Transkript

1 ROÈENKA ELECTUS 2007 V TOMTO SEŠITÌ Elektronika u Èeských drah... 1 Hodiny, stopky a skóre pøes LPT... 6 Citlivé èidlo vf pole... 8 Nabíjeèka Pb s mikroprocesorem.. 9 Automatický obraceè polarity Tester vícežilových kabelù Dálkové ovládání s jiskrovým vysílaèem Svìtelné efekty s pamìtí Jednoduchá odolná nabíjeèka olovìných akumulátorù Elektronkový zesilovaè BLUES EXPRESS Nf zesilovaèe Federmann Hektaromìr Melodický zvonek s mikroprocesorem Pøijímaè CW signálù na KV Zajímavé a zapomenuté antény k odzkoušení Bateriový GDO BM Fototerapie s LED Vojenské telegrafní dílny a nìmecká armáda Radioamatérské cesty vedou do Holic let soutìžení mladých v radiotechnice ELECTUS 2007 Speciál, roèenka èasopisu Praktická elektronika A Radio Vydavatel: AMARO spol. s r. o. Redakce: Šéfredaktor: ing. Josef Kellner, redaktoøi: ing. Jaroslav Belza, Petr Havliš, OK1PFM, ing. Miloš Munzar, CSc., sekretariát: Eva Marková. Redakce: Zborovská 27, Praha 5, tel.: , tel./fax: , sekretariát: Pøedplatné v ÈR zajiš uje Amaro spol. s r. o. - Hana Merglová (Zborovská 27, Praha 5, tel.: , tel./fax: ). Objednávky a predplatné v Slovenskej republike vybavuje Magnet-Press Slovakia s. r. o., Šustekova 10, Bratislava - Petržalka; korešpondencia: P. O. BOX 169, Bratislava 3; tel./fax (02) predplatné, (02) èasopisy; predplatne@ press.sk. Podávání novinových zásilek povoleno Èeskou poštou - øeditelstvím OZ Praha (è.j. nov 6005/96 ze dne ). Inzerci pøijímá redakce - Michaela Hrdlièková, Zborovská 27, Praha 5, tel.: , tel./fax: (3). Za pùvodnost a správnost pøíspìvkù odpovídá autor (platí i pro inzerci). Internet: pe@aradio.cz Nevyžádané rukopisy nevracíme. ISSN , MKÈR 7409 AMARO spol. s r. o. Elektronika u Èeských drah (Ke druhé stranì obálky) Zamìstnance a pøíznivce ÈD èi ŽSR upozoròuji, že èlánek je zamìøen na osoby, jejichž profesní znalosti jsou z jiných oborù, proto v øadì pøípadù jsou v èlánku pro snazší pochopení použity názvy, které neodpovídají bìžnì používaným výrazùm mezi železnièáøi. Úvod V každém odvìtví hospodáøství, které má významný podíl na ekonomice státu, hraje stále vìtší roli i elektronika a není tomu jinak ani v dopravì. Pomiòme dopravu leteckou, kde souèasné stroje jsou elektronikou doslova prošpikovány, automobilová doprava je mnoha lidem dobøe známá a vìtšina z nich ví, že ani do obyèejného automobilu není radno, díky složitým elektronickým systémùm pro ovládání motoru, neodborníkùm zasahovat. Lodní flotily jsme se díky šikovnému podvodníkovi dokázali zbavit; podívejme se proto na dopravu železnièní, jejíž význam sice zdánlivì oproti druhé polovinì minulého století poklesl, ale bez které se žádná vyspìlá ekonomika neobejde. I zde najdeme elektroniku všude, kam se podíváme. V moderních osobních vagónech elektronika øídí klimatizaci, topení a osvìtlení, moderní lokomotivy využívají elektroniku k vlastnímu ovládání, mohou být jejím prostøednictvím ovládány i dálkovì, obsahují øadu prvkù zabezpeèovací techniky, která dokáže v pøípadì nebezpeèí lokomotivu i sama zastavit, mají rádiové spojení se stanicemi na trati nebo s dispeèerem a ve výètu bychom mohli dál pokraèovat. Jaký ohromný skok v modernizaci železnice prodìlala, mùžeme snad nejlépe dokumentovat právì na odvìtví sdìlovací a zabezpeèovací techniky, u kterého byl vývoj v posledních 10 letech doslova pøekotný. Pokud se týká sdìlovacích zaøízení, tam šel vývoj dopøedu obdobnì jako u telekomunikaèních prostøedkù, se kterými se setkává bìžný uživatel i doma, v práci ap. Ovšem v oblasti zabezpeèovací techniky se dnes dostávají do provozu systémy, u kterých jen zmínka o nich vyvolávala ještì v šedesátých èi sedmdesátých létech u starších zamìstnancù pøedstavu fantasmagorického blouznìní. Tehdejší dostupné polovodièové prvky koneènì ani nedávaly prostor k jejich vìtšímu uplatòování v zaøízeních, kde byl Obr. 1. Páskový Morseùv pøístroj a telegrafní klíè (NTM Praha) vyžadován bezpeèný a bezporuchový provoz a provozní pøedpisy mnohdy pøímo bránily nasazování moderních prvkù. Doufám, že bude pro vás pohled na nìkteré starší systémy a jejich popis ve srovnání s dnešními zajímavý. Telefonní sí V pováleèné dobì se železnièní telefonní sí rychle rozvíjela a oproti veøejné telefonní síti pošt mìla øadu priorit, hlavnì v oblasti automatizace. Bylo dokonce možné automaticky pøejít do železnièních telefonních sítí nejen sousedního Rakouska èi Nìmecka, ale prakticky do celé Evropy (i když zpùsoby a pøechodová èísla nebyly známé každému) již v dobì, kdy poštovní sí to ještì neumožòovala. Dlužno pøiznat, že automatické ústøedny využívaly sice stejné prvky jako poštovní telefonní ústøedny, mìly však výhodu v tom, že neexistovala tarifikace (hovory v rámci celé železnièní sítì se neúètovaly) a o prvky s tímto souvisejícími byly jednotlivé ústøedny jednodušší. Když si odmyslíme jednoduché telefonní spojení MB telefony mezi jednotlivými pracovišti nebo okruhy, ve kterých bylo zapojeno více úèastníkù v jedné železnièní stanici, železnièní telefonní sí mìla prakticky tøi úrovnì - tzv. dispeèerskou (øídicí), operativní a všeobecnou. Dispeèerská sí byla s manuální obsluhou a poboèky byly MB telefony, a její úèastníci mohli mluvit s kýmkoliv z železnièní telefonní sítì. Operativní sí byla urèena pro øízení vìtších uzlù - její úèastníci mìli aut. poboèky a v rámci stejné ústøedny mohli jiné úèastníky této sítì volit pøímo, automaticky ještì manipulaèní pracovištì jiných ústøeden, která však své úèastníky volajícímu propojila manuálnì. Navíc bylo možné pøímo volit všechny úèastníky všeobecné sítì. Všeobecnou železnièní telefonní sí tvoøily tzv. hlavní a podružné automatické ústøedny. Úèastník volající jiného úèastníka v rámci jedné ústøedny volil pøímo jeho èíslo, pokud žádal úèastníka jiné hlavní ústøedny, volil èíslo ústøedny a pak èíslo úèastníka, pøi volbì úèastníka podružné ústøedny zapojené na jinou hlavní bylo tøeba volit èíslo hlavní ústøedny, pak podružné a pak úèastníka. Jednotlivé ústøedny se po volbì pøihlašovaly buï svou telegrafní znaèkou (napø. Prostìjov.....-) z volacích (signálních) strojù dodávajících jednak napìtí o kmitoètu 25 Hz pro vyzvánìní, jednak 450 Hz pro tónovou znaèku, nebo pøímo akusticky (Brno Brno), takže vždy byla kontrola, kde skonèila poslední volba. Èísla hlavních ústøeden zaèínala èíslicí 9 (napø Praha, Žilina), podružných obvykle èíslicí 8 [napø. ústøednu Vsetín bylo tøeba volit postupnì: 953 (hlavní ústøedna Valašské Meziøíèí) a 87 (Vsetín)]. Jak automatizace pokraèovala, nìkteré z podružných ústøeden pak byly zapojeny jako tzv. dálkové poboèky s prvou èíslicí 6, ve vel- ñ 1

