WebSVN – MLAB – Rev 594 – Blame – /Designs/CT01B/DOC/HTML/CT01B.cs.html

331

miho

1

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">

381

miho

10

<link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB_Print.css" type="text/css" media="print">

193

miho

12

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

13

14

</head>

15

16

<body lang="cs">

17

18

19

20

<div class="Header">

21

<script type="text/javascript">

22

<!--

23

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

24

DrawHeader();

25

// -->

26

</script>

27

<noscript>

28

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

29

</noscript>

30

</div>

31

32

33

34

35

<div class="Menu">

36

<script type="text/javascript">

37

<!--

38

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

39

DrawMenu();

40

// -->

41

</script>

42

<noscript>

43

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

44

</noscript>

45

</div>

46

47

48

49

<div class="Text">

50

<p class="Title">

51

Tester slunečních článků

52

</p>

53

<p class=Autor>

54

Milan Horkel

55

</p>

56

<p class="Subtitle">

57

Zařízení CT01B slouží k testování a měření slunečních článků a

58

baterií sestavených ze slunečních článků. Umožňuje průběžné zobrazení

59

optimálního zatěžovacího bodu (napětí, proud a výkon při optimální zátěži)

60

a změření zatěžovací charakteristiky a její odeslání do počítače PC.

61

Zařízení vzniklo pro měření slunečních článků používaných pro roboty

62

poháněné světlem.

63

</p>

64

<p class="Subtitle">

65

<img width=324 height=304 src="Pictures/image001.jpg"

66

alt="Obrázek CT01B">

67

</p>

68

<p>

69

<a href="../CT01B.cs.pdf"><img class="NoBorder"

70

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

71

alt="Acrobat"> PDF verze</a>

72

</p>

73

74

<h1> Technické údaje </h1>

75

76

<table>

77

<tr>

78

<th> Parametr </th>

79

<th> Hodnota </th>

80

<th> Poznámka </th>

81

</tr>

82

<tr>

83

<td> Napájení </td>

84

<td> 9 až 12V </td>

85

<td> </td>

86

</tr>

87

<tr>

88

<td> Spotřeba </td>

89

<td> max. 265mA </td>

90

<td> Na prázdno do cca 15mA </td>

91

</tr>

92

<tr>

93

<td> Rozsah měření proudu </td>

94

<td> 0 až 250mA </td>

95

<td> S krokem 1mA </td>

96

</tr>

97

<tr>

98

<td> Rozsah měření napětí </td>

99

<td> -0,2 až +4,4V </td>

100

<td> </td>

101

</tr>

102

<tr>

103

<td> Rozhraní </td>

104

<td> RS232 </td>

105

<td> Jen RX/TX bez potvrzování </td>

106

</tr>

107

<tr>

108

<td> Rozměry </td>

109

<td> 91 x 91 x 20mm </td>

110

<td> Výška nad nosnou deskou </td>

111

</tr>

112

</table>

113

114

<h1> Popis konstrukce </h1>

115

116

<h2> Úvodem </h2>

117

118

<p>

119

Uvedený modul vznikl z potřeby detailního prozkoumání vlastností

120

slunečních článků používaných pro solární vozítka. Cílem vývoje bylo

121

získat možnost rychlého a automatického měření zatěžovacích charakteristik

122

slunečních článků tak, aby se měření dalo stihnout dříve, než se články

123

ohřejí od lampy. Měří se závislost napětí na zatěžovacím proudu, který

124

se automaticky mění v rozsahu 0 až 250mA s krokem 1mA.

125

Měření se končí při dosažení nulového nebo záporného napětí na svorkách

126

slunečního článku. Naměřené hodnoty se automaticky odesílají po lince

127

RS232 do počítače PC.

128

</p>

129

130

<p>

131

Vzhledem k tomu, že zařízení obsahuje mikroprocesor, nebylo již

132

obtížné doplnit jej o algoritmus automatického průběžného hledání

133

optimální zátěže a zobrazování optimálního napětí, proudu i výkonu

134

na LCD displeji.

135

</p>

136

137

<h2> Zapojení modulu </h2>

138

139

<h3> Číslicová část </h3>

140

141

<p>

142

Základem zapojení je mikroprocesor PIC16F88, který obsahuje analogově

143

digitální (AD) převodník a obvod pro pulsně šířkovou modulaci (PWM).

144

AD převodník používáme k měření napětí na slunečních článcích.

145

Obvod PWM používáme jako digitálně analogový (DA) převodník pro

146

nastavování požadovaného zatěžovacího proudu.

147

</p>

148

149

<p>

150

Procesor běží z vnitřního oscilátoru, není tedy třeba připojovat

151

krystal. Reset je vyveden na tlačítko. Dále je připojen programovací

152

konektor. Funkční tlačítko F1 je připojeno na vstup B4 a standardní

153

dvouřádkový LCD displej je připojen obvyklým způsobem.

154

</p>

155

156

<p>

157

Pro komunikaci s PC se používá běžný převodník úrovní pro RS232

158

MAX232. Sériový kanál je připojen na vývody procesoru, které mají HW

159

podporu sériové komunikace.

