WebSVN – MLAB – Rev 211 – Blame – /Designs/ROBOTS/DART01A/DOC/HTML/DART01A.cs.html

203

miho

1

<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3c.org/TR/html4/strict.dtd">

2

<html>

3

<head>

4

<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8">

5

<title> DART01A </title>

6

<meta name="keywords" content="stavebnice MLAB solární vozítko DART">

7

<meta name="description" content="Projekt MLAB, solární vozítko DART">

8

9

<link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB základní styl">

203

miho

11

<script type="text/javascript" src="../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script>

12

13

</head>

14

15

<body lang="cs">

16

17

18

19

<div class="Header">

20

<script type="text/javascript">

21

<!--

22

SetRelativePath("../../../../");

23

DrawHeader();

24

// -->

25

</script>

26

<noscript>

27

<p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>

28

</noscript>

29

</div>

30

31

32

33

34

<div class="Menu">

35

<script type="text/javascript">

36

<!--

37

SetRelativePath("../../../../");

38

DrawMenu();

39

// -->

40

</script>

41

<noscript>

42

<p><b> Pro zobrazení (vložení) menu je potřeba JavaScript </b></p>

43

</noscript>

44

</div>

45

46

47

48

<div class="Text">

49

50

<p class="Title"> DART01A – solární vozítko s měničem </p>

51

52

<p class=Autor> Milan Horkel </p>

53

54

<p class="Subtitle">

55

Popisovaná konstrukce je experimentálním vozítkem pro závody solárních modelů.

56

Je zde stručně uvedena mechanická konstrukce a konstrukce elektroniky

57

obsahující měnič a řídící procesor pro řízení měniče a startu vozítka.

58

</p>

59

60

<p class="Subtitle">

203

miho

62

alt="Celkový pohled">

63

<br>

203

miho

65

alt="Elektronika ze strany součástí">

66

<img width="227" height="148" src="Pictures/image003.jpg"

67

alt="Elektronika ze strany spojů">

68

</p>

69

70

<p>

71

<a href="../DART01A.cs.pdf"><img class="NoBorder"

72

src="../../../../Web/PIC/FileIco_PDF.ico"

73

alt="Acrobat"> PDF verze</a>

74

</p>

75

76

<h1> Technické údaje </h1>

77

78

<table>

79

<tr>

80

<th> Parametr </th>

81

<th> Hodnota </th>

82

<th> Poznámka </th>

83

</tr>

84

<tr>

85

<td> Napájení </td>

86

<td> 8ks slunečních článků </td>

87

<td> cca 65mW </td>

88

</tr>

89

<tr>

90

<td> Akumulační prvek </td>

91

<td> Kondenzátor 10G/16V </td>

92

<td> Maximálně do 18V (omezeno ZD) </td>

93

</tr>

94

<tr>

95

<td> Maximální energie </td>

96

<td> 1.3J / 1.6J </td>

97

<td> Při 16V / 18V </td>

98

</tr>

99

<tr>

100

<td> Řízení </td>

101

<td> Procesor PIC16F88 </td>

102

<td> AD převodník, PWM, SSP, časovač </td>

103

</tr>

104

<tr>

105

<td> Hmotnost </td>

106

<td> 70g </td>

107

<td> Z toho elektronika 20g </td>

108

</tr>

109

<tr>

110

<td> Rozměry </td>

111

<td> 155x115x100mm </td>

112

<td> Elektronika 49x31x38mm </td>

113

</tr>

114

</table>

115

116

<h1> Úvodem </h1>

117

118

<p>

119

Konstrukce solárního vozítka vyžaduje mnoho experimentování. Vznikla proto robustní

120

mechanická konstrukce podvozku s oddělitelnými slunečními články a samostatná deska

121

elektroniky. Většinu ladění a experimentů lze udělat tak, že se na podvozek umístí závaží

122

odpovídající váze slunečních článků a elektroniky (osvědčila se 9V baterie) a podvozek se

123

propojí tenkým drátem (lakovaný drát 0.2mm) s elektronikou, která leží na pracovním stole.

124

Na sluneční články lze svítit obyčejnou stolní lampou, jen je třeba zvolit vhodnou

125

vzdálenost, aby množství energie odpovídalo soutěžnímu osvětlení. Do místa dojezdu je

126

vhodné dát polštář aby se podvozek nepotloukl.

127

</p>

128

129

<p>

130

Všechna dosavadní solární vozítka (na soutěžích v Ostravě), která nějakým způsobem

131

akumulovala energii, se snažila nabít přímo ze slunečních článků velký kondenzátor a ten

132

pak vybít do motoru. Tento proces má dvě úskalí.

133

</p>

134

135

<p>

136

Za prvé sluneční články dávají maximální výkon jen při určitém napětí (2.5 až 3V při 8

137

článcích dle úrovně osvětlení). Tedy při připojení slunečních článků na vybitý kondenzátor

138

je většina energie nevyužita (velký proud, ale nepatrné napětí dají nepatrný výkon).

139

</p>

140

141

<p>

142

Druhým kamenem úrazu je to, jak dostat co nejvíce energie z kondenzátoru do motoru. Prosté

143

připojení motoru je velmi neefektivní, mnohem výhodnější je postupný rozjezd. V autě se

144

také nerozjíždíme na pětku i když nakonec chceme jet co nejrychleji. Komplikací je i ta

145

skutečnost, že část energie v kondenzátoru zbývá nevyužita, protože napětí na kondenzátoru

146

neklesne na nulu.