2 ñ kých železnièních uzlech pak mìly podružné ústøedny dokonce i jednotlivé novì zøizované útvary (napø. železnièní polikliniky, výpoèetní støediska dráhy apod.). Mimoto bylo zavedeno jednotné èíslování funkcí - tzn. že v rámci celé sítì u dùležitých úèastníkù nebylo tøeba brát do ruky vùbec telefonní seznam. Náèelník železnièní stanice mìl v celé republice (vèetnì Slovenska) vždy èíslo 490, jeho provozní námìstek 491, náèelník lokomotivního depa 470, sdìlovací a zabezpeèovací distance 420, tra ové distance 480, náèelník Provozního oddílu nebo Správy dráhy 5000, a tak bychom mohli pokraèovat. Jednotná èísla mìli vedoucí ekonomických oddìlení, ve stanicích výpravèí a další funkce. Výjimky musely být v malých stanicích, kde byly nasazovány jen malé podružné ústøedny pro 4 èi 10 úèastníkù, nebo v místech, kde bylo více železnièních stanic (Brno, Praha). Pøítrž tomu uèinily až reorganizace po roce 1990, kdy zapoèalo rušení nìkterých øídicích èlánkù, sluèování funkcí a nakonec vznikla zcela nová struktura øízení; tehdy také zapoèala technická revoluce : dùsledná digitalizace a nové uspoøádání celé automatické telefonní sítì ÈD. I dnes sice nìjaká logika v èíslování zapracovaná je, ale je to spíše logika vyhovující technikùm než provozu. Snad je na místì ještì konstatování, že úèastníci všeobecné sítì tehdejších ÈSD byli rozdìleni do tøí skupin - pùvodnì poboèky zaèínající èíslicemi 4 a 5 mìly tzv. státní oprávnìní, tzn. úèastníci mohli volbou èísla 0 pøejít do poštovní sítì; poboèky zaèínající èíslicemi 2 a 3 mìly oprávnìní hovorù po celé síti ÈSD a z poboèek zaèínajících èíslicí 1 mìlo být možné hovoøit pouze s úèastníky vlastní ústøedny. Tato poslední zásada však nebyla uplatòována na všech ústøednách. (Èíslicí 6 zaèínaly tzv. dálkové poboèky, 7 bylo vyhrazeno již zmínìné operativní síti, 8 a 9 byly prvé èíslice volby ústøeden a 0 pøechod do poštovní sítì.) Dnešní moderní digitální ústøedny, kterých je v síti již vìtšina, jsou vìtšinou zahranièní provenience. Pokud volený úèastník není v urèitém okruhu nejbližších ústøeden, volí se devítimístné èíslo obdobnì jako v poštovní telefonní síti. Ústøedny jsou oproti døívìjším volièovým doslova miniaturní; ve velkém sále, kde døíve stávaly stojany s prvky klasických ústøeden, se skromnì krèí dvì skøínì, které obslouží 2000 úèastníkù, a vše vèetnì jejich napájecí èásti a akumulátorù pro pøípad výpadku sítì je bezúdržbové, což koneènì platí obecnì u všech zaøízení, kde se využívá moderní výpoèetní technika. Pro rychlé spojení dispeèerského aparátu s výpravèími jednotlivých stanic jsou ještì dnes tam, kde není zavedeno centrální dálkové øízení, v provozu speciální dispeèerské linky, které umožòují z pracovištì dispeèera dávat pøíkazy výpravèím, sbírat informace o prùjezdech vlakù stanicemi a rozhodovat pøi mimoøádnostech. Tyto linky umožòují pøímé spojení dispeèera s výpravèími jednotlivých stanic na pøidìleném úseku tratì, spojení s dispeèerem sousedního úseku, pøípadnì s výpravèími všech stanic najednou. U starých pováleèných systémù se používala impulsní volba, pøi modernizaci ke konci 70. let se pøešlo na tónovou Obr. 2. Vysílaè DMZ, vlevo otevøený termostat pro krystaly. Tato zaøízení se montovala v 60. letech minulého století, blok DMZ ještì obsahoval jednotku pøijímaèe, zdrojovou a povelovou jednotku - všechny stejnì velké volbu. Modernizované prostøedky mají dnes dispeèeøi na pracovišti centrálního dálkového øízení, o kterém bude zmínka v závìru èlánku. Kabelová sí Celá železnièní sí byla a je protkána metalickou kabelovou sítí, která zajiš ovala potøebný poèet hovorových kanálù jednak pøímo, jednak pomocí (ve své dobì) moderních pøenosových zaøízení, která však dlouhou dobu pøežívala s využíváním elektronek. Ta by ovšem dnes již nedostaèovala pro pøenosy nezbytné pøi využívání dálkového ovládání zabezpeèovacích zaøízení celých úsekù tratí, pro sí intranetu (železnièní internetová sí ), centralizaci železnièní telefonní sítì atd. - proto se v posledních dvou-tøech letech minulého století zapoèalo s pokládkou základních tras optických kabelù, které postupnì pøebraly hlavní objem dálkových datových pøenosù. Dnes je pokládka optických kabelù zapracována do modernizace koridorových tratí. S venkovním sloupovým telefonním vedením, které v pováleèném období lemovalo prakticky každou železnièní tra a pozdìji ještì v 80. létech ménì významné odboèky, se dnes témìø nesetkáte. Další sdìlovací zaøízení V zaèátcích železnice nebyla telefonní sí hlavním dorozumívacím prostøedkem. Zprvu to byly (od roku 1855) drážní Morseovy telegrafy (obr. 1), které mìly oproti telefonu výhodu v tom, že pøedávaná zpráva byla jak u odesilatele, tak u pøíjemce zaznamenána na pásce. Pøesto však v USA došlo v roce 1922 k nìkolika nehodám, které byly zavinìny nepøesným pøevzetím pøedávané zprávy; u telefonicky pøedávaných zpráv se nic takového nestalo. Proto se od této doby i pro zabezpeèení jízd vlakù zaèíná ve vìtší míøe využívat telefonické dorozumívání, a aby byla nahrazena dokumentaèní funkce telegrafní pásky, dùležité zprávy se musely zapisovat do telefonního zápisníku a zprávu navíc pøejímala ještì tøetí osoba, která správnost zápisu pøekontrolovala. U nás byly definitivnì páskové telegrafní pøístroje zrušeny až po válce v 50. letech minulého století. Pro pøedávání delších zpráv s obecnou platností a telegramù sloužily dálnopisné pøístroje. Zprvu sloužily jen ke spojení ministerstva s jednotlivými øeditelstvími drah, pak se dálnopisné spojení rozšíøilo pro spojení Správ drah s uzlovými železnièními stanicemi. V 60. letech se zapoèalo s budováním automatické železnièní dálnopisné sítì, která byla jednotnì vybavena koncovými stroji RFT - T100, které mìly nìkolik modifikací. Sí byla plnì využívána po dobu existence Provozních oddílù a dennì byly v té dobì dopravovány mezi ministerstvem, správami drah, provozními oddíly a uzlovými stanicemi (které pak telegramy posílaly do malých stanic nejbližším vlakem) desítky dùležitých telegramù; v té dobì byla také železnièní sí maximálnì vytížená a po hlavní trati napø. v Zábøehu n. M. projelo dennì 220 až 230 vlakù v obou smìrech! Bìhem 90. let pak dálnopisná sí prakticky zanikla - zprvu se zdálo, že bude nahrazena poboèkami telefaxu pøipojenými na existující telefonní sí, ale v té dobì pøicházela do používání ve vìtší míøe výpoèetní technika a s ní postupnì internet (pro ÈD jeho podniková verze intranet), jehož možnosti všechny ostatní zpùsoby pøenosu zpráv (vyjma pøímých kontaktù pomocí telefonù) vytlaèily. Dálnopisné ústøedny byly demontovány pøed nìkolika lety. Rádiové spojení S využíváním rádiových zaøízení na železnici se dìlaly i u nás pokusy ještì pøed 2. svìtovou válkou a tìsnì po ní. Vzhledem k tehdejšímu stavu techniky zùstalo jen u pokusù. Prvou vážnìjší akci lze zaznamenat na zaèátku 60. let, kdy TESLA vyvinula na objednávku ÈSD zaøízení DMZ/DSZ (obr. 2) pracující na kmitoètech v oblasti 170 MHz, která byla pøidìlena výhradnì pro ÈSD. Uvažovalo se se spojením dispeèera nebo výpravèích s jedoucími lokomotivami na trati (pokusnì byla vybavena tra Praha-Kolín) a také k øízení místní práce ve stanicích (Kolín, Pøerov). Pro velkou poruchovost (nasazení na parních lokomotivách, pochopitelnì s elektronkami, a mnohdy i úmyslný zásah obsluhy) nikdy zaøízení nepøežilo zkušební provoz. Do železnièního uzlu Ostrava byly po problémech v zimním období na zaèátku 60. let dovezeny ruské radiostanice ŽR - jaký byl jejich efekt a koneèný osud, jsem se nikdy nedozvìdìl, pøedpokládám proto, že obdobný. Posunovaèùm se tehdy nabízely objemné a tìžké pøenosné radiostanice, které pøi práci více pøekážely než pomáhaly. Na sklonku elektronkové éry se zkoušelo 2

3 v provozu i nìkolik desítek kusù modifikace vojenských RF11 Orlík, ale to již nastoupila éra tranzistorových zaøízení. Miniaturizace pøinesla nejen spolehlivost, ale také obsluha poznala, že jí lehké a snadno pøenosné radiostanice mohou ulehèit práci a dorozumívání, které se do té doby dìlo pøevážnì praporky, což za špatné viditelnosti nebo za mlhy nebylo efektivní. Našli bychom proto u ÈSD v 70. letech a pozdìji prakticky všechny typy u nás vyrábìných pøenosných radiostanic - od VXW010 až po PR35; jakmile se otevøel prostor pro dovoz, prosadily se nakonec hlavnì nìkolikakanálové stanice firmy Motorola. Také pro spojení s lokomotivami byly vyvinuty naše spolehlivé systémy na bázi radiostanic øady ZR-VR20 a v Èechách je dodnes na trati od hranic s bývalou NDR až do Nymburka aktivní nìmecký systém ZUGFUNK, zajištující spojení dispeèera s jedoucí lokomotivou na trati. Pak TESLA vyvinula systém TRS (obr. 3 - tra ový rádiový systém), který již splòuje i mezinárodní doporuèení a má návaznost na zabezpeèovací zaøízení (dispeèer èi výpravèí ve stanici mùže zastavit vlak jedoucí na trati). Stanice tohoto systému mohou pracovat jak na kmitoètech v pásmu 170 MHz, tak v pásmu 460 MHz, které je urèeno pro spojení s mobilními prostøedky. Systém umožòuje také digitální pøenos krátkých zpráv rychlostí 1,2 kb/s, a to obousmìrnì (duplexnì) na ètyøech kmitoètech mezi 457 až 458,5 MHz. Radiostanice mají výkon 6 W. Informaèní zaøízení sloužící cestujícím Obr. 3. Blok TRS (vlevo) Obr. 4. Základnová stanice systému Selectic bez krytu (vpravo) Velkou zmìnu doznaly také informaèní prostøedky sloužící cestujícím. I když se stále využívá stanièní rozhlas, ten je na tratích, kde je zavedeno moderní dispeèerské øízení, ovládán z desítky kilometrù vzdáleného øídicího pracovištì, jehož obsluha mùže vstupovat do rozhlasu ve stanicích na trati, cestující se stále èastìji setkávají místo pùvodních mechanicky ovládaných tabulí s názvem cílové stanice vlaku, nebo pozdìjších padacích a rachotících listových systémù informaèního zaøízení PRAGOTRON s moderními svìtelnými tabulemi, jejichž øízení a ovládání je èistì elektronické. Zabezpeèovací zaøízení Nejvìtší zmìnou, jak bylo øeèeno již v úvodu, prošly za posledních 50 let systémy zabezpeèovacích zaøízení, které zajiš ují bezpeèný pohyb vlakù jak ve stanicích, tak po tratích mezi nimi, nebo chrání uživatele silnièní sítì a železnièních tratí pøed vzájemnými støety na úrovòových pøejezdech. Zde dochází ke kolizím nejèastìji, nebo uživatelé silnic si neuvìdomují, že vlak jedoucí rychlostí kolem 100 km/h potøebuje k zastavení nìkolik set metrù; z toho vychází filozofie zabezpeèení: vlak má vždy pøednost, chránit se pøed støetem musí uživatel silnice. Pøejezdy jsou buï nezabezpeèené, nebo zabezpeèené, ale pouze ty se závorami jsou chránìné - ve všech ostatních pøípadech uživatele upozoròuje ležatý køíž (dvojitý na dvojkolejné trati), že se jedná o nechránìný pøejezd, by je opatøen svìtelnou signalizací. Dnes se v nìkterých pøípadech doplòují pøejezdová zaøízení i signalizací smìrem na tra, aby mìl strojvedoucí jistotu, že je pøejezdové zaøízení v èinnosti. Døíve byla u každých závor obsluha a závory se obsluhovaly mechanicky, dnes se jak svìtelná signalizace na pøejezdech, tak spouštìní a zvedání závor øídí automaticky jízdou vlaku, nebo (v tìsné blízkosti stanic èi pøímo ve stanicích) jsou zcela nebo èásteènì závislé na poloze pøíslušných návìstidel, zda povolují èi nepovolují jízdu vlaku. Je zde zapotøebí zdùraznit, že prakticky všechny moderní systémy zabezpeèovacích zaøízení v provozu Èeských drah jsou naší provenience, vývoj, výrobu a vìtšinou i montáž zajiš ují jednotlivé závody AŽD - Automatizace železnièní dopravy. Prakticky všechny systémy jsou vyvíjeny tak, aby vyhovovaly i mezinárodnì pøijatým doporuèením - sí Èeských drah je v této oblasti nezávislá na dovozu zahranièních prvkù, naopak - øada jejich výrobkù získává atesty zahranièních drah a pøi jejich modernizaci se tam naše systémy využívají. Pøehled o všech starších systémech zabezpeèovacích zaøízení získáte návštìvou unikátního Muzea sdìlovací a zabezpeèovací techniky v Hradci Králové, kde jsou vystaveny a mùžete si je doslova osahat. Pøejezdová zaøízení Moderní u nás vyvinuté elektronické pøejezdové zaøízení PZZ-E (obr. 5) je univerzální - pro uživatele silnièní komunikace má výstražníky se žárovkami a mùže být doplnìno závorami. Je možné tímto zaøízením vybavovat jednokolejné i dvoukolejné tratì, a to bez elektrifikace, elektrifikované stejnosmìrnou i støídavou trakcí. Výstražníky mají dohled nad svícením každé žárovky. Øízení celého systému je procesorem, vstupní obvody jsou dvoukanálové a data jsou zpracovávána podle dvou nezávislých programù s porovnáváním na výstupu a také data se ukládají do dvou nezávislých pamìtí. I vstupní data 3 ñ

