojarzymy plik bum.wav zezmienn¹ wav0. W†pierwszym blo-ku piszemy program:01 IF IN0.0 = Bit 1 //jeśli we0

02 Mov B OUT0.0 := Bit 1//załacz wy0

03 IF IN0.1 = Bit 1 //jeśli we1

04 Mov B OUT0.0 := Bit 0//wyłącz wy0

05 Mov B Wav0 := ^OUT0.0

//jeśli zał. wy0 odtw. wav1

06 Mov B SetTi3 := OUT0.0

//wy0 do we ti3

07 Mov B OUT0.1 := Ti3 //wy ti3 do wy1

Musimy jeszcze skonfigurowaÊodpowiednio timer Ti3 - wyko-rzystywany w†naszym programie.Ustawiamy go w†tryb opÛünieniaza³¹czenia oraz wpisujemy 5†se-kund. Teraz moøemy uruchomiÊedytor panelu operatorskiego i†do-daʆcztery kontrolki LED: dwieskojarzymy z†wejúciami IN0.0

i†IN0.1, a†dwie nastÍpne z†wyj-úciami OUT0.0 i†OUT0.1.

Jeúli coú siÍ moøezepsuÊ, na pewno siÍzepsujeJak juø wspomniano, HALL2002

zosta³ stworzony jako system z†po-granicza zastosowaÒ amatorskichi†profesjonalnych. Chc¹c jednak za-pÍdziÊ go do zastosowaÒ profesjo-nalnych, trzeba pamiÍtaÊ o†kilkuwaønych ograniczeniach zwi¹za-nych tak z†samym systemem, jaki†zastosowaniem komputera PCz†systemem Windows do celÛw†ste-rowniczych. Czas obrÛbki progra-mu, czyli czas reakcji od za³¹czeniawejúcia do za³¹czenia wyjúcia (oczy-wiúcie dla programu, ktÛry przeno-si bezpoúrednio stan wejúcia nawyjúcie) wynosi oko³o 0,05 sekun-dy. Jednak system potrafi ìp³ataÊfigleî i†moøe (np. w†sytuacji, gdyjakiú program prÛbuje uzyskaÊ do-stÍp do nieistniej¹cej lub uszkodzo-nej dyskietki) nast¹piÊ d³uøsza prze-rwa w†obrÛbce sygna³Ûw. TrzebawiÍc powaønie przemyúleÊ konsek-wencje chwilowego zatrzymaniaprogramu oraz konsekwencje za-wieszenia siÍ komputera. Ryzykoco prawda nie jest wielkie, szcze-gÛlnie gdy zainstalujemy programna úwieøo†skonfigurowanym kom-puterze, ale zak³adanie, øe nic siÍnie stanie, by³oby objawem nieod-powiedzialnoúci. Najlepszym wyj-úciem jest przeniesienie pewnychmechanizmÛw zabezpieczaj¹cych napoziom sterowanych urz¹dzeÒ. Po-s³uø͆siÍ przyk³adem. Mamy wÛzeknapÍdzany silnikiem o†zmienianymkierunku obrotÛw i†dwa wy³¹cznikikraÒcowe na koÒcach drogi, poktÛrej siÍ porusza. Program ma za

zadanie tak sterowaÊ wÛzkiem, abyjeüdzi³ on od wy³¹cznika do wy-³¹cznika. Moøemy to rozwi¹zaÊ nadwa sposoby. Pierwszy jest taki, øepod³¹czamy wy³¹czniki kraÒcowedo wejúÊ, a†styczniki lewo/prawodo wyjúÊ. Jednak stosuj¹c takierozwi¹zanie, ryzykujemy tym, øew†przypadku zatrzymania progra-mu jad¹cy w³aúnie wÛzek niezostanie zatrzymany i†ulegnieuszkodzeniu. Innym wyjúciem jestzbudowanie klasycznego uk³adu na-wrotnego z†przyciskami prawo/le-wo i†wy³¹cznikami kraÒcowymiw†obwodzie sterowania stycznika-mi, a†nastÍpnie zast¹pienie przycis-kÛw prawo/lewo przekaünikami ste-rowanymi przez komputer. Jeøelikomputer za³¹czy jazdÍ w†jakimúkierunku i†siÍ zawiesi, to wÛzekdojedzie do wy³¹cznika kraÒcowe-go i†siÍ zatrzyma.

HALL i†edukacjaPomimo wielu rÛønic miÍdzy

HALL-em a†sterownikami PLC,HALL2002 ma z†nimi wiele wspÛl-nego, podobnie jak z†systemamiwizualizacji i†akwizycji danych(SCADA). Opanowanie sztuki pisa-nia programÛw steruj¹cych we wbu-dowanym w†nim jÍzyku zaprocen-tuje z†pewnoúci¹ przy nauce jakie-gokolwiek jÍzyka stosowanegow†sterownikach programowalnych.W†koÒcu wszystkie te jÍzyki prÛ-buj¹ w†jakiú sposÛb opisywaÊ sieÊdzia³aÒ logicznych, a†u†podstaw ichstworzenia leøa³ pomys³ zamianyschematu elektrycznego lub sche-matu blokÛw logicznych (technikacharakterystyczna dla Siemensa) naci¹g instrukcji programu.Wojciech Mazurekwww.neuron.com.pl

Rys. 4. Okno edytora programuobsługującego aplikację