147

</p>

148

149

<h2> Koncepce řešení </h2>

150

151

<p>

152

První problém lze v podstatě bezezbytku vyřešit tím, že mezi baterii slunečních článků a

153

akumulační kondenzátor umístíme měnič, který řídíme tak, aby bylo na slunečních článcích

154

optimální napětí. Zaplatíme za to tím, že se část energie ztratí v měniči (účinnost cca

155

80%) a část energie spotřebuje procesor na řízení měniče (cca 1mA). Procesor ale stejně

156

potřebujeme, protože to je nejsnazší způsob jak zajistit start vozítka v definovaném čase

157

(dle pravidel 15s).

158

</p>

159

160

<p>

161

Energii z akumulačního kondenzátoru přivedeme do motoru „po kouskách“ tak, že při rozjezdu

162

budeme nejprve krátce spínat proud do motoru a během rozjezdu budeme postupně přidávat.

163

Bohužel část energie v kondenzátoru zůstane nevyužita (napětí neklesne k nule). Aby tato

164

část byla co nejmenší, je vhodné volit kondenzátor raději menší kapacity ale na větší

165

napětí. Napětí je omezeno hlavně průrazným napětím použitých tranzistorů.

166

</p>

167

168

<h2> Dosažené výsledky </h2>

169

170

<p>

171

Předběžné dosažené výsledky ukazují, že solární vozítko je schopné konkurovat nejlepším

172

konstrukcím z předchozích ročníků soutěže. Zvýšená spotřeba elektroniky a její hmotnost je

173

s rezervou vyvážena lepším využitím energie ze slunečních článků.

174

</p>

175

176

<h1> Mechanická konstrukce </h1>

177

178

<p>

179

Mechanická konstrukce se skládá ze 3 částí:

180

</p>

181

182

<table>

183

<tr>

184

<th> Část </th>

185

<th> Hmotnost </th>

186

<th> Celkem </th>

187

</tr>

188

<tr>

189

<td> Podvozek s motorem </td>

190

<td> 35g </td>

191

<td rowspan="3"> 69g </td>

192

</tr>

193

<tr>

194

<td> Panel slunečních článků </td>

195

<td> 14g </td>

196

</tr>

197

<tr>

198

<td> Elektronika </td>

199

<td> 20g (z toho kondenzátor 13g) </td>

200

</tr>

201

</table>

202

203

<p>

204

Podvozek je samostatný stavební prvek a panel slunečních článků je k němu připevněn pomocí

205

stojin z hliníkové trubičky Ø3mm, které lze oddělit jak od podvozku, tak i od panelu

206

slunečních článků. Elektronika je připevněna pomocí gumičky.

207

</p>

208

209

<h2> Podvozek </h2>

210

211

<p>

212

Podvozek je slepený z balzového dřeva a smrkových latiček. Provedení je určeno použitým

213

motorem a převody. Motor i převody pochází z nefunkční CD ROM mechaniky. Podvozek byl

214

stavěn spíše robustní aby něco vydržel a jistě by jej bylo možné odlehčit.

215

</p>

216

217

<p>

218

Kola (standardní modelářská) jsou spolu s velkým ozubeným kolem převodu nasazena (a

219

přilepena) na osu, kterou tvoří hliníková trubička Ø3mm. Na ose jsou dále přilepena

220

2 kuličková ložiska, za která je náprava uchycena do podvozku (ložiska nejsou k podvozku

221

přilepena). Ložiska pocházejí ze starého pevného disku.

222

</p>

223

224

<p>

225

Přední kolo má pneumatiku z malého modelářského kolečka a náboj tvoří opět malé kuličkové

226

ložisko s osou z hliníkové trubičky. Kolečko musí být dobře připevněno k podvozku, aby se

227

neulomilo při tvrdém dojezdu.

228

</p>

229

230

<p>

231

Stojiny jsou zasunuty v trubičkách z hnědé papírové lepenky. Tyto trubičky jsou epoxidovým

232

lepidlem zalepeny do podvozku. Podrobnosti jsou patrné z přiložených obrázků.

233

</p>

234

235

<p>

236

<img width="268" height="189" src="Pictures/image004.jpg"

237

alt="Podvozek, pohled zhora">

238

<img width="170" height="190" src="Pictures/image005.jpg"

239

alt="Převodovka">

240

<img width="143" height="188" src="Pictures/image006.jpg"

241

alt="Přední kolo">

242

</p>

243

244

<h2> Panel slunečních článků </h2>

245

246

<p>

247

Sluneční články jsou velmi křehké a je tedy nezbytné náležitě je chránit před poškozením.

248

Ke každému článku jsou zespoda připájeny 2 tenké dráty za které jsou přichyceny k podložce

249

z 1mm balzy. Okraj podložky je zpevněn latičkami 2x3mm. Vpředu a vzadu jsou přilepené

250

trubičky z papírové lepenky pro nasazení panelu na stojky. Všechny články jsou zapojené v

251

sérii a vývod je opatřen kablíkem s konektorem.

252

</p>

253

254

<p>

255

<img width="209" height="189" src="Pictures/image007.jpg"

256

alt="Solární články">

257

<img width="105" height="188" src="Pictures/image008.jpg"

258

alt="Připevnění stojin">

259

</p>

260

261

<h1> Elektronika </h1>

262

263

<h2> Blokové schéma </h2>

264

265

<p>

266

<img width="465" height="227" src="Pictures/image009.gif"

267

alt="Blokové schéma">

268

</p>

269

270

<p>

271

Srdcem elektroniky je jednočipový procesor PIC16F88, který zajišťuje kompletní řízení jak

272

měniče (pomocí PWM jednotky a AD převodníku) tak i rozjezdu (pomocí SSP jednotky).