4 ñ se snímají dvakrát a nezávisle na sobì; výpoèty se provádìjí dvìma odlišnými postupy a každý postupnì dvakrát, v pozitivní i negativní logice, takže náhodné vnìjší vlivy prakticky nemohou negativnì ovlivnit výslednou informaci a zpùsobit falešnou indikaci, otevøení závor ap. Kolejové obvody Obr. 6. Schéma kolejového obvodu. Schematické znaèky jsou v zabezpeèovací technice odlišné od znaèek používaných pro sdìlovací techniku. Napø. relé se oznaèuje kroužkem, další znaèky uvnitø urèují typ. Vlevo vysílací, vpravo pøijímací èást Obr. 5. Pohled do skøínì elektronického pøejezdového zaøízení PZZ. Ve spodní èásti jsou umístìny bezúdržbové akumulátory, vpravo napájecí èást. Vlevo kodéry, nad nimi sada malorozmìrových relé k ovládání venkovních prvkù (žárovky výstražníkù, motor pohonu závor apod.). Nahoøe bloky øídicího poèítaèe Pro zabezpeèovací zaøízení jsou hlavním prvkem, který dává informaci o tom, že daný úsek koleje je obsazen kolejovým vozidlem nebo volný, tzv. kolejové obvody (obr. 6). Teorie kolejových obvodù je zajímavá, ale velmi složitá - uvìdomte si, že jsou tvoøeny kolejnicovými pásy, které jsou podélnì buï svaøované, nebo opatøené tzv. kolejnicovými propojkami (krátká a silná mìdìná lana, navaøená k èástem kolejnic, které propojují), samotné kolejnice leží na døevìných nebo betonových pražcích. Na zaèátku je kolejový obvod napájen signálním napìtím, na jeho konci se toto napìtí snímá a vyhodnocuje, zda existuje, nebo ne - pøi zkratu kolejového obvodu nápravou vozidla (vagónu, lokomotivy) je napìtí prakticky nulové a pøíslušný logický obvod (relé ap.) vyhodnotí, že je obvod obsazen. Jenže musíme si uvìdomit, že každý pražec, kterých mùže být v obvodu i nìkolik set, pøedstavuje svod, navíc mìnící se s ohledem na povìtrnostní a jiné vlivy. Mimo tìchto tzv. signálních proudù ještì na elektrifikovaných tratích protéká kolejnicemi také zpìtný trakèní proud - bìžnì øádu stovek ampér a již zmínìné propojky pøedstavují zase urèitý pøechodový odpor. I na neelektrifikovaných tratích se mohou v kolejích vyskytovat rùzné bludné proudy; po dešti, když delší dobu (napø. v noci na málo frekventovaných tratích) po trati nejede vlak, malá vrstvièka tvoøící se rzi zase pùsobí coby slabá izolaèní vrstva a zkrat nápravou je nedokonalý, nìkteré vlakové soupravy s dieselovými lokomotivami využívají kolejnice pro zpìtné vedení proudu používaného k jejich vytápìní v zimním období (generátor je na lokomotivì). Vyhodnocovací obvody proto mají nesnadný úkol, když si uvìdomíme, že je to vlastnì základní prvek, zajiš ující bezpeènost provozu. Aby se omezily vlivy trakèních proudù (i na stejnosmìrné trakci má trakèní napìtí zbytkovou støídavou složku), používají se pro napájení kolejových obvodù støídavá napìtí s jinými kmitoèty, než je 50 Hz - obvykle 75 Hz (na tratích) nebo 275 Hz, které se ve stanicích vyrábìly døíve samostatnými motor-generátory; dnes jsou u novì budovaných zaøízení výkonové polovodièové mìnièe. Existují ovšem ještì i jiné možnosti, jak zjistit obsazení koleje - nìkde se používají tzv. poèítaèe náprav, které na jedné stranì poèítají nápravy najíždìjící na danou èást koleje, na druhé stranì odeèítají, kolik náprav pøíslušný úsek koleje opouští - pakliže je poèet na obou stranách shodný a výsledek nulový, vyhodnocovací zaøízení hlásí, že je úsek volný. Stanièní zabezpeèovací zaøízení Prvá zabezpeèovací zaøízení byla založena èistì na mechanickém principu - výhybky byly opatøeny speciálními zámky, klíèe od nich se uzamknuly do zvláštního mechanického zaøízení, které - pokud všechny správné klíèe byly na svých místech, umožnilo pomocí tzv. výsledného klíèe postavení návìstidla do polohy volno. Pozdìjší systémy pracovaly pomocí drátových táhel a tìmi se pøestavovaly výhybky i ovládala návìstidla; vzájemné vazby byly opìt pomocí složitých stavìdlových pøístrojù. Ty pak byly doplnìny elektrickými obvody, které umožòovaly spolupráci stavìdla s kanceláøí výpravèího, další vývoj šel doplnìním o kolejové obvody, motorické pøestavování výmìn a v 60. letech se zaèaly budovat tehdy moderní reléová zabezpeèovací zaøízení (dále zkratka RZZ). Tzv. reléovky již umožòovaly ovládání i na vìtší vzdálenosti, takže napø. tra Plzeò - Cheb byla øízena centrálnì. Jednalo se však o systém, kde veškeré závislosti byly zajiš ovány pomocí speciálních bezpeèných relé, tzv. øídicí stavìdlo (obslužné pracovištì, ze kterého výpravèí ovládal všechny prvky v kolejišti - pøestavování výhybek, volbu návìstí dovolujících èi zakazujících jízdu apod.) mìlo až nìkolikametrovou signalizaèní desku, na které vidìl výpravèí vše, co bylo k øízení dopravy potøebné. Cesty pro vlaky se na RZZ staví automaticky pouhým zmáèknutím dvou tlaèítek - jednoho umístìného u obvodu, odkud vlak do stanice pøijíždìl, a druhého u obvodu, kde mìl vlak zastavit, nebo obrácenì pøi odjezdu vlaku. Všechny výhybky pro danou cestu se pøestavují postupnì motorickými pøestavníky, které jsou ovládané speciálními reléovými bloky a po jejich správném pøestavení se automaticky rozsvítí návìst povolující jízdu. Pozdìji bylo toto zaøízení doplnìno tzv. èíslicovou volbou, pracující na principu diodových matic, takže nebylo tøeba ovládat tlaèítka a pøecházet kolem ovládacího pultu - výpravèí dìní ve stanici ovládá zadáváním pøíslušných èíselných kombinací na malé volicí skøíòce. Reléové místnosti jsou u RZZ rozlehlé, stovky použitých relé mají také solidní spotøebu, takže v letním období se mnohdy k udržení snesitelné teploty v reléových sálech využívá klimatizace. V roce 1996 dala firma AŽD do provozu prvé elektronicko-reléové stavìdlo typu ETB (obr 7 a, 7 b), u kterého znaènou èást logiky k zabezpeèení jízdních cest pøebrala výpoèetní technika a také ke zobrazení kolejištì a pohybu vozidel na nìm již byly použity monitory, jak je známe z poèítaèové techniky. Vývojáøi této firmy pak pracovali na dalším vylepšování s cílem umožnit i dálkové ovládání takového stavìdla. Od tohoto typu místo pøestavování pák èi ovládání tzv. øadièù (prvky ovládající mechanicky kontakty masivních a spolehlivých pøepínaèù) výpravèí ovládá dìní ve stanici jen poèítaèovou klávesnicí a pohybem trackbalu. 4

5 Obr. 7 a. (Vlevo) Ovládací pracovištì výpravèího pro elektronická stavìdla typu ETB. Obr. 7 b. (Vpravo) Pohled na èást elektroniky stavìdla ETB. Nahoøe øada speciálních pojistek, užívaných v zabezpeèovací technice I software èásti výpoèetní techniky, který byl tvoøen LAN sítí nìkolika spolupracujících poèítaèù, vyvinul podnik AŽD Praha s. r. o. Také zde probíhají dva výpoèetní procesy paralelnì a porovnávají se výsledné stavy, zda jsou souhlasné. Mimo hlavního obslužného pracovištì je k dispozici pro pøípad poruchy tzv. záložní pracovištì a udržujícím pracovníkùm slouží zvláštní diagnostické pracovištì rovnìž vybavené poèítaèem, které periodicky sleduje všechny pøedem zadané velièiny, zaznamenává je, vybrané velièiny mùže mìøit jednorázovì a pøi opakovaných mìøeních vyhodnocuje pøípadné zmìny údajù a jejich vèasným uvedením do správných mezí je možné pøedejít nìkterým typùm poruch. V souèasné dobì se vyrábí a pøi modernizacích zavádí do provozu elektronické stavìdlo typu ESA, které má analogové rozhraní pro ovládání venkovních prvkù zabezpeèovacích zaøízení v kolejišti a k èidlùm indikujícím jejich postavení, ale veškeré logické funkce zajiš uje jeho poèítaèová èást. Tento typ a jeho varianty již plnì vyhovují evropskému standardu CENELEC, mezi jednotlivými èástmi se využívá bezpeèný datový pøenos (ETMNET a PENET), je kompatibilní s evropským systémem ETCS, je schopen i grafickou formou vést dokumentaci o jízdì vlakù (tzv. grafikon vlakové dopravy), sleduje i èísla vlakù a spolupracuje plnì s tra ovou èástí zabezpeèovacího zaøízení. Vlastní logickou èást stavìdla pøedstavuje jen nìkolik typizovaných skøíní s elektronikou. Dálkové øízení Nadstavbou, která je již i u nás v provozu, je dálkové øízení stanic na úseku trati, který je takovýmto zaøízením vybaven - prvou takovou tratí v ÈR je úsek Pøerov - Bøeclav, který byl v loòském roce pøeveden na dálkové ovládání a který v souèasné dobì øídí z jednoho místa pouze 5 dispeèerù - dva k øízení jízd vlakù na trati, tøi pro øízení tzv. místní práce ve stanicích a další dva operátoøi mají mj. možnost ovládat informaèní a rozhlasová zaøízení v jednotlivých stanicích. V letošním roce bude aktivováno ovládání druhého úseku z Pøerova do Ostravy a do budoucna se plánuje øízení provozu na všech tratích ÈD ze dvou centrálních pracoviš. Vzhledem k tomu, že investièní náklady na výstavbu elektronického stavìdla jsou srovnatelné s náklady, na jaké by pøišlo vybudování klasického reléového stavìdla, a otázka zavedení øídicích digitalizovaných povelù po existujícím optickém kabelu již není technický problém, jednoznaènì pøevažují dlouhodobé ekonomické úspory vzniklé snížením poètu pracovníkù (výpravèích a operátorù) ve stanicích. Všimnìte si na obrázku na 2. stranì obálky nenápadného stolního LCD panelu vlevo od dispeèera slouží k dotykové volbì, má nìkolik úrovní a umožòuje okamžitý hovor se všemi zapojenými úèastníky, lhostejno, zda se jedná o místní MB spoj ve vzdálené stanici, nebo poboèky automatické telefonní ústøedny, úèastníka rádiové sítì apod. Toto zaøízení pracuje na bázi ústøeden typu TTC a pøedstavuje poslední výkøik komunikaèních možností využívaných u ÈD. Tra ové zabezpeèovací zaøízení U stanièního zabezpeèovacího zaøízení má každé návìstidlo (vèetnì návìstidel na vjezdu do stanice) základní polohu stùj (vyjma pøípadù, kdy jsou tzv. prùjezdné koleje zapojeny do automatického bloku, což pro projíždìjící vlaky lze u moderních systémù doèasnì provést), zatímco návìstidla na trati (tzv. oddílová návìstidla automatického bloku) mají základní polohu volno a pomocí kolejových obvodù vlak sám návìstidlo pøed úsekem, do kterého vjíždí, staví do polohy stùj a návìstidlo, které tomuto pøedchází, do polohy výstraha. V souèasné dobì se pøi modernizacích tratì vybavují plnì elektronickým systémem automatického bloku ABE. Zajiš uje tzv. tra ový souhlas (kterým smìrem po dané trati vlak pojede), vazbu na stanièní zabezpeèovací zaøízení a pøenos informací pro vlakový zabezpeèovaè. Technologicky se skládá z výmìnných jednotek pro pøíjem napìtí z prvkù v kolejišti a ovládání odcházejících stejnosmìrných napìtí, kódování vlakového zabezpeèovaèe, ovládání oddílových návìstidel, pøenos informací s elektronickým stavìdlem, z centrální ovládací jednotky a komunikaèní jednotky s rozhraním X21 s rychlostí min. 64 kb/s. Skøínì s tìmito jednotkami jsou obvykle umístìny v navazujících stanicích. Vlakový zabezpeèovaè + + AVV ETCS (European Train Control System) je jednotný celoevropský systém pro zabezpeèení jízdy vlaku. Z hlediska systematiky se jedná o vlakový zabezpeèovaè s úplnou souvislou kontrolou rychlosti, s bodovì-liniovým pøenosem informací na vozidlo a se zpìtným pøenosem informací z vozidla. Na rozdíl od døíve používaných vlakových zabezpeèovaèù je schopen ovládat i zaøízení, jako je napø. ovládání dveøí, sbìraèù, hlavního vypínaèe aj. Z tratì se pøenášejí na lokomotivu informace o návìsti na nejbližším návìstidle a vzdálenost k bodu, ke kterému má oprávnìní dojet. Pro pøípadné brzdìní ještì navíc údaje o stoupání èi klesání tratì, které spolu s brzdovými schopnostmi daného vlaku dávají tzv. brzdnou køivku pro daný vlak. Pøi jejím nedodržení je vyvolána výstraha, pøíp. vlak automaticky zabrzdí. Nasazení takového systému na hlavních tratích u nás je teprve otázka budoucnosti, náš systém nìkteré ze jmenovaných funkcí postrádá. Doplòkem tohoto zaøízení je systém AVV pro automatické vedení vlaku. Ten je schopný reagovat na momentální rychlost a tu zvýšit nebo snížit tak, aby do nejbližšího místa, kde je nutné zastavit, dojel vèas a s minimální spotøebou energie. Navíc je systém schopen udržovat potøebnou rychlost s velkou pøesností a také vlak zastavit na urèeném místì s pøesností 1 m. Nìkteré potøebné údaje se do systému pøenášejí z tratì (kódy návìstidel, poloha a smìr jízdy vlaku), jiné se zadávají pøed jízdou (údaje o brzdicích schopnostech, délka vlaku, jeho èíslo atp.) nebo jsou fixnì zadány v jeho pamìti (jízdní øád, tra ové údaje). Jedná se však o zaøízení, které je jen doplòkem zabezpeèovacího zaøízení zajiš ujícím ideální ekonomiku vedení vlaku (využitím systému AVV se dosahuje v ideálním pøípadì úspory až 30 % trakèní energie!!), umožòuje strojvedoucímu, aby nerušenì sledoval dìní na trati, nepatøí však mezi zabezpeèovací zaøízení. Na druhé stranì, pøi poruše zabezpeèovacího zaøízení je systém schopen pracovat autonomnì, pokud je tra vybavena tzv. informaèními body, vozidlo jejich snímaèi a strojvedoucí zadává postavení návìstidel. Informaèní body (viz 2. strana obálky) jsou plastové trámce s permanentními magnety, které umožòují pøes kódových kombinací, udávajících napø. smìr jízdy, údaje o trati vèetnì umístìní návìstidel, míst zastavení a sklonové pomìry. U nás se systém AVV využívá i na tratích, které jsou vybaveny starším typem vlakového zabezpeèovaèe. Závìr Z pøedchozího je zøejmé, že sdìlovací a zabezpeèovací technika na železnici v posledních letech prodìlala závratné zmìny, které vyžadují zcela nové myšlení obsluhujících pracovníkù, odlišné zamìøení a znalosti pracovníkù v údržbì, a k uplatnìní moderních prvkù bylo tøeba také vyvinout nemalé úsilí v oblasti legislativní (zmìny pøedpisových ustanovení). Zdá se, že všechny tyto zprvu obtížné pøekážky byly pøekonány a moderní technika již nachází praktické uplatnìní. I na železnici elektronika vítìzí. Ke zpracování tohoto èlánku byly použity vlastní poznatky a fotografie, fotografie J. Štíchy a dostupné materiály fy AŽD vèetnì fotografií a schémat z jejich prospektù. QX 5

