Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем. межвузовский сборник научных трудов

ности разработан комплекс методов и способов испытаний различных деталей, сборочных единиц и изделий в целом.

В целях повышения качества изделий предприятия постоянно увеличивают объемы операций контроля и численность контролирующего персонала. Важным средством решения этой проблемы является применение объективных физических методов неразрушающего контроля (НК). Неразрушающий контроль обеспечивает качество функционирования, надежность и безопасность эксплуатации огромного числа самых разнообразных технических объектов. При этом эффективность применения НК обусловливается как уровнем развития дефектоскопической аппаратуры, так и квалификацией специалистов НК. Применение НК в различных областях народного хозяйства дает значительный технический и экономический эффект. Использование его в эксплуатации позволяет обеспечить высокую надежность и долговечность машин, а также безопасность движения на транспорте.

Контроль качества продукции заключается в проверке соответствия показателей ее качества установленным требованиям ГОСТ или другой нормативно-технической документации (НТД). Важными критериями высокого качества деталей машин являются физические, геометрические и функциональные показатели, а также технологические признаки качества, например, отсутствие недопустимых дефектов типа нарушения сплошности материала, соответствие физико-механических свойств и структуры основного материала и покрытия, геометрических размеров и чистоты обработки поверхности требуемым технической документацией и др .

Большие объемы проведения работ по выявлению дефектов и катастрофические последствия, которые могут быть причиной некачественного проведения контроля, ставят задачу по индустриализации применения методов НК с использованием математических моделей, методов и современных информационных технологий для организации мониторинга при эксплуатации технических систем.

Технические средства НК включают в себя аппаратную часть, программное обеспечение и эксплуатационнотехническую документацию. К сожалению, разработкам необходимой технологической документации, методикам, исследо-

121

ванию оптимальных процедур НК уделяется недостаточное внимание.

Можно утверждать, что нет ни одного безошибочного метода контроля. Могут встречаться непредвиденные условия эксплуатации, поэтому диагностические технологии должны быть «избыточными» в отношении применения комплекса различных по физической сути методов НК, которые дополняли бы друг друга для обеспечения максимальной гарантии качества изделия.

Технология должна предусматривать спектр различных конструкций контрольно-диагностических приборов – от ручного до автоматизированного исполнения при рациональном сочетании их применения в процессе производства, испытаний и эксплуатации объектов. Она должна иметь библиотеку алгоритмов и программ диагностирования, выполненных применительно к конкретным изделиям, операциям и задачам обнаружения дефектов.

Самый важный момент – принятие решения о несоответствии изделия предъявляемым требованиям и прекращении его эксплуатации или функционирования – должен быть особо отмечен и научно обоснован в технологии. Основой этого решения является предварительно набранный статистический материал.

Диагностические технологии необходимо предварительно опробовать, они не могут содержать неразумных требований в виде «не допускаются никакие виды дефектов», должны надежно распознавать предаварийную ситуацию, никаким образом не допускать аварийной эксплуатации изделий. Главным становится не вычисление размеров дефектов (дефектометрия), а определение остаточного ресурса объекта контроля, степени риска его эксплуатации, создание соответствующих методик и стандартов по определению остаточного ресурса объектов.

Должен быть осуществлен переход от диагностики к эксплуатации по состоянию объектов, созданию и внедрению отраслевых систем диагностического обслуживания, оперативное устранение вскрытых дефектов и поддержание технического состояния объекта на должном уровне.

Воронежский государственный технический университет

122

УДК 621.9

М.А. Исаенко, Л.Н. Никитин

ЧАСТОТОМЕР НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ

Рассмотрено описание работы частотомера и выбор элементной базы

Микроконтроллеры представляют собой эффективное средство реализации разнообразных устройств. Использование микроконтроллеров не только приводит к повышению техникоэкономических показателей (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров), но и позволяет сократить время разработки изделий и делает их модифицируемыми, адаптивными

В радиолюбительской практике наиболее распространены два способа измерения частоты с помощью микроконтроллеров. В первом способе выбирают фиксированный интервал времени и подсчитывают число колебаний входного сигнала в течение этого интервала. Именно этот способ используется в предлагаемом устройстве. Подсчитав число периодов входного сигнала за известное время (100 мс, 1 с или 10 с), он приводит его к секундному интервалу и показывает на индикаторе значение частоты в герцах или кратных им единицам. Второй способ заключается в измерении интервала времени между приходом нескольких импульсов входного сигнала, число которых обычно кратно десяти. Этот способ можно применять только в случае сигналов низкой частоты. Структурная схема частотомера приведена на рисунке.