273

</p>

274

275

<p>

276

Napájení zajišťuje panel slunečních článků. Získaná energie se měničem střídá do

277

akumulačního kondenzátoru, odkud se pak spínačem motoru využívá pro rozjezd vozítka.

278

</p>

279

280

<p>

281

K procesoru jsou připojeny 2 odporové trimry, jejichž nastavení lze přečíst pomocí AD

282

převodníku a mohou se použít pro nastavení parametrů řídících algoritmů. Přepínač slouží

283

pro výběr až 4 různých řídících algoritmů.

284

</p>

285

286

<p>

287

Pro ladění je možné k elektronice připojit pomocný terminál s dvouřádkovým LCD displejem

288

pro průběžné zobrazování nastavených parametrů.

289

</p>

290

291

<h2> Energetická bilance </h2>

292

293

<p>

294

Zdrojem energie je sada 8ks slunečních článků 25x50mm zapojených do série, které poskytnou

295

při soutěžním osvětlení cca 60mW výkonu. Maximální výkon lze z článků získat při takovém

296

zatížení, při kterém je na nich napětí 2.5 až 3V. Tato velikost napětí je výhodná i tím, že

297

se dá bez úprav použít pro napájení řídícího procesoru (PIC16F88).

298

</p>

299

300

<p>

301

Na startu je možno 15s akumulovat energii. Za tyto dobu poskytnou články cca 0.9J energie.

302

Vlastní spotřeba procesoru (1mA) je jen malou částí a nebudeme ji dále uvažovat. Akumulační

303

kondenzátor 10G/16V se touto energií nabije ideálně na cca 13.4V. Vzhledem k tomu že měnič

304

má ztráty, bude na kondenzátoru napětí o něco menší. Teoreticky se do uvažovaného

305

kondenzátoru vejde až 1.28J při 16V a máme tedy i dostatečnou rezervu (více světla, lepší

306

články a podobně).

307

</p>

308

309

<p>

310

<img width="137" height="41" src="Pictures/image010.gif"

311

alt="Vzorec E = 0.5 * C * U * U">

312

</p>

313

314

<p>

315

<img width="129" height="47" src="Pictures/image011.gif"

316

alt="Vzorec U = sqrt( 2 * E / C )">

317

</p>

318

319

<h2> Měnič </h2>

320

321

<p>

322

Používáme blokující měnič, který má ideální vlastnosti pro uvažovanou aplikaci. Umožňuje

323

totiž transformovat energii ze vstupního napětí jak směrem dolu (když je akumulační

324

kondenzátor vybitý) tak i směrem nahoru (když je akumulační kondenzátor nabitý). Velikost

325

výstupního napětí není principielně omezena a aby nedošlo k proražení spínacího tranzistoru

326

nebo akumulačního kondenzátoru je na výstupu měniče zařazena ochranná Zenerova dioda 16V

327

nebo 18V.

328

</p>

329

330

<p>

331

<img width="378" height="155" src="Pictures/image012.gif"

332

alt="Principální schéma měniče">

333

</p>

334

335

<p>

336

Po sepnutí tranzistoru Q se objeví napájecí napětí na primárním vinutí transformátoru a

337

začne postupně lineárně narůstat proud primárním vinutím a dochází k ukládání energie v

338

podobě magnetického pole cívky.

339

</p>

340

341

<p>

342

<img width="147" height="41" src="Pictures/image013.gif"

343

alt="Vzorec i(t) = U * t / L">

344

</p>

345

346

<p>

347

<img width="133" height="41" src="Pictures/image014.gif"

348

alt="Vzorec E = 0.5 L * I * I">

349

</p>

350

351

<p>

352

Množství uložené energie je úměrné t<sup>2</sup> času sepnutí spínače Q protože proud je

353

úměrný času t.

354

</p>

355

356

<p>

357

Současně plynulý nárůst proudu způsobí, že se na sekundárním vinutí objeví konstantní

358

napětí shodné velikosti jako na primárním vinutí (primární i sekundární vinutí mají shodný

359

počet závitů). Kladný pól tohoto napětí je u tečky protože kladný pól napětí na primárním

360

vinutí je také u tečky. Sekundární vinutí je zapojeno tak, že dioda D je uzavřena a

361

sekundárním vinutím neteče proud.

362

</p>

363

364

<p>

365

V okamžiku rozpojení spínače Q přestává téci proud primárním vinutím a transformátor vrací

366

naakumulovanou energii přes diodu D do akumulačního kondenzátoru C. Napětí na sekundárním

367

vinutí je dáno napětím na kondenzátoru C (plus úbytek na diodě D) a napětí na primárním

368

vinutí je opět zhruba shodné. Tranzistor Q je namáhán napětím rovným součtu napájecího

369

napětí a napětí na akumulačním kondenzátoru.

370

</p>

371

372

<p>

373

Následující průběhy orientačně zobrazují průběh buzení tranzistoru, napětí na primárním

374

vinutí (na sekundárním je vždy stejné) a proudy primárním a sekundárním vinutím.