6 Hodiny, stopky a skóre pøes LPT Technické údaje Napájecí napìtí: 7 až 15 V. Pøipojení k PC: Paralelní port (LPT). Maximální zobrazené skóre: 99:99. Max. hodnota stopek: 23:59 hod. Popis funkce Schéma pøípravku je na obr. 1. Už z prvního pohledu na schéma je jasné, že pøípravek se skuteènì stará jen o zobrazení na ètyømístném displeji se sedmisegmentovými èíslicovkami LED, a veškerá døina je vykonávána na stranì PC. Napájecí napìtí Ucc se pohybuje mezi 7 až 15 V. Po pøipojení je upravováno stabilizátorem 7805 (IO1) na velikost 5 V. Kondenzátory C1 a C2 jsou filtraèní. Ihned po pøipojení napájení se rozsvítí LED D1 a D2, fungující jako dvojteèka. Rezistor R1 je ochranný a velikost jeho odporu, uvedená na schématu, je pouze orientaèní - podle použitých LED musíme odpor R1 upravit tak, aby jas LED byl stejný jako jas segmentù použitých Adam Nehudek V tomto èlánku je popsán pøípravek s displejem, který zobrazuje èas nebo skóre. Pøípravek je ovládán osobním poèítaèem (PC) se spuštìným obslužným programem. K PC je pøípravek pøipojen pøes paralelní port LPT. Popisovaná konstrukce nalezne uplatnìní pøedevším ve školních tìlocviènách, kde se vyskytne potøeba zobrazit skóre zápasu nebo odmìøit èas. èíslicovek (LED nesmí svým jasem potlaèovat údaj na èíslicovkách do pozadí). Komunikace mezi PC a pøípravkem probíhá pøes paralelní port PC v režimu SPP, pøípravek pouze vyhodnocuje data vystavená na portu LPT a zobrazuje je. Program tedy mùže bìžet i tehdy, není-li pøípravek pøipojen. Ètyøi spodní bity (D0 až D3) pøedstavují zapisovanou èíslici, zbývající horní bity (D4 až D7) už jednotlivì rozsvìcují danou èíslici. O správnou synchronizaci se stará aplikace. Pro pøevod ètyøbitového èísla z datových výstupù na sedmisegmentový displej je použit kodér 74LS247 (IO2). Lze použít i obvod 74LS47, ten však zobrazuje èíslici 6 bez horního a èíslici 9 bez dolního segmentu. Odpory rezistorù R6 až R12 jsou pouze orientaèní, podle typu použitého displeje je zvolíme takové, aby segmenty mìly dostateèný jas. Multiplexování èíslicovek obstarává opìt PC, každé èíslici náleží jeden datový výstup, který pøes tranzistor spíná svou èíslici. Tranzistory BC639 Pøípravek s displejem, který zobrazuje èas nebo skóre snesou proud až 1 A, je zde tedy dostateèná rezerva pro spínání mnohem vìtších èíslicovek. Konstrukce Pøípravek je zkonstruován z vývodových souèástek na dvou deskách s jednostrannými plošnými spoji. První deska obsahuje všechny souèástky až na zobrazovací prvky (èíslicovky a LED D1, D2). Obrazec spojù je na obr. 2, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 3. Deska má rozmìry 60 x 45 mm. Na druhé desce jsou umístìny LED D1, D2 a èíslicovky. Obrazec Obr. 2. Obrazec plošných spojù na první desce pøípravku (mìø.: 1 : 1, rozmìry desky jsou 60 x 45 mm) Obr. 1. Schéma pøípravku s displejem Obr. 3. Rozmístìní souèástek na první desce pøípravku 6

7 LD1 LD2 1 1 Obr. 6. Úprava vývodù LED D1 a D2 nastavení, zobrazí se pouze èas nastavený v systému (obr. 9). Pod druhou záložkou se skrývají stopky (obr. 10). Po stisknutí tlaèítka Start se stopky rozbìhnou a jsou Obr. 4. Obrazec plošných spojù na druhé desce pøípravku (mìø.: 1 : 1, rozmìry desky jsou 85 x 45 mm) spojù je na obr. 4, rozmístìní souèástek na desce je na obr. 5. Deska má rozmìry 85 x 45 mm. Na desce je velké množství drátových propojek, které jsou i pod èíslicovkami. Pøi montáži LED D1 a D2 musíme ohnout jejich vývody tak, aby dvojteèka tvoøená diodami LED byla vertikálnì centrována (viz obr. 6). Pouzdra LED musí být asi o 5 mm posunuta nahoru oproti pozici dané dìrami pro vývody LED na desce. Desky osazené souèástkami propojíme navzájem a s konektory K1 a K2 izolovanými lanky obsaženými v plochém zaøezávacím kabelu BEL- DEN AWG28-XX (obr. 7). Propojené desky a konektory jsou vestavìny do ploché plastové skøíòky typu U-KP25 (obr. 8). Do pøední stìny skøíòky je odvrtán a vypilován ob- Obr. 5. Rozmístìní souèástek na druhé desce pøípravku. U LED D1 a D2 je nutné upravit vývody - viz obr. 6 délníkový otvor pro displej, do kterého je vlepen èervený svìtelný filtr. Vzdálenost mezi deskou s displejem a vnitøní stranou pøední stìny skøíòky je vymezena ètyømi plastovými distanèními sloupky KDR15 o délce 15 mm, které jsou umístìny v rozích desky. K upevnìní desek do skøíòky postaèí tavné lepidlo, konektory jsou pøišroubovány. Ovládací program Ovládací program je jednoduchý a jeho obsluha intuitivní. Pøesto neuškodí, seznámím-li vás se všemi jeho možnostmi. Na jeho vývoji neustále pracuji, takže se mùžete tìšit na další zdokonalení. První a nejjednodušší funkcí programu jsou hodiny, není zde žádné Obr. 9. Dialogové okno Hodiny Obr. 10. Dialogové okno Stopky Obr. 7. Propojené desky a konektror K1 Obr. 8. Desky a konektory vestavìné do skøíòky U-KP25 7