123

Структурная схема частотомера

Частотомер построен на микроконтроллере фирмы «Atmel» модели ATmega8515-16PI. Восьмиразрядные RISC-

микроконтроллеры AVR являются одними из самых быстрых микроконтроллеров в мире. Одной из причин, обуславливающей большое быстродействие, является использование двухуровневого конвейера. Поэтому они могут выполнять команды в каждом такте (в отличие от популярных микроконтроллеров PIC фирмы Microchip и других). Единственным недостатком, впрочем, весьма относительным, является меньшее распространение микроконтроллеров AVR по сравнению, например, с микроконтроллерами PIC фирмы Microchip.

Для надежной работы на входе счетчика должен быть установлен формирователь, превращающий исходный сигнал любой формы и амплитуды в последовательность нормированных по амплитуде импульсов с крутыми перепадами. Практически все остальные узлы, необходимые для измерения частоты и вывода результата на индикатор, имеется в микроконтроллере, что делает этот прибор весьма удобным для реализации на нем частотомера. Трудность состоит лишь в сравнительной низкочастотности счетчика, встроенного в микроконтроллер. Это вынуждает добавлять между выходом формирователя и входом микроконтроллера предварительный делитель частоты импульсов, понижающий ее до приемлемого значения (в 16 раз).

Частота на входе микроконтроллера должна быть в 2 раза меньше тактовой частоты микроконтроллера (тактовая частота

124

микроконтроллера равна 8 МГц). Однако чтобы гарантировать обнаружение фронтов внешнего сигнала, частота на входе микроконтроллера должна быть даже в 2,5 раз меньше тактовой частоты микроконтроллера. Так как предварительный делитель уменьшает частоту в 16 раз, то это позволяет измерять сигналы с частотой до 50 МГц.

Принцип измерения состоит в следующем. Сформированные импульсы поступают на вход предварительного делителя частоты (синхронного четырехразрядного двоичного счетчика с асинхронным сбросом). Частота импульсов на одном из выходов счетчика и на счетном входе микроконтроллера в 16 раз меньше исходной. В начале цикла измерения на вход разрешения счета счетчика подается низкий уровень и счет не производится. Кратковременным сигналом низкого уровня, сформированным на выходе микроконтроллера, счетчик устанавливается в нулевое состояние. Затем на время, зависящее от выбранного режима измерения (0,1 с, 1 с или 10 с) на вход разрешения счета подается высокий уровень. Двоичный счетчик производит подсчет импульсов. На счетный вход микроконтроллера поступают импульсы с одного из выходов двоичного счетчика, эти сигналы подсчитывает встроенный 16 битный счетчик микроконтроллера Т1. По истечении счетного интервала программа запрещает дальнейший счет и считывает состояние выходов внешнего счетчика. Далее она обрабатывает результаты работы предварительного двоичного и встроенного счетчиков, вычисляет значение частоты и выводит его на двустрочный символьный ЖКИ. Описанный цикл периодически повторяется. Также частотомер может запоминать текущее значение частоты и выводить его на дисплей в каждом следующем измерительном цикле.

Имеется возможность программной модернизации и модификации устройства. При написании программы использовались методы так называемого «безопасного программирования», то есть даже в результате какой-либо непредвиденной ошибки программа либо продолжит работу, исправив ошибку, либо сбросит микроконтроллер, в результате чего восстановится нормальное функционирование программы. Если же при написании программы не использовать методы «безопасного программирования», то в результате ошибки прибор может работать, но выдавать неверный результат. Работоспособность вос-

125