375

</p>

376

377

<p>

378

<img width="373" height="181" src="Pictures/image015.gif"

379

alt="Časové průběhy napětí a proudu">

380

</p>

381

382

<p>

383

Množství energie v každém cyklu je dáno t<sup>2</sup> doby sepnutí spínače. Tato doba je

384

řízena procesorem tak, aby se udržovalo optimální napětí na slunečních článcích. Při

385

poklesu napětí pod nastavenou mez se zkracuje doba sepnutí a naopak.

386

</p>

387

388

<p>

389

Aby měl měnič dobrou účinnost (cca 80%) je nezbytné zajistit, aby se jádro transformátoru

390

nepřebuzovalo. Toho se docílí tím, že jádro má vzduchovou mezeru. V měniči je použito

391

toroidní jádro Ø10mm z hmoty H22 (nízkofrekvenční hmota). Jádro se oparně přelomí na 2 poloviny

392

a mezi ně se vloží papírová samolepka. Pak se vnitřní a vnější průměr jádra oblepí papírovou

393

samolepkou, aby jádro drželo pohromadě. Protože je hmota H22 elektricky vodivá, slouží papír

394

současně i jako ochrana proti zkratu vinutí na ostrých hranách jádra. Je možné použít i jádra

395

E z budícího transformátoru ze spínaného zdroje pro PC nebo z vyřazeného monitoru. Výhoda

396

toroidu je pouze v jeho o něco menší hmotnosti.

397

</p>

398

399

<p>

400

Vinutí se vine bifilárně 2x70 závitů drátem o Ø0.2mm. Obě vinutí se tedy vinou najednou lehce

401

zkrouceným párem vodičů. Při zapojování je třeba správně zapojit začátky a konce vinutí.

402

Začátky vinutí jsou ve schématu označeny tečkou.

403

</p>

404

405

<p>

406

Indukčnost vinutí volíme tak, aby při buzení PWM na úrovni cca 30% tekl do měniče jmenovitý

407

proud. Pokud teče proud moc malý je indukčnost příliš velká a naopak. Současně

408

zkontrolujeme dosaženou účinnost. Pokud je menší než asi 75% je něco špatně (nevhodné

409

jádro, malá nebo žádná vzduchová mezera, mizerná výstupní dioda, málo sepnutý tranzistor a

410

podobně).

411

</p>

412

413

<h3> Volba součástek </h3>

414

415

<p>

416

Tranzistor Q – použijeme výkonový FET s prahovým napětím cca 2V pro proud cca 5A. Takové

417

tranzistory se vyskytují na mainboardech (zejména notebooků) nebo v LiIon bateriích do

418

mobilních telefonů. Někdy bývají dvojité (ale mohou mít nevhodně zapojené vývody). V

419

současné době se již dají podobné tranzistory v pouzdru SO8 koupit.

420

</p>

421

422

<p>

423

Dioda D – použijeme Schottkyho diodu na cca 5A. Velmi pěkně funguje SB540 ale je trochu

424

větší než použitý SMD typ.

425

</p>

426

427

<h2> Rozjezd </h2>

428

429

<p>

430

Aby se co nejvíce pracně získané energie z akumulačního kondenzátoru dostalo do motoru je

431

třeba provádět plynulý rozjezd. Prosté připojení motoru vede k nevalným výsledkům.

432

</p>

433

434

<p>

435

<img width="236" height="185" src="Pictures/image016.gif"

436

alt="Principální zapojení rozjezdu">

437

</p>

438

439

<p>

440

Rozjezd zajistíme postupným spínáním tranzistoru Q nejprve na kratičkou dobu a postupně

441

dobu sepnutí prodlužujeme až nakonec zůstane tranzistor trvale sepnutý. K impulsnímu buzení

442

používáme jednotku SSP procesoru (synchronní komunikační jednotka), která umožňuje vysílat

443

sériově datová slova (8 bitů). Je tak snadné vysílat buď jen jednu jedničku nebo až 7

444

jedniček.

445

</p>

446

447

<p>

448

<img width="323" height="199" src="Pictures/image017.gif"

449

alt="Průběhy při rozjezdu">

450

</p>

451

452

<p>

453

Dioda D je zde nepostradatelnou součástkou a bez ní to nejede. Při sepnutí roste lineárně

454

proud motorem (je to konec konců cívka) a při rozpojení je potřeba, aby mohl proud téci i

455

nadále. Jinak hrozí proražení spínacího tranzistoru. Dioda umožňuje proudu pokračovat v

456

průchodu motorem i po rozpojení tranzistoru. Proud tekoucí motorem je zdrojem jeho „síly“,

457

tedy točivého momentu.

458

</p>

459

460

<p>

461

Jako optimální se jeví „řazení“ po 50 až 80ms. Opakovací frekvence rozjezdu je cca 7KHz.

462

</p>

463

464

<h1> Schéma </h1>

465

466

<p>

467

<img width="642" height="783" src="Pictures/image018.gif"

468

alt="Celkové schéma">

469

</p>

470

471

<p>

472

Zenerova dioda D1 chrání procesor před přepětím a přepólováním. Zenerova dioda D4 chrání

473

akumulační kondenzátor a spínací tranzistory (oba) před příliš vysokým napětím.

474

</p>

475

476

<p>

477

Odpory R2 a R4 zajišťují vypnutý klidový stav tranzistorů Q1A a Q1B. Odpory R1 a R3 spolu s

478

diodami D5 a D6 zajišťují ochranu procesoru proti záporným špičkám od spínacích tranzistorů

479

(způsobených nezanedbatelnou kapacitou mezi D a G elektrodami výkonových FET tranzistorů).