8 zobrazovány sekundy a setiny sekundy. Dosáhne-li èas hodnoty 59:99, automaticky se pøepne do zobrazení minut a sekund, pøi údaji 59:59 se zobrazují pouze hodiny a minuty a koneènì po dosažení hodnoty 23:59 se stopky vynulují. Stopky je možné kdykoli zastavit stisknutím tlaèítka Stop, tlaèítko Reset vynuluje údaj na stopkách bez ohledu na to, zda stopky bìží, èi ne. 8 Obr. 11. Dialogové okno Skóre Obr. 12. Dialogové okno Odpoèet Citlivé èidlo vf pole Èidla vf elektromagnetického pole vytváøeného testovanými vysílaèi nebo nežádoucími zdroji rušení (popø. odposlouchávacími štìnicemi ) jsou oblíbeným konstrukèním námìtem mnoha radioamatérù. Schéma jednoho z øady takových èidel je na obr. 1. Popisované èidlo je údajnì schopné v oblasti kmitoètù 100 khz až 500 MHz rozpoznat na vzdálenost 1 m signál z vysílaèe o výkonu 1 mw. Vf signál se pøijímá teleskopickou prutovou anténou o maximální délce asi 50 cm. Cívka L1 tvoøí s vlastní kapacitou ladìný obvod s malou jakostí, který definuje citlivost v celém kmitoètovém rozsahu. Pøes vazební kondenzátor C1 je signál z antény veden na vf usmìròovaè s diodami D1 a D2, který pracuje Tøetí a stìžejní funkcí aplikace je skóre (obr. 11). Pro vìtšinu sportù je maximální údaj 99:99 zcela dostaèující, problémy mohou nastat jedinì pøi házené a basketbalu. Po dosažení maximální hodnoty 99:99 se údaje vynulují a skóre se poèítá opìt od nuly. Funkce tlaèítek je zøejmá z jejich názvu, tak jen krátce. Skóre domácích je na levé stranì, skóre hostù je na pravé stranì. Tlaèítkem Domácí +1 se pøiète jeden bod domácímu týmu, tlaèítkem Domácí -1 se odeète domácím jeden bod. Tlaèítky Hosté +1 nebo Hosté -1 se pøièítá nebo odeèítá jeden bod hostùm. Reset vynuluje skóre na údaj 00:00. Stisk tlaèítka Vlastní vyvolá zobrazení dialogu s výzvou k zadání vlastního údaje, ze kterého se bude dále vycházet pøi pøièítání/odeèítání bodù. Pro oddìlení obou èástí skóre lze použít libovolný znak, zobrazen je 1., 2., 4. a 5. znak, na ostatní není brán ohled. Je-li skóre nulové, nelze odeèítat do záporných èísel ani pøejít na nejvyšší hodnotu - údaj 00:00 stále zùstává. Zatím poslední funkcí je odpoèet èasu (obr. 12). Maximální èas, od kterého lze odpoèítávat, je 23:59:59 - tedy 1 den bez sekundy. Jak údaj postupnì klesá, pøechází se od zobrazení hodin a minut k minutám a sekundám. Odpoèet lze kdykoli zastavit stisknutím tlaèítka Stop, údaj lze zmìnit a opìt spustit odpoèítávání. Bìhem odpoètu je pole pro zadávání èasu neaktivní (zakázané). Závìr Obr. 1. Citlivé èidlo vf pole Vìøím, že popisovaný pøípravek s displejem ušetøí mnoho práce v tìlocviènách pøi sportovních utkáních a jiných sportovních èinnostech. Osvìdèí se i pøi poøádání turnajù ve stolním tenise a fotbale. Program pro PC si klade minimální nárok na výkon PC, a proto by mìl být schopen bìžet i na strojích s procesorem 486 a Windows 95 (a staré PC tak nalezne uplatnìní). Aktuální verze aplikace je ke stažení na a na stránkách: Seznam souèástek R1 až R5 4,7 kω, miniaturní R6 až R Ω, miniaturní C1, C1 100 nf, keramický D2, D2 LED èervená, 3 mm T1 až T4 BC639 IO IO2 74LS247 LD1, LD2 L-BD-A815RD (dvoumístný sedmisegmentový displej LED, 20 mm, èervený, spol. anoda) K1 vidlice CAN 25pólová K2 napájecí konektor 2,1 mm distanèní sloupek KDR15 4 kusy èervený filtr pøed displej plastová skøíòka U-KP25 Literatura [1] Matoušek, D.: Udìlejte si z PC, 1. díl. BEN, Praha [1] Matoušek, D.: Udìlejte si z PC, 2. díl. BEN, Praha [3] Katalog GM Electronic. [4] Matoušek, D.: Mìøicí pøípravky jako periferie k PC. Konstrukèní elektronika 2/2003. jako zdvojovaè napìtí. Diody musí být germaniové hrotové, mùžeme je získat napø. ze starého televizoru. V pùvodním prameni byly použity diody typu 0A90. C2 vyhlazuje usmìrnìný signál, R3 stejnosmìrnì uzavírá výstup usmìròovaèe. Usmìrnìné napìtí je zesilováno operaèním zesilovaèem (OZ) OP07 (IO1). Ss zesílení OZ (1x, 10x a 100x), a tím i citlivost èidla, lze volit pøepínaèem S1. K výstupu OZ je pøipojeno citlivé ruèkové mìøidlo (100 µa), které indikuje relativní sílu vf signálu z antény. Potenciometrem P1 lze nastavit nulu mìøidla a tím pøípadnì kompenzovat rušivé pozadí. Èidlo je napájeno napìtím 9 V z destièkové balerie, virtualní zem pro symetrické napájení OZ je vytvoøena dìlièem s rezistorem R4 a Zenerovu diodou D3 (4,7 V/0,5 W). RadCom, leden 2002

9 Nabíjeèka Pb s mikroprocesorem Technické údaje Napáj. napìtí: 18 V~ (transformátor). Napìtí nabíjených akumulátorù: 6 V, 12 V. Nabíjecí proud: 0,2 až 10 A. Typ nabíjecího proudu: konstantní nebo impulsní se støídou 20 až 90 %. Èasový spínaè: 0,5 až 99 h (krok 0,5 h). Volba napìtí pro baterii 6 V pøi automatickém provozu: 6 až 8 V. Volba napìtí pro baterii 12 V pøi aut. provozu: 12 až 16 V. Teplota zapnutí ventilátoru: 10 až 99 C. Teplota pro omezení nabíj. proudu: 10 až 99 C. Teplota pro ukonèení nabíjení: 10 až 99 C. Kalibrace mìøení nabíjecího proudu: ±20 %. Zobrazení napìtí akumulátoru: 4 až 18 V. Zobrazení nabíjecího proudu: 0 až 10 A. Zobrazení teploty chladièe: 0 až 99 C. Popis funkce Ing. Miroslav Nutil V minulosti bylo zveøejnìno již mnoho konstrukcí nabíjeèek olovìných akumulátorù vèetnì nìkolika konstrukcí s mikroprocesory. Žádná z tìchto konstrukcí však nesplòovala moje pøedstavy moderní nabíjeèky s možností programování nìkterých funkcí, vèetnì možnosti programové volby nabíjecího procesu. Mnou navržená konstrukce umožòuje volbu nabíjení konstantním nebo impulsním proudem, volbu automatického sledování prùbìhu nabíjení, èasový spínaè, kalibraèní funkce, zobrazování základních informací o nabíjení a nìkteré další doplòkové funkce. Nabíjeèka se zapíná a vypíná tlaèítkem TL6, které vyvolává pøerušení mikroprocesoru, následkem èehož se zapne nebo vypne relé RE1. Nabíjeèka se ovládá tlaèítky TL1 až TL5. Tlaèítka jsou využívána v základním menu a v programovacím menu. Jsou vybavena pomalým i rychlým opakováním - pøidržení stisknutého tlaèítka se vyhodnocuje jako opakovaný stisk. Pomalé opakování zaèíná pøi pøidržení po dobu 750 ms, rychlé pøi pøidržení po dobu 2 s. Potenciometrem P2 na panelu nastavujeme velikost nabíjecího proudu, který je zobrazován na displeji LCD. V programovacím menu je možné zvolit pro impulsní nabíjení zobrazování maximální nebo støední hodnoty nabíjecího proudu. V základním menu ovládáme základní funkce nabíjeèky - viz tab. 1. Dále si podrobnìji popíšeme funkci jednotlivých tlaèítek. Èas - máme možnost volby zobrazení celkového èasu nabíjení (pøed ú- dajem je znaménko plus) nebo èasu do ukonèení nabíjení (pøed údajem je znaménko minus). Pøi pøepnutí do režimu zobrazování èasu do ukonèení nabíjení je nutné aktivovat (nastavit) èas, po kterém bude nabíjení ukonèeno a nabíjeèka se vypne. Nastavení èasu provádíme tlaèítky nebo a potvrdíme tlaèítkem Start/Stop (Potvrdit). Jestliže pøepneme zpìt do zobrazení celkového èasu nabíjení, režim ukonèení nabíjení se zruší! Aut 6/12 V - opakovaným stisknutím tlaèítka pøepínáme mezi režimem nabíjení konstantním proudem (charakteristika I) a režimy s kombinovanou nabíjecí charakteristikou I/U. Pøi aktivované automatice nabíjeèka po dosažení pøedprogramovaného napìtí toto napìtí udržuje omezováním nabíjecího proudu (pøechod z nabíjecí charakteristiky I na charakteristiku U). Velikost pøíslušných napìtí zvolíme v programovacím menu. Aktivace automatiky je signalizována zelenými LED na panelu. Tab. 1. Základní menu nabíjeèky Pb Tlaèítko Funkce Start/Stop Èas Aut 6/12 V Impulsy Výbìr Teplota Impulsy - volba impulsního nabíjení s pøedvolenou støídou 20 až 90 %, která se volí se v programovacím menu. Prùbìh nabíjecího proudu je obdélníkový. Impulsní nabíjení je signalizováno žlutou LED na panelu. Teplota - souèasným stisknutím tlaèítek Aut 6/12V a Impulsy pøepínáme mezi zobrazením èasu nabíjení nebo teploty chladièe. Chceme-li nastavit základní programovatelné parametry nabíjeèky, pøepneme tlaèítkem Výbìr do programovacího menu - viz tab. 2. V menu mùžeme listovat (rotovat) tlaèítky a. Zmìnu programovaných hodnot provádíme tlaèítky a. Programovaná hodnota se uloží do pamìti stisknutím tlaèítka Potvrdit. Menu opustíme opakovaným stisknutím tlaèítka Potvrdit nebo stisknutím tohoto tlaèítka na údaji, který jsme nezmìnili. Popis programovacího menu Auto 6 V - nastavení napìtí (6 až 8 V) pro pøechod z charakteristiky nabíjení I na U. Auto 12 V - nastavení napìtí (12 až 16 V) pro pøechod z charakteristiky nabíjení I na U. Strida I - nastavení støídy nabíjecího proudu (20 až 90 %) pøi aktivované volbì impulsního nabíjení. T vent. zap - nastavení teploty chladièe (10 až 99 C), pøi které se zapne chladicí ventilátor. Ventilátor se vypne pøi poklesu teploty o 5 C. T vent. om - nastavení teploty chladièe (10 až 99 C), pøi které se zaène nabíjecí proud omezovat tak, aby se teplota chladièe dále nezvyšovala. Tuto funkci lze vyøadit nastavením hodnoty T vent. om vìtší, než je hodnota T vent. max. Tab. 2. Programovací menu nabíjeèky Pb Tlaèítko Potvrdit Funkce Potvrzení (uložení) programované hodnoty Rotace v menu vlevo Zvìtšování nastavované hodnoty Zmenšování nastavované hodnoty Rotace v menu vpravo Zahájení/ukonèení nabíjení Pøepíná zobrazení èasu nabíjení/èasu do konce nabíjení Zapíná/vypíná automatiku pro nabíjení baterie 6/12 V Zapíná/vypíná impulsní nabíjení Pøepnutí do programovacího menu Pøepnutí zobrazování teploty chladièe/èasu nabíjení 9

10 T vent. max - nastavení teploty chladièe (10 až 99 C), pøi jejímž dosažení se ukonèí nabíjení. Maximalni proud/prumerny proud - zobrazování velikosti maximálního, nebo prùmìrného nabíjecího proudu. Tato volba má význam pøi impulsním nabíjení. Kal mer I - kalibrace mìøení proudu v rozsahu ±20 %. Kal nast I - kalibrace nastavení nabíjecího proudu (trimrem P1). Popis zapojení Schéma nabíjeèky Pb je rozdìleno na øídicí èást (obr. 1) a ovládací a výkonovou èást (obr. 2). Nabíjeèka je øízena mikroprocesorem IO1 (ATMega8) od firmy ATMEL. Mikroprocesor je vybaven potøebnými periferiemi, jako jsou pøevodník A/D a pamì EEPROM. Nedostateèný poèet portù procesoru je rozšíøen sériovì/paralerním pøevodníkem IO3, který je ovládán taktovacím signálem LC a datovým signálem LA. Ventilátor je spínán prostøednictvím tranzistoru T2. K øídicí desce s mikroprocesorem je pøes konektor K2 pøipojen displej LCD 1x 16 znakù, na kterém se zob- Obr. 1. Schéma øídicí èásti nabíjeèky Pb 10