480

</p>

481

482

<p>

483

Dioda D2 je výstupní diodou měniče a dioda D3 je ochrannou diodou obvodů rozjezdu motoru.

484

Pro zlepšení účinnosti je možné tyto diody buď vybrat (minimální úbytek v propustném směru)

485

nebo zdvojit.

486

</p>

487

488

<p>

489

Kondenzátor C4 je akumulačním kondenzátorem. Je volen s ohledem na optimální poměr množství

490

uložené energie k jeho hmotnosti. Je zajímavé, že kondenzátor 10G/10V je stejně velký (tedy

491

nevýhodný). Rozměry kondenzátorů se neustále, je tedy třeba pořídit kondenzátor co

492

nejnovější.

493

</p>

494

495

<p>

496

Procesor běží z vnitřního RC oscilátoru (na kmitočtu 4MHz). Tlačítko SW1 umožňuje aktivovat

497

jeho reset. Konektor J7 slouží k programování procesoru. J5 je piezo element, který se

498

používá pro akustickou indikaci, že nastal reset.

499

</p>

500

501

<p>

502

P1 a P2 slouží pro nastavování parametrů algoritmů. Jejich nastavení se čte pomocí AD

503

převodníku. Přepínač SW2 slouží pro volbu jednoho ze čtyř algoritmů. Odpory R8 a R9

504

zajišťují, že se při programování procesoru nezkratují programovací vodiče na zem.

505

</p>

506

507

<p>

508

Tranzistor Q2 slouží jako výstupní tranzistor sériové linky pomocí níž procesor vysílá

509

výstupní data (na jednoduchý terminál s dvouřádkovým LCD displejem). Používá se při ladění.

510

Zvolené řešení zajišťuje, že připojený terminál (displej) nemá žádný vliv na spotřebu

511

elektroniky.

512

</p>

513

514

<p>

515

Pro zajištění optimálního napětí na slunečních článcích je třeba měřit velikost napájecího

516

napětí. Toho se docílí srovnáním napájecího napětí a napětím na referenční diodě U2 na

517

které je standardně 1.25V. Napájení referenční diody se zapíná jen po dobu měření (z portu

518

RA4 přes R7).

519

</p>

520

521

<p>

522

<i>

523

Důležitou součástkou je C5. Bez tohoto kondenzátoru se může elektronika dostat do

524

naprosto nefunkčního stavu ze kterého se nedostane ani tlačítkem reset. Mechanismus

525

zablokování spočívá v tom, že při poklesu napájení pod mez při které procesor přestává

526

fungovat a současně je PWM výstup ve stavu H zůstává klopný obvod PWM výstupu procesoru ve

527

stavu H. K udržení tohoto stavu stačí pár desetin voltů napájení a při opětovném nárůstu

528

napájení se současně spíná tranzistor Q1A, který v této situaci vytváří zkrat na napájení.

529

Napájecí napětí pak není schopno překonat prahové napětí tranzistoru Q1A (cca 0.8V). Při

530

takhle nízkém napětí signál reset ještě nefunguje.

531

</i>

532

</p>

533

534

<h1> Osazení a oživení </h1>

535

536

<h2> Osazení </h2>

537

538

<p>

539

Plošný spoj je vhodné vyrobit z co nejtenčího materiálu aby byl co nejlehčí. Poněkud

540

obtížnější je jen připájení miniaturního tranzistoru Q1. Piezo element je přilepen ze

541

strany součástek pomocí mezikruží z oboustranně lepicí samolepky. Aby bylo piezo element

542

lépe slyšet, vyvrtá se pod ním otvor o průměru Ø2mm. Pozor na polaritu vinutí

543

transformátoru.

544

</p>

545

546

<p>

547

<img width="516" height="327" src="Pictures/image019.jpg"

548

alt="Osazovák, strana spojů">

549

<img width="516" height="326" src="Pictures/image020.jpg"