11 Obr. 2. Schéma ovládací a výkonové èásti nabíjeèky Pb razují údaje potøebné pro konfiguraci nabíjeèky a údaje o prùbìhu nabíjení. Pøes konektor K4 je k øídicí desce pøipojena ovládací deska s tlaèítky TL1 až TL5 a signalizaèními LED D9 až D13. Na ovládací desku je též pøipojen potenciometr P2, kterým se nastavuje nabíjecí proud. Øídicí napìtí Ui z tohoto potenciometru je po filtraci kondenzátorem C12 pøímo mìøeno procesorem. Mìøení napìtí na baterii zajiš uje diferenèní zesilovaè IO2D, který dává na výstupu napìtí 200 mv na 1 V napìtí baterie. Napìtí z výstupu IO2D se mìøí procesorem na portu ADC1. Dioda ZD1 s rezistorem R18 chrání vstup procesoru pøed zvýšeným napìtím (IO2 je napájen napìtím VC1, které je blízké usmìrnìnému napìtí z transformátoru). Nabíjecí proud je mìøen pomocí operaèního zesilovaèe IO2C, který snímá úbytek napìtí na rezistoru R29 a zesiluje ho na úroveò 400 mv na 1 A nabíjecího proudu. Dioda ZD2 s rezistorem R10 chrání vstup procesoru. Velikost nabíjecího proudu øídí mikroprocesor generováním PWM signálu na portu OC1A. Signál je pøeveden na ss napìtí filtrem R1, R2, C13, C14. Potenciometrem P1 nastavujeme potøebnou úroveò øídicího napìtí pro IO2A, který spoleènì s T4 a R29 tvoøí pøevodník napìtí/proud. Kondenzátory C15, C16 zlepšují stabilitu obvodu. Pøi nabíjení impulsním proudem generuje procesor øídicí PWM signál na portu OC1B. Tímto signálem je pøes tranzistor T3 vyøazen pøevodník napìtí/proud z èinnosti (nabíjecí proud je nulový). Kondenzátor C17 spolu s rezistorem R6 snižují strmost nástupných a sestupných hran impulsù nabíjecího proudu. ZD3 chrání øídicí elektrodu T4. Nabíjeèku zapínáme a vypínáme tlaèítkem TL6, které vyvolává signálem Z/V pøerušení INT0 mikroprocesoru IO1. Procesor na základì tohoto pøerušená ovládá pøes T1 relé RE1. Teplotu chladièe tranzistoru T4 snímá IO5. IO2B upravuje napìtí z IO5 na velikost 40 mv na 1 C teploty chladièe. Ochranu nabíjeèky pøi pøepólování baterie zajiš ují diody D5, D6. Nabíjeèka je napájena transformátorem TR1. Výstupní napìtí transformátoru 18 V je usmìròováno mùstkem D7 a vyhlazováno kondenzátorem C18. Rezistorem R30 se vybíjí kondenzátor C18 po vypnutí nabíjeèky. Napìtí 12 V pro ventilátor a relé zajiš uje stabilizátor IO6. Další stabilizátor IO4 stabilizuje napìtí 5 V Pøední panel nabíjeèky Pb s mikroprocesorem 11

12 Obr. 3. Obrazec spojù na stranì pájení na øídicí desce nabíjeèky Pb (mìø.: 1 : 1, rozmìry 100,5 x 88,5) Obr. 4. Obrazec spojù na stranì souèástek na øídicí desce nabíjeèky Pb (mìø.: 1 : 1, rozmìry 100,5 x 88,5 mm) pro IO1, IO3 a IO5. Operaèní zesilovaè IO2 je napájen napìtím VC1 ze vstupu stabilizátoru IO4. Nabíjeèka je chránìna tøemi tavnými pojistkami, které jsou umístìny na primární a sekundární stranì transformátoru a v cestì nabíjecího proudu. Konstrukce Konstrukce je rozdìlena do tøech èástí: Øídicí èást je na desce s oboustrannými plošnými spoji (obr. 3, obr. 4 a obr. 5). Ovládací èást je na desce s jednostrannými plošnými spoji (obr. 6, obr. 7), která má tvar písmene L. Zadní panel nabíjeèky Pb. Na panelu jsou umístìny ventilátor, sí ová pøívodka a sí ová pojistka Výkonová èást je vestavìna pøímo do skøíòky nabíjeèky (polovodièové souèástky jsou umístìny na chladièích). Provedení skøíòky je závislé na velikosti použitého transformátoru a velikosti chladièù. Já jsem použil transformátor pro nabíjecí proud 6 A a provedení skøíòky je vidìt na fotografiích. Jako chladièe diod D5, D6, D7 lze použít hliníkový plech, IO6 je vhodné též umístit na chladiè. Chladièe (nebo polovodièové souèástky na chladièích) musíme odizolovat od kostry skøíòky pomocí nevodivých podložek. Podle velikosti maximálního nabíjecího proudu je nutné dimenzovat chladiè pro tranzistor T4 (nejvìtší ztráta výkonu na T4 je pøi nabíjení baterie 6 V). Vzhledem k tomu, že chladiè je umístìn uvnitø skøíòky, je nutné použít chladicí ventilátor, který pøipevníme na chladiè tranzistoru. Snímaè teploty IO5 zalepíme do vyvrtaného otvoru v chladièi poblíž tranzistoru T4. Displej LCD a ovládací deska jsou pøišroubovány na èelní panel skøíòky a jsou s øídicí deskou propojeny pøipájenými plochými kabely s konektory. Popis tlaèítek a LED na èelním panelu je na obr. 8. Na obr. 9 je stupnice nastavení nabíjecího proudu potenciometrem P2. Stupnice potenciometru je cejchována podle použitého kusu a mùže se pro rùzné kusy mírnì lišit. Doporuèuji ji ovìøit a pøípadnì zkorigovat. Stupnice má však pouze orientaèní význam, protože pøesná velikost nabíjecího proudu se zobrazuje na displeji LCD. Popisky ovládacích a indikaèních prvkù jsou též zøejmé z fotografie pøedního panelu pøístroje. Rezistor R29 umístíme na izolaèní destièku do zadní èásti nabíjeèky, protože se mùže dosti zahøívat. Já jsem umístil R29 do blízkosti chladièe T4 - viz fotografie vnitøku nabíjeèky. Stavba a oživení Nejdøíve zapojíme sí ovou èást se souèástkami TR1, TL6, Re1. Diodu D8 pøipájíme pøímo na vývody relé. Dále pøipevníme do skøíòky nabíjeèky 12

13 Øídicí deska je upevnìna pomocí distanèních sloupkù na boku skøíòky Obr. 5. Rozmístìní souèástek na øídicí desce nabíjeèky Pb diody D5, D6, D7 a kondenzátor C18 s rezistotrem R30. Pojistku Poj2 pøipevníme pøímo na transformátor. V této fázi stavby ještì není zapojeno ovládání Re1 mikroprocesorem, takže musíme rukou pøidržet stisknuté tlaèítko TL6, abychom mohli ovìøit velikost napìtí VN (musí být menší než 29 V) a funkci ventilátoru M1 (pøipojíme ho pøímo na napìtí 12 V). Nesmíme zapomenout pøipojit na kostru skøíòky ochranný vodiè. Ochranný vodiè též pøipojte na kostru transformátoru TR1. Nyní osadíme souèástkami ovládací desku (pozor na jednu drátovou propojku) a pøipevníme ji spolu s displejem LCD a potenciometrem P2 na èelní panel skøíòky. U displeje LCD dáme pozor na správné pøipojení datových signálù DB4 až DB7 (obr. 10). Dále osadíme souèástkami øídicí desku. Nejprve osadíme IO4 a zkontrolujeme velikost napìtí VCC = 5 V (IO4 vybavíme chladièem). Je-li vše v poøádku, osadíme zbývající souèástky. IO1 umístíme do objímky. Nyní mùžeme pøipojit konektory K2b a K4b a ovìøit funkci mikroprocesoru, displeje LCD a ovládací desky. Po odzkoušení pøipojíme výkonovou èást nabíjeèky. Pøipojíme baterii se sériovì zapojeným kalibraèní ampérmetrem a ovìøíme, zda funguje regulace nabíjecího proudu. Mìøení proudu zkalibrujeme v programovacím menu, zvolíme Kal mer I a pøi nabíjecím proudu asi 5 A nastavíme tlaèítky a na displeji takovou velikost nabíjecího proudu, jakou ukazuje kalibraèní ampérmetr. Dále zkalibrujeme nastavení proudu (k tomu již nepotøebujeme kalibraèní ampérmetr). V programovacím menu zvolíme Kal nast I a pøi proudu asi 5 A nastavíme potenciometr P1 tak, aby obì hodnoty proudu zobrazované na displeji LCD byly shodné. Pokud použijeme rezistory R12 až R17 s pøesností 1 %, není tøeba kalibrovat mìøení napìtí. Dále zkontrolujeme mìøení teploty chladièe T4 a funkci ventilátoru (nastavíme T vent. zap na 30 C a zaèneme nabíjet). Je-li vše poøádku, je nastavení nabíjeèky ukonèeno. Použité souèástky Pro konstrukci lze použít i souèástky ze šuplíkových zásob (to je i mùj pøípad), ale musí vyhovovat výkonovému zatížení pøi maximálním nabíjecím proudu. Moje konstrukce má omezenou maximální velikost proudu na 6 A. Displej LCD doporuèuji s podsvícením, jinak se musíte smíøit se zhoršenou èitelností (viz mùj displej bez podsvícení). Pokud není podsvícení zapojeno na displeji internì, je nutné zapojit rezistor o odporu asi 100 Ω, jak je znázornìno na obr. 10 (je možná úprava velikosti odporu tohoto rezistoru podle typu displeje). U mikroprocesoru musíme naprogramovat fuse bity na interní oscilátor 1 MHz. Ovládací program má pøedprogramována tato nastavení (default): Auto 6 V: 7,3 V. Obr. 6. Obrazec spojù na ovládací desce nabíjeèky Pb (mìø.: 1 : 1, rozmìry 113 x 75 mm) Obr. 7. Rozmístìní souèástek na ovládací desce nabíjeèky Pb 13

14 Uspoøádání souèástek ve skøíòce nabíjeèky Pb - pohled smìrem k zadnímu panelu. Výkonový rezistor R29 je umístìn na chladièi regulaèního tranzistoru T4 Auto 12 V: 14,5 V. Strida I: 50 %. T vent. zap: 50 C. T vent. om: 70 C. T vent. max: 80 C. Maximalni proud/prumerny proud: maximální proud. Èas do ukonèení nabíjení: 10 h. Obr. 8. Popis ovládacích a indikaèních prvkù na pøedním panelu nabíjeèky Pb (mìø.: 1 : 1) Závìr Navržená nabíjeèka umožòuje komfortnì nabíjet olovìné akumulátory s možností programové volby nabíjecího procesu. Hardware nabíjeèky dává šanci na další vylepšování, jako je napø. implementace nabíjecí charakteristiky W, další kalibraèní funkce atd. Program pro mikroprocesor lze najít na nebo mùžete kontaktovat autora na adrese: soundscope@seznam.cz Seznam souèástek R1, R2, R23 22 kω, miniaturní R3, R5, R11, R19, R25 10 kω, miniaturní R4, R10, R22, R28 1 kω, miniaturní R6 47 kω, miniaturní R7, R8 15 kω, miniaturní R9 12 kω, miniaturní R13, R12 1,5 kω/1 %/0,6 W, metal. R14, R15 22 kω/1 %/0,6 W, metal. R16,R17 4,7 kω/1 %/0,6 W, metal. R20, R21, R24 4,7 kω, miniaturní R18, R30 2,2 kω, miniaturní R27, R26 3,3 kω, miniaturní R29 0,22 Ω/20 W, drátový RN1 5x 10 kω, rezistor. sí RN2 5x 330 Ω, rezistor. sí P1 500 kω, trimr PT15H P2 1 kω, lin. potenciometr C µf/35 V, radiální C2, C3, C4, C5, C7, C10 C11, C17, C19, C nf, keramický C6 470 µf/10 V, radiální C9, C12 22 µf/16 V, radiální C14, C13 10 µf/25 V, radiální C pf/npo, keram. C16 10 nf, fóliový C µf/50 V, radiální L1 22 µh, axiální Obr. 10. Displej LCD Obr. 9. Stupnice potenciometru P2 pro ovládání nabíjecího proudu (mìø.: 1 : 1) Tab. 3. Popis vývodù displeje LCD Èíslo vývodu Symbol 1 VSS 2 VDD 3 VO 4 RS 5 R/Wnon 6 E 7 DB0 8 DB1 9 DB2 10 DB3 11 DB4 12 DB5 13 DB6 14 DB LED (+) LED (-) 14