550

alt="Osazovák, strana součástí">

551

</p>

552

553

<table class="Soupiska">

554

<tr>

555

<th colspan="2"> Odpory </th>

556

<td></td>

557

<th colspan="2"> Tranzistory </th>

558

</tr>

559

<tr>

560

<td> R1,R3,R6 </td>

561

<td> 100 </td>

562

<td></td>

563

<td> Q1 </td>

564

<td> Si17904DN </td>

565

</tr>

566

<tr>

567

<td> R8,R9 </td>

568

<td> 1k </td>

569

<td></td>

570

<td> Q2 </td>

571

<td> 2N7002SMD </td>

572

</tr>

573

<tr>

574

<td> R5,R7 </td>

575

<td> 10k </td>

576

<td></td>

577

<th colspan="2"> Integrované obvody </th>

578

</tr>

579

<tr>

580

<td> R2,R4 </td>

581

<td> 100k </td>

582

<td></td>

583

<td> U1 </td>

584

<td> PIC16F88/SO </td>

585

</tr>

586

<tr>

587

<th colspan="2"> Odporové trimry </th>

588

<td></td>

589

<td> U2 </td>

590

<td> LM385-1.2_SO8 </td>

591

</tr>

592

<tr>

593

<td> P1,P2 </td>

594

<td> 100k </td>

595

<td></td>

596

<th colspan="2"> Mechanické součástky </th>

597

</tr>

598

<tr>

599

<th colspan="2"> Keramické kondenzátory </th>

600

<td></td>

601

<td> J1 </td>

602

<td> BAT </td>

603

</tr>

604

<tr>

605

<td> C7,C8 </td>

606

<td> 10nF </td>

607

<td></td>

608

<td> J2,J3,J6 </td>

609

<td> JUMP2 </td>

610

</tr>

611

<tr>

612

<td> C5,C6 </td>

613

<td> 100nF </td>

614

<td></td>

615

<td> J4 </td>

616

<td> MOTOR </td>

617

</tr>

618

<tr>

619

<td> C2,C3 </td>

620

<td> 4uF/16V </td>

621

<td></td>

622

<td> J5 </td>

623

<td> PIEZO </td>

624

</tr>

625

<tr>

626

<th colspan="2"> Elektrolytické kondenzátory </th>

627

<td></td>

628

<td> J7 </td>

629

<td> PIC_ISP </td>

630

</tr>

631

<tr>

632

<td> C1 </td>

633

<td> 1000uF/6.3V </td>

634

<td></td>

635

<td> SW1 </td>

636

<td> P-B1720 </td>

637

</tr>

638

<tr>

639

<td> C4 </td>

640

<td> 10G/16V </td>

641

<td></td>

642

<td> SW2 </td>

643

<td> SMDSW2 </td>

644

</tr>

645

<tr>

646

<th colspan="2"> Indukčnosti </th>

647

<td></td>

648

<td></td>

649

<td></td>

650

</tr>

651

<tr>

652

<td> TR1 </td>

653

<td> L-TR-1P1S_DOT </td>

654

<td></td>

655

<td></td>

656

<td></td>

657

</tr>

658

<tr>

659

<th colspan="2"> Diody </th>

660

<td></td>

661

<td></td>

662

<td></td>

663

</tr>

664

<tr>

665

<td> D1 </td>

666

<td> BZV55C5.6SMD </td>

667

<td></td>

668

<td></td>

669

<td></td>

670

</tr>

671

<tr>

672

<td> D2,D3 </td>

673

<td> SK54ASMD </td>

674

<td></td>

675

<td></td>

676

<td></td>

677

</tr>

678

<tr>

679

<td> D4 </td>

680

<td> BZV55C18SMD </td>

681

<td></td>

682

<td></td>

683

<td></td>

684

</tr>

685

<tr>

686

<td> D5,D6 </td>

687

<td> BAT48SMD </td>

688

<td></td>

689

<td></td>

690

<td></td>

691

</tr>

692

</table>

693

694

<h2> Oživení </h2>

695

696

<p>

697

Po naprogramování by měl procesor po každém resetu pípnout. Při oživování se používají

698

testovací algoritmy programového vybavení. Na výstup RS232 je vhodné připojit pomocný

699

terminál tvořený procesorem PIC s dvouřádkovým LCD displejem. Dále jsou k oživování

700

nezbytné běžné multimetry (současné měření vstupního napětí a proudu a výstupního napětí na

701

definované zátěži) a laboratorní zdroj. Velmi užitečným nástrojem je též osciloskop pro

702

kontrolu průběhů.

703

</p>

704

705

<p>

706

Při napájení z laboratorního zdroje je třeba omezit napájecí proud. Zejména algoritmy 0 a

707

3, které se snaží udržet definované napětí na slunečních článcích mohou vést k přetížení

708

měniče (spálení cívky nebo tranzistoru).

709

</p>

710

711

<h1> LCD terminál </h1>

712

713

<p>

714

LCD terminál se připojuje na konektor J6 elektroniky a průběžně zobrazuje to, co

715

elektronika posílá po sérové lince. Terminál lze snadno sestavit z procesorového modulu s

716

procesorem PIC16F84 a z modulu s dvouřádkovým LCD displejem. Po překladu programu terminálu

717

lze samozřejmě použít i jiný procesor.

718

</p>

719

720

<p>

721

Komunikační rychlost je 9600Bd bez potvrzování přenosu, 8 datových bitů, 1 stop bit,

722

polarita inverzní (nastavuje se ve zdrojovém kódu).

723

</p>

724

725

<p>

726

<img width="642" height="316" src="Pictures/image021.gif"

727

alt="Schéma terminálu">

728

</p>

729

730

<p>

731

Připojení LCD displeje shrnuje následující přehled:

732

</p>

733

734

<table>

735

<tr>

736

<td> RB4 </td>

737

<td> LCD_DB4 </td>

738

</tr>

739

<tr>

740

<td> RB5 </td>

741

<td> LCD_DB5 </td>

742

</tr>

743

<tr>

744

<td> RB6 </td>

745

<td> LCD_DB6 </td>

746

</tr>

747

<tr>

748

<td> RB7 </td>

749

<td> LCD_DB7 </td>

750

</tr>

751

<tr>

752

<td> RA0 </td>

753

<td> LCD_RS </td>

754

</tr>

755

<tr>

756

<td> RA1 </td>

757

<td> LCD_E </td>

758

</tr>

759

<tr>

760

<td> GND </td>

761

<td> LCD_RW </td>

762

</tr>

763

<tr>

764

<td> RB1 </td>

765

<td> RS232_IN </td>

766

</tr>

767

</table>

768

769

<h1> Programové vybavení </h1>

770

771

<p>

772

Verze 1.01.

773

</p>

774

775

<h2> Uživatelský návod </h2>

776

777

<p>

778

Programové vybavení má implementovány 4 algoritmy, které se volí stavem dvojitého přepínače

779

SW2.

780

</p>

781

782

<h3> Algoritmus 0 – standardní jízda </h3>

783

784

<p>

785

Po resetu 14.5s akumuluje energii do kondenzátoru a poté provede rozjezd. Hlavní měnič a

786

algoritmus optimalizace zátěže slunečních článků běží po celou dobu běhu programu. Pomocí

787

P1 se nastavuje požadovaná velikost napětí na slunečních článcích a pomocí P2 se nastavuje

788

rychlost rozjezdu.

789

</p>

790

791

<h3> Algoritmus 1 – test PWM měniče a měniče pro rozjezd </h3>

792

793

<p>

794

Pomocí P1 se nastavuje šířka PWM impulsů hlavního měniče. Je vhodné napájení z

795

regulovatelného zdroje (s proudovým omezením na cca 0.5A). Účinnost se určuje ze vstupního

796

napětí a proudu a z napětí na zatěžovacím odporu 100Ω na výstupu (konektor J3).

797

P2 musí být nastaven na 0 nebo musí být odpojen motor.

798

</p>

799

800

<p>

801

Šířka impulsů spínače motoru se nastavuje pomocí P2. P1 se nastaví na 0 a na J3 se přivádí

802

pomocné napájecí napětí (5 až 16V). Při šířce impulsů 1 (nastaveno pomocí P2) by mělo

803

vozítko pomalu jet při napětí pomocného zdroje 16V.

804

</p>

805

806

<h3> Algoritmus 2 – test rozjezdu </h3>

807

808

<p>

809

Tento algoritmus po resetu počká 2s a pak provede standardní rozjezd motoru. Po 2s motor

810

opět odpojí. Pomocí P2 se nastavuje prodleva mezi stupni řazení. Optimální hodnota bývá

811

mezi 50 a 80ms (není kritické). Test rozjezdu se provádí tak, že se přes J3 nabije

812

akumulační kondenzátor na požadované napětí, poté se pomocný zdroj odpojí a provede se

813

start (pomocí tlačítka reset). Měří se buď délka dráhy nebo čas projetí fixní dráhy. Hlavní

814

střídač při tomto testu neběží. Algoritmus 0 používá stejné nastavení P2.

815

</p>

816

817

<h3> Algoritmus 3 – test optimalizace nabíjení </h3>

818

819

<p>

820

Tento algoritmus slouží k ověření algoritmu optimalizace výkonu ze slunečních článků.

821

Pomocí P1 se nastavuje požadovaná hodnota napětí na solárních článcích tak, aby na zátěži

822

100Ω na výstupu (konektor J3) bylo maximální napětí. Algoritmus 0 používá stejné nastavení P1.

823

</p>

824

825

<h2> Architektura programu </h2>

826

827

<p>

828

Procesor běží z vnitřního generátoru hodin 4MHz. Má povolen <span lang="EN-US">watch

829

dog</span> a výstup PWM má nastaven na port RB3.

830

</p>

831

832

<p>

833

Pro vysílání dat do pomocného terminálu používá program HW podporu (jednotka USART) ale

834

nepoužívá přerušení. Je-li třeba vyslat více znaků za sebou, pak procedura pro vysílání

835

znaků <samp>Putc()</samp> čeká dokud není vyslán předchozí znak. Počáteční inicializaci

836

sériové linky zajišťuje procedura <samp>InitRS232()</samp>. Rychlost je nastavena na

837

9600Bd.

838

</p>

839

840

<p>

841

Pro pozvolný rozjezd motoru se používá jednotka sériové synchronní komunikace SSP, která

842

umožňuje vyslat zadaná data sérově HW prostředky. Pro postupný rozjezd se nejprve vysílají

843

data obsahující 1 jedničku a postupně se ve vysílaném (osmibitovém) slově zvětšuje počet

844

jedniček až na 7. Poté se jednotka SSP deaktivuje a na příslušnou výstupní nožičku je

845

nastaven stav trvalé jedničky.

846

</p>

847

848

<p>

849

Jednotka SSP po vyslání 1 bajtu dat vyvolá přerušení, jehož obsluha zapíše další bajt do

850

SSP pro vyslání. Jaký bajt se opakovaně vysílá je určeno „převodovým stupněm“ při rozjezdu.

851

Obsluhu přerušení zajišťuje procedura <samp>IntSSP()</samp>, data pro opakované vysílání

852

jsou uložena v globální proměnné <samp>MotorPattern</samp>. Hodnota do této proměnné se

853

nastavuje pomocí procedury <samp>MotorPatternSet()</samp>, která ze zadaného „rychlostního

854

stupně“ vyrobí slovo s příslušným počtem jedniček. Klidový stav („neutrál“) a plný výkon se

855

neobsluhují pomocí SSP, protože jsou zajištěny trvalým stavem 0 nebo 1 na portu pro

856

ovládání motoru.

857

</p>

858

859

<p>

860

Procedura <samp>MotorSet()</samp> zajišťuje nastavení zadaného rychlostního stupně a povolí

861

přerušení od jednotky SSP. Tato procedura se volá z hlavního programu pro rozjezd.

862

</p>

863

864

<p>

865

Pro měření času pro akumulaci a pro „řazení“ při rozjezdu se používá časovač T0, který je

866

nastaven na přerušení každou cca 1ms (asi 1000x za sekundu). Obsluhu přerušení od časovače

867

zajišťuje procedura <samp>IntT0()</samp>.