15 D1, D8 1N4007 D2, D3, D4 1N4148 D5, D6 KY710 (20 A) D7 B250C25000 (25 A) D9, D11 LED zelená, 5 mm D10, D12 LED èervená, 5 mm D13 LED žlutá, 5 mm ZD1, ZD2, ZD4, ZD5 BZX85/5V6 ZD3 BZX85/15V ZD6 BZX85/30V T1, T2 BC T3 BS250 T4 IRFZ44 IO1 ATMega8 (naprogramovaný) IO2 LM2902 IO3 74HC164 IO IO5 LM35D/TO IO K1 ARK550/2 K2a, K3a PSL10 K4a PSL14 K2b, 3b PFL10 K4b PFL14 POJ1, POJ3 pojistkové pouzdro panelové + pojistka 0,63 A a 6,3 A (10 A) POJ2 pojistkové pouzdro KS10AP + pojistka 6,3 A (10 A) Vnitøek skøíòky nabíjeèky Pb - pohled smìrem k pøednímu panelu TL1, TL2, TL3, TL4,TL5 tlaèítko P-DT6 TL6 sí ové tlaèítko dvojité RE1 relé 12 V M1 Ventilátor 12 V, 80x80 mm TR1 transformátor 230 V/18 V, výkon podle požadovaného nabíjecího proudu Automatický obraceè polarity Na obr. 1 je schéma obvodu, který se vkládá mezi ss napájecí zdroj a spotøebiè a který automaticky zajiš uje správnou polaritu napájecího napìtí na svorkách spotøebièe pøi libovolné polaritì zdroje. K pøepínání polarity jsou využívána dvì relé RE1 a RE2. Výhodou použití relé je nulový úbytek napájecího napìtí na jejich kontaktech, což je výhodné pøedevším u výkonových aplikací (napø. pøi napájení radiostanic z automobilového akumulátoru apod.). Obr. 1. Automatický obraceè polarity Podobnou službu by poskytl i diodový Graetzùv mùstek, na jeho diodách by však vznikl nezanedbatelný úbytek napìtí (až 2 V na bìžných køemíkových diodách a až 1 V na Schottkyho diodách). Existují i jednodušší obvody, které však pouze chrání napájený pøístroj pøi pøepólování zdroje. Pokud je zdroj pøepólován, pøístroj nepracuje. Aby zaèel pracovat, musí se zdroj znovu pøipojit správnì. Ss napájecí zdroj se k automatickému obraceèi polarity pøipojuje ke svorkám J1 a J2, napájený spotøebiè je pøipojen ke svorkám J3 (+) a J4 (-). Když je napájecí zdroj odpojen, jsou obì relé v neaktivním stavu, spojení mezi vstupem a výstupem je pøerušeno a výstup je kontaktem re1 zkratován. Po pøipojení zdroje s jakoukoli polaritou se tedy ani na nepatrný okamžik nemùže dostat opaèné napájecí napìtí na vstup spotøebièe a znièit ho. Pokud pøipojíme napájecí zdroj tak, že jeho kladný pól je na svorce J1 a záporný na J2, aktivuje se pøes diodu D1 relé RE1 a pøeklopí se kontakt re1. Pøes tento kontakt se pøivede kladné napìtí ze vstupní svorky J1 na výstupní svorku J3. Záporný pól zdroje na vstupní svorce J2 je pøes kontakt re2 v klidové poloze pøipojen k výstupní svorce J4. Když pøipojíme napájecí zdroj tak, že jeho záporný pól je na svorce J1 a kladný na J2, aktivuje se pøes diodu D2 relé RE2 a pøeklopí se kontakt re2. Pøes tento kontakt se pøivede záporné napìtí ze vstupní svorky J1 na výstupní svorku J4. Kladný pól zdroje na vstupní svorce J2 je pøes kontakt re1 v klidové poloze pøipojen k výstupní svorce J3. Paralelnì k cívkám relé jsou pøipojeny diody D3 a D4, pøes které se uzavírají proudy tekoucí cívkami po odpojení napájecího napìtí. Pøi absenci tìchto diod by pøi odpojování napájecího napìtí vznikaly na cívkách impulsy vysokého napìtí, které by mohly poškodit napájený spotøebiè. V pùvodním prameni byly místo diod D3 a D4 pøipojeny paralelnì k cívkám relé sériové èlánky RC s kondenzátorem o kapacitì 100 nf a rezistorem o odporu 100 Ω. Tyto èlánky pohlcují energii magnetického pole cívky a stejnì jako diody zabraòují vzniku špièek vysokého napìtí. Èlánky RC jsou ménì výhodné než diody, protože jsou dražší a rozmìrnìjší. V døívìjších dobách se však musely používat, protože vhodné diody ještì neexistovaly. Typ relé volíme podle podle napìtí a proudu spotøebièe. Jmenovité napìtí cívky relé musí odpovídat napìtí spotøebièe (zdroje), jmenovitý proud kontaktù relé musí odpovídat maximálnímu napájecímu proudu spotøebièe. Naštìstí v souèasnosti je bohatý výbìr kvalitních a spolehlivých relé v širokém sortimentu. Elektor, 7-8/

16 Úvod Bylo zapotøebí testovat celkem 20 rùzných typù kabelù s poètem zapojených vodièù 2, 3, 4, 5, 8, a 12. Požadavkem bylo, aby obsluha testeru nemusela nic pøepínat a nastavovat nebo zjiš ovat, jak je mìøený kabel zapojen a kolik má zapojených vodièù. Pro tyto úèely byl vyvinut jednoúèelový tester, na jehož pøedním panelu byly umístìny všechny použité konektory a 6 sloupcù LED pro vyhodnocení stavu kabelu. Konektory se stejným poètem vodièù byly zapojeny paralelnì. Jednotlivé moduly testeru byly umístìny na jedné desce s plošnými spoji (DPS) o rozmìrech asi 100 x 380 mm. Pro ètenáøe PE, resp. Electusu, jsem toto zapojení upravil jako univerzální tester ve dvou variantách. V první variantì se testují kabely do ètyø vodièù, druhá varianta je urèena pro testování kabelù až s osmi vodièi. První varianta je urèena napø. pro mìøení kabelù s konektory typu Jack mono, Jack stereo, XLR, BNC, Cinch DIN, USB apod. Druhá mùže posloužit pro mìøení kabelù s konektory typu RJ45, UTP, Scart, DIN apod. V pøípadì zájmu ètenáøù mohu uveøejnit tester i pro vìtší poèet mìøených vodièù - napø. pro kabely VGA nebo sériový a paralelní kabel k PC. Popis funkce V kabelu mohou vzniknout následující závady: Pøerušený vodiè, pøechodový odpor, zkrat mezi vodièi, pøekøížení vodièù. Popisovaný tester mìøí automaticky postupnì jeden po druhém všechny vodièe v kabelu a všechny uvedené závady je schopen odhalit. Výsledek mìøení se zobrazuje pomocí øady LED. Tester vícežilových kabelù Jan Aišman Popisovaný tester kabelù byl vyvinut na zakázku pro firmu, která se zabývá pronájmem a servisem filmové techniky. Po každém vrácení zapùjèených pøístrojù bylo tøeba zkontrolovat propojovací kabely k pøíslušným pøístrojùm. Schéma zapojení první varianty testeru kabelù (do 4 vodièù) je na obr. 1. Souèástí první varianty testeru je indikaèní obvod se ètyømi LED LD1 až LD4, jehož schéma je na obr. 3, a obvod pøepínaèe poètu testovaných vodièù SW1, jehož schéma je na obr. 5. LED se pøipojují k testeru pøes konektor X3, pøepínaè pøes konektor X4. Schéma zapojení druhé varianty testeru kabelù (do 8 vodièù) je na obr. 2. Souèástí druhé varianty testeru je indikaèní obvod s osmi LED, jehož schéma je na obr. 4, a obvod pøepínaèe poètu testovaných vodièù, jehož schéma je na obr. 5 (zapojení pøepínaèe je pro obì varianty stejné). I u druhé varianty se LED pøipojují k testeru pøes konektor X3 a pøepínaè pøes konektor X4. Zdrojová èást testeru je pro obì varianty shodná a její schéma je na obr. 6. Dále si popíšeme funkci první varianty testeru, v závorkách jsou uvedeny zmìny pro druhou variantu. Mìøený kabel je zapojen pøes pøíslušné konektory na panelu pøístroje a konektory X1 a X2 (umístìné na DPS) na shodné vývody oznaèené 1 až 4 (1 až 8) mezi rezistory R1A až R4A (R1A až R8A) a R1B až R4B (R1B až R8B). Rezistory R1A až R4A (R1A až R8A) jsou pøipojeny k napájecímu napìtí 15 V, rezistory R1B až R4B (R1B až R8B) se pøipojují postupnì pomocí integrovaného tranzistorového spínaèe IC1 typu ULN2004 (ULN2804) na zem. Cyklus mìøení obsahuje jeden takt navíc, který nespíná nic a vytváøí tak prodlevu mezi každým cyklem. Pøi sepnutí spínaèe protéká mìøeným vodièem proud asi 150 ma. Tento pomìrnì velký proud byl zvolen proto, aby bylo možné odhalit i závady kabelu typu pøechodový odpor nebo tzv. studený spoj. Na odporovém dìlièi složeném z rezistorù R1C až R4C (R1C až R8C) a R1D až R4D (R1D až R8D) se vytváøí napìtí závislé na stavu vodièe, které se porovnává s referenèním napìtím na dvojitých operaèních zesilovaèích (OZ) Q1 až Q4 (Q1 až Q8) zapojených jako komparátory. Mezi oba výstupy každé dvojice OZ jsou zapojeny dvoubarevné èerveno-zelené bipolární LED, které barvou svého svitu nebo absencí svitu indikují stav jednotlivých vodièù v kabelu, jak bude popsáno dále. Okolo operaèních zesilovaèù jsou ještì souèástky R1E1, R1E2, R1F, R1G a D1 a s indexem 2, 3, 4 (2 až 8) pro další operaèní zesilovaèe. R1G omezuje proud LED na asi 12 ma. R1F a D1 mají následující funkci: pøi mìøení vodièe, který je v poøádku, by byly výstupy obou operaèních zesilovaèù v úrovni log. 1 (ve vysoké úrovni) a LED LD1 by nesvítila. Jakmile je však operaèní zesilovaè Q1A, na jehož výstup je pøipojena zelená anoda dvoubarevné LED LD1, v úrovni log. 1 (což je možné pouze tehdy, když je mìøený vodiè v poøádku), vnutí výstup OZ Q1A pøes D1 a R1F na invertující vstup OZ Q1B svou úroveò log. 1, následkem èehož bude mít OZ Q1B na svém výstupu úroveò log. 0 a LED LD1 bude svítit zelenì. Rezistory R1E1 a R1E2 mají pouze oddìlovací funkci. Vstupy sedminásobného (osminásobného) integrovaného tranzistorového spínaèe Q5 ULN2004 (ULN2804) jsou øízeny z dekadického èítaèe 4017 (IC1), do jehož vstupu CLK jsou pøivedeny hodinové impulsy s kmitoètem asi 1 Hz z obvodu NE555 (U1) v klasickém astabilním zapojení. Výstupy Q3, Q4, Q5 (Q3 až Q9) dekadického èítaèe IC1 jsou pøipojeny na dvouøadou adresovací lištu X4, na kterou umístíme zkratovací propojku na pozici oznaèenou na DPS èísly 2, 3, 4 (2 až 8) podle poètu mìøených vodièù. Pozice oznaèená C (common) je spoleèný vodiè pro použití pøepínaèe SW1, jak bude uvedeno dále. Tuto adresovací lištu mùžeme nahradit desetipólovým (šestnáctipólovým) samoøezným konektorem pro plochý kabel a na pøedním panelu pøístroje umístit otoèný pøepínaè SW1 pro nastavení potøebného poètu taktù. Pro první variantu testeru mùžeme také použít místo adresovací lišty X4 jen 4 dráty k pøepínaèi SW1 nebo jednoøadý konektor (stejný jako X1 a X2), který zapojíme do levé øady adresovací lišty. Pokud uvažujeme o mìøení napø. jen dvou- a tøížilových vodièù, mùžeme na pøední panel umístit jednoduchý pøepínaè. Jeho spoleèný kontakt pøipojíme na X4 do pozice C a zbývající dva kontakty na pozice napø. 2 a 3. Konektor X7, na kterém je vyvedeno napájecí napìtí, hodinové impulsy a referenèní napìtí pro komparátory, je urèen pro propojení s dalšími deskami testeru pomocí desetipólového samoøezného konektoru pro plochý kabel. 16