868

</p>

869

870

<p>

871

Pro odměřování uplynutí časového intervalu se používá procedura <samp>TimerSet()</samp> a

872

pro testování, zda již nastavený čas uplynul, se používá funkce <samp>TimerIf()</samp>.

873

</p>

874

875

<p>

876

Automatický rozjezd motoru se zahajuje voláním procedury <samp>MotorStart()</samp>, která

877

nastaví příslušné proměnné, které slouží pro řízení rozjezdu. Vlastní řízení rozjezdu se

878

provádí v proceduře <samp>IntT0()</samp>, tedy v obsluze přerušení od časovače T0.

879

Podstatným parametrem rozjezdu je časový interval mezi řazením rychlostních stupňů. Tento

880

parametr se ukládá do globální proměnné <samp>MotorDelay</samp>. Proměnné

881

<samp>MotorGear</samp> a <samp>MotorTime</samp> obsahují aktuální rychlostní stupeň (1 je

882

nejméně) a čas(v ms), který ještě zbývá, než se bude řadit další rychlost.

883

</p>

884

885

<p>

886

Funkce <samp>ReadAD()</samp> zajišťuje změření napětí na zadaném vstupu AD převodníku.

887

Výstupem je hodnota 8 bitů (0 až 255). Kanál 0 a 1 měří natočení běžce trimru P1 a P2,

888

kanál 4 měří napětí na referenční diodě U2 (v tomto případě se před měřením připojuje

889

napájení na referenční diodu a po ukončení měření se odpojuje).

890

</p>

891

892

<h3> Hlavní program </h3>

893

<p>

894

Hlavní program sestává z inicializační části, která se provádí jen jednou, poté otestuje

895

stav přepínačů režimu činnosti a podle jejich nastavení spustí jeden ze 4 výkonných

896

algoritmů.

897

</p>

898

899

<p>

900

Inicializace sestává z těchto činností:

901

</p>

902

903

<ul>

904

<li>Nastavení rychlosti interního generátoru na 4MHz </li>

905

<li>Nastavení klidové hodnoty na výstupních portech </li>

906

<li>Nastavení <span lang="EN-US">watch dog</span> na 130ms </li>

907

<li>Povolení analogových vstupů na AN0 až AN4, ostatní jsou digitální </li>

908

<li>Inicializace RS232 </li>

909

<li>Pípnutí na piezo element </li>

910

<li>Přečtení stavu přepínače pro volbu režimu činnosti a výpis na LCD </li>

911

<li>Inicializace PWM výstupu (perioda 32us, rozlišení 1us, výstup na 5 bitů) </li>

912

<li>Inicializace časovače T0 (přerušení po cca 1ms) </li>

913

<li>Načtení parametru P2 (časová prodleva mezi stupni řazení při rozjezdu) </li>

914

</ul>

915

916

<p>

917

Algoritmus optimalizace zátěže slunečních článků pracuje tak, že se přečte z P1 (AD

918

převodníkem na kanálu 1) požadovaná hodnota, která se následně porovnává se skutečnou

919

hodnotou změřeného napětí referenční diody (napětí na referenční diodě je vždy 1,25V ale

920

změřená hodnota odráží skutečnost, že číslu 255 odpovídá plné napájecí napětí procesoru,

921

tedy napětí na slunečních článcích). Pokud je číslo menší, znamená to, že napájecí napětí

922

je větší než požadované a je možno zvýšit výkon měniče. Zvýší se tedy délka PWM impulsu. V

923

opačném případě se délka impulsu snižuje (až na nulu). Maximální hodnota délky PWM impulsu

924

je omezena na 24us, protože při připojení tvrdého napájecího zdroje (například při

925

programování procesoru) by se regulace snažila snížit napájecí napětí na optimálních 2.5 až

926

3V což nejde (nakonec by tranzistor měniče zůstal trvale sepnutý).

927

</p>

928

929

<h2> Terminál </h2>

930

931

<p>

932

Program úvodem vypíše verzi na LCD displeji a poté začne přijímat data ze sériové linky.

933

Příjem je zahájen start bitem na INT0 vstupu. Start bit vyvolá přerušení, během kterého je

934

programově přečten 1 znak a vložen do fronty přijatých znaků (až 40 znaků).

935

</p>

936

937

<p>

938

Hlavní smyčka pouze opakovaně testuje, zda je nějaký znak ve frontě znaků a v případě že

939

jej nalezne, tak jej zpracuje (zobrazí). Program podporuje následující řídící znaky:

940

</p>

941

942

<ul>

943

<li><samp>0x0C</samp> = <samp>\f</samp> – smazání displeje </li>

944

<li><samp>0x0A</samp> = <samp>\n</samp> – přechod na druhou řádku displeje </li>

945

<li><samp>0x0D</samp> = <samp>\r</samp> – přechod na pozici 1,1 </li>

946

<li><samp>0x08</samp> = <samp>\b</samp> – <span lang="EN-US">back space</span> </li>

947

</ul>

948

949

</div>

950

951

952

953

<div class="Footer">

954

<script type="text/javascript">

955

<!--

956

SetRelativePath("../../../../");

957

DrawFooter();

958

// -->

959

</script>

960

<noscript>

961

<p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>

962

</noscript>

963

</div>

964

965

966

</body>

967

</html>

Subversion Repositories – MLAB

(root)/Designs/ROBOTS/DART01A/DOC/HTML/DART01A.cs.html @ 1592

Rev 211