17 Obr. 1. Schéma první varianty testeru kabelù (do 4 vodièù) Více desek použijeme tehdy, když chceme mìøit kabely s rùzným poètem vodièù souèasnì nebo nechceme použít pøepínaè. V tom pøípadì umístíme zkratovací propojku na adresovací lištu X4 na každou desku podle potøeby a zdrojovou èást desky osadíme jen na jedné desce. Mùžeme samozøejmì spolu kombinovat obì varianty testeru. Neuvažujeme-li o této možnosti, konektor X7 neosadíme. Kolik testerù mùžeme takto propojit? Proudový odbìr první varianty je v klidu asi 15 ma, druhé varianty asi 25 ma. Pøi mìøení jednoho vodièe pøipoèteme 150 ma a 12 ma pro LED. Pøi mìøení pouze jednoho vodièe v jeden okamžik mùžeme ke zdroji s výstupním proudem asi 1 A pøipojit až 40 testerù (pokud ovšem testery nenapájíme ze sítì pøes TR1 o výkonu 1,8 VA). Pro mìøení kabelù s vìtším poètem vodièù než 8 mùžeme použít více testerù, jak bylo uvedeno døíve, a vodièe mìøeného kabelu rozdìlit na dva nebo i více testerù s tím, že budeme mìøit dva nebo více vodièù souèasnì. V takovém pøípadì mùžeme spolu propojit jen nìkolik testerù. Sloupec LED LD1 až LD4 (LD1 až LD8) podle obr. 3 (obr. 4) pro vyhodnocení stavu kabelu je pøipojen na vidlici X3 pomocí desetipólové (šestnáctipólové) samoøezné zásuvky pro plochý kabel a mùže být umístìn na pøedním panelu pøístroje. Tester mùžeme napájet pøes konektor X9 a sí ový transformátor TR1 (230 V/18 V/ 1,8 VA) pøímo ze sítì 230 V/50 Hz nebo pøes konektor X8 z jiného zdroje støídavého napìtí 18 až 24 V (popø. ss napìtí 20 až 30 V), který je schopen dodat proud až 1 A. Na vstupu zdroje je diodový mùstkový usmìròovaè, takže na polaritì pøipojeného ss napìtí nezáleží. Pokud nepoužijeme sí ové napájení, mùžeme èást desky s TR1 podle naznaèených obrysù odstøihnout. Konektor X8 je ètyøpólový, na vývody oznaèené na obr. 13 a obr. 15 jako Pwr pøipojíme zdroj støídavého nebo ss napìtí a na vývody Sw vypínaè testeru. V pøípadì, že tester napájíme z transformátoru, mùžeme konektor X8 použít pouze dvoupólový a umístit ho na pozici Sw. Ve zdrojové èásti testeru (obr. 6) je použit usmìròovací mùstek B1 se zatižitelností 1500 ma, filtraèní kondenzátory C6 až C9 a stabilizátor V1 typu Odporový dìliè složený z rezistorù R2, R3 a R4 vytváøí referenèní napìtí Ref-Hi a Ref-Lo pro komparátory. Tento dìliè byl navržen tak, aby se pøi mìøení projevil pøechodový odpor již od 2 Ω. V pùvodním zapojení bylo však zapotøebí mìøit pomìrnì tenké kabely o délce asi 20 m, v nichž odpor jednotlivých vodièù pøesahoval hranici 2 Ω, a pøestože byl kabel v poøádku, tester hlásil chybu. Pro 17

18 Obr. 2. Schéma druhé varianty testeru kabelù (do 8 vodièù) 18

19 Obr. 3. Schéma pomocné desky s LED LD1 až LD4 pro první variantu testeru kabelù (do 4 vodièù) Obr. 4. Schéma pomocné desky s LED LD1 až LD8 pro druhou variantu testeru kabelù (do 8 vodièù) Obr. 5. Schéma pomocné desky s pøepínaèem SW1, která je stejná pro obì varianty testeru kabelù tento pøípad slouží rezistor R5, který mùžeme spínaèem pøipojeným na konektor X5 pøipojit paralelnì k rezistoru R3, èímž zvýšíme hranici hlášení pøechodového odporu asi na 20 Ω. Konektor X5 mùžeme vyvést na pøední panel pøístroje. Nebudeme-li mìøit kabely s odporem žil vìtším než 2 Ω, X5 neosadíme. Souèástí zdroje je i generátor hodinových impulsù o kmitoètu asi 1Hz s U1 typu NE555. Výstup hodin je veden pøes konektor X6, který je osazen zkratovací propojkou. Pøi jejím vyjmutí pøerušíme hodinové impulsy do dekadického èítaèe, což umožòuje staticky mìøit každý jednotlivý vodiè po neomezenì dlouhou dobu a napø. ohýbáním mìøeného kabelu zkoumat pøelomený vodiè nebo studený spoj. Èítaè zastavíme v okamžiku, kdy svítí LED toho vodièe, který chceme staticky zkoumat. I konektor X6 mùžeme vyvést na spínaè na pøedním panelu pøístroje. Podrobný popis funkce testeru Ètenáø, kterého zajímá tento tester pouze z hlediska uživatele, mùže celý tento odstavec pøeskoèit. Následující podrobný popis mìøení dvou vodièù je doplnìn obrázky sejmutými z obrazovky programu Electronics Work-bench 5.0, který mi pøi vývoji tohoto zaøízení vydatnì pomáhal. Zapojení na tìchto obrázcích je zjednodušené a je popisováno pouze pro dva mìøené vodièe. Integrovaný tranzistorový spínaè Q5 je nahrazen spínaèi oznaèenými Sw1 a Sw2. První mìøený vodiè je zapojen mezi body A1 a B1 a druhý mezi A2 a B2. Rezistory mají stejné èíslovaní jako na schématech na obr. 1 a obr. 2. Komparátory oznaèené jako 1Red (èervený), a 1Green (zelený) pro vodiè zapojený mezi body A1 a B1 a 2Red a 2Green pro vodiè zapojený mezi body A2 a B2 mají na výstupech mìøicí sondy, jejichž barva urèuje barvu svitu nebo absenci svitu LED v konkrétním zapojení. Jsou vynechány souèástky R1E1, R1E2, R1F, R1G a D1, jejichž funkce byla popsána výše. Mìøicí sonda svítí pøi úrovni kladného napájecího napìtí ( log. 1 ) a nesvítí pøi úrovni záporného napájecího napìtí ( log. 0 ). Ve skuteènosti je dvoubarevná LED zapojena mezi výstupy komparátorù. Voltmetry oznaèené Test1 a Test2 zobrazují napìtí na vstupech komparátorù a voltmetry oznaèené Ref-Lo a Ref-Hi zobrazují napìtí na odporovém dìlièi, se kterým se porovnává napìtí na vstupu obou komparátorù. Odpory rezistorù dìlièe se liší od skuteèného zapojení, protože je ignorován úbytek napìtí na tranzistorovém spínaèi Q5. Obr. 7a. Obrázek z programu Electronics Workbench 5.0 pro oba mìøené vodièe v poøádku Obr. 6. Schéma napájecího zdroje, který je shodný pro obì varianty testeru kabelù 19

20 A nyní popis jednotlivých stavù mìøeného kabelu. 20 Situace na obr. 7a a obr. 7b - oba mìøené vodièe jsou v poøádku. Obr. 7b. Obrázek z programu Electronics Workbench 5.0 pro oba mìøené vodièe v poøádku Obr. 8. Obrázek z programu Electronics Work-bench pøechodový odpor (5 Ω) a pøerušený vodiè (500 Ω) Obr. 9a. Obrázek z programu Electronics Workbench zkrat mezi mìøenými vodièi Obr. 9b. Obrázek z programu Electronics Workbench zkrat mezi mìøenými vodièi Na obr. 7a je spínaè Sw1 sepnut a spínaè Sw2 vypnut. Napìtí v bodì Test1 je rovno pøesnì polovinì napájecího napìtí, odporový dìliè R1C a R1D je mìøeným vodièem zkratován. Napìtí na vstupech komparátorù 1Green a 1Red je menší než obì referenèní napìtí. Na výstupech obou komparátorù je log. 1. Ve skuteèném zapojení je vlivem souèástek R1F a D1 pøivedena na invertující vstup komparátoru 1Red úroveò log. 1 z výstupu komparátoru 1Green, který je ve stavu log. 1, jak bylo popsáno výše. Výstup komparátoru 1Red je v úroveni log. 0 a LED svítí zelenì. Napìtí na vstupech komparátorù 2Green a 2Red je vìtší než obì referenèní napìtí. Na výstupech obou komparátorù je úroveò log. 0 a LED nesvítí. Na obr. 7b je stejná situace s tím, že spínaè Sw1 je vypnut a spínaè Sw2 je sepnut. Situace na obr. 8 - pøechodový odpor a pøerušený vodiè. Pro zjednodušení jsou sepnuty oba spínaèe. Mezi body A1 a B1 je zapojen vodiè, jehož odpor je 5 Ω. Napìtí na vstupech komparátorù 1Green a 1Red je vìtší než Ref-Lo a menší než Ref-Hi. Výstup komparátoru 1Red je v úrovni log. 1 a výstup komparátoru 1Green je v úrovni log. 0, takže LED svítí èervenì. Mezi body A2 a B2 je zapojen vodiè jehož odpor je 500 Ω. Napìtí na vstupech komparátorù 2Green a 2Red je vìtší než obì referenèní napìtí. Na výstupech obou komparátorù jsou úrovnì log. 0, LED nesvítí. Situace na obr. 9a a obr. 9b - zkrat mezi vodièi. Na obr. 9a je spínaè Sw1 sepnut a spínaè Sw2 vypnut. Napìtí v bodech Test1 i Test2 je rovno 2/3 napájecího napìtí, protože rezistory R1A a R2A jsou propojeny paralelnì a ve spodní èásti dìlièe je rezistor R1B nebo R2B sepnut spínaèem Sw1 nebo Sw2 (vždy jen jeden). Paralelnì jsou propojeny i vstupy všech komparátorù a napìtí na jejich vstupech je vìtší než Ref-Lo a menší než Ref-Hi. Výstupy komparátorù 1Red i 2Red budou v úrovních log. 1 souèasnì pøi sepnutí Sw1 i Sw2. Ve skuteèném zapojení to znamená, že budou souèasnì svítit èervenì LED obou (nebo více) zkratovaných vodièù. Na obr. 9b je stejná situace s tím, že spínaè Sw1 je vypnut a spínaè Sw2 je sepnut. Situace na obr. 10a a obr. 10b - pøekøížené vodièe. Na obr. 10a je spínaè Sw1 sepnut a spínaè Sw2 je vypnut. Jeden mìøený vodiè je zapojen mezi body A2 a B1 a druhý mezi A1 a B2.