160

</p>

161

162

<p>

163

Napájení zajišťuje stabilizátor s obvodem 7805. Spotřeba naprázdno

164

je cca 15mA (při připojeném PC). Spotřeba se zvětšuje o proud, který

165

teče slunečními články a může tak dosáhnout maximálně až 265mA.

166

</p>

167

168

<p>

169

<img width=473 height=122 src="Pictures/image002.gif"

170

alt="Napájecí zdroj">

171

</p>

172

173

<p>

174

<img width=513 height=420 src="Pictures/image003.gif"

175

alt="Procesor">

176

</p>

177

178

<p>

179

<img width=358 height=203 src="Pictures/image004.gif"

180

alt="Display">

181

<img width=323 height=312 src="Pictures/image005.gif"

182

alt="Převodník RS232">

183

</p>

184

185

<table class="Soupiska">

186

<tr>

187

<th> Reference </th>

188

<th> Hodnota </th>

189

<tr>

190

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

191

</tr>

192

<tr>

193

<td> R6 </td>

194

<td> 1 </td>

195

</tr>

196

<tr>

197

<td> R14, R18 </td>

198

<td> 100 </td>

199

</tr>

200

<tr>

201

<td> R5, R11, R13, R15 </td>

202

<td> 1k </td>

203

</tr>

204

<tr>

205

<td> R10 </td>

206

<td> 1k2 </td>

207

</tr>

208

<tr>

209

<td> R2, R3, R7, R8, R9, R12, R17 </td>

210

<td> 10k </td>

211

</tr>

212

<tr>

213

<td> R16 </td>

214

<td> 47k </td>

215

</tr>

216

<tr>

217

<td> R1 </td>

218

<td> 180k </td>

219

</tr>

220

<tr>

221

<td> R4, R19, R20 </td>

222

<td> 220k </td>

223

</tr>

224

<tr>

225

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

226

</tr>

227

<tr>

228

<td> P1, P2, P3 </td>

229

<td> 47k/PT10MVK047 </td>

230

</tr>

231

<tr>

232

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

233

</tr>

234

<tr>

235

<td> C6 </td>

236

<td> 10nF </td>

237

</tr>

238

<tr>

239

<td> C2, C3, C4, C5, C7, C8, C9, C10, C12, C13, C14,

240

C15, C16, C17, C18, C19, C20 </td>

241

<td> 100nF </td>

242

</tr>

243

<tr>

244

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

245

</tr>

246

<tr>

247

<td> C1 </td>

248

<td> 100M/16V </td>

249

</tr>

250

<tr>

251

<td> C11, C21 </td>

252

<td> 22uF/6.3V </td>

253

</tr>

254

<tr>

255

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

256

</tr>

257

<tr>

258

<td> D1 </td>

259

<td> 1N4007 </td>

260

</tr>

261

<tr>

262

<td> D2 </td>

263

<td> BZX85_5V6 </td>

264

</tr>

265

<tr>

266

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

267

</tr>

268

<tr>

269

<td> Q1 </td>

270

<td> MOS-N-ENH-D </td>

271

</tr>

272

<tr>

273

<td> Q2 </td>

274

<td> BD136 </td>

275

</tr>

276

<tr>

277

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

278

</tr>

279

<tr>

280

<td> U1 </td>

281

<td> LM7805T </td>

282

</tr>

283

<tr>

284

<td> U2 </td>

285

<td> TLC272C </td>

286

</tr>

287

<tr>

288

<td> U3 </td>

289

<td> PIC16F88/P </td>

290

</tr>

291

<tr>

292

<td> U4 </td>

293

<td> SC1602A </td>

294

</tr>

295

<tr>

296

<td> U5 </td>

297

<td> MAX232 </td>

298

</tr>

299

<tr>

300

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

301

</tr>

302

<tr>

303

<td> SW1, SW2 </td>

304

<td> P-B1720 </td>

305

</tr>

306

<tr>

307

<td> J1 </td>

308

<td> K375A </td>

309

</tr>

310

<tr>

311

<td> J2 </td>

312

<td> JUMP4 </td>

313

</tr>

314

<tr>

315

<td> J3 </td>

316

<td> JUMP2X1 </td>

317

</tr>

318

<tr>

319

<td> J4 </td>

320

<td> JUMP3 </td>

321

</tr>

322

<tr>

323

<td> J5 </td>

324

<td> PIC_ISP </td>

325

</tr>

326

<tr>

327

<td> J6 </td>

328

<td> RS232DB9M </td>

329

</tr>

330

</table>

331

332

<p>

333

<img width=330 height=888 src="Pictures/image006.gif"

334

alt="Schema">

335

</p>

336

337

<h3> Analogová část </h3>

338

339

<p>

340

Analogová část obvodu se skládá ze dvou obvodů. Prvním z nich

341

je zdroj proudu s tranzistorem Q1 a druhým je pak zdroj

342

pomocného napětí 0.5V s tranzistorem Q2.

343

</p>

344

345

<h4> Řízený zdroj proudu </h4>

346

347

<p>

348

Zdroj proudu je tvořen operačním zesilovačem (OZ) U2A, tranzistorem Q1

349

a snímacím odporem R6. OZ řídí tranzistor Q1 tak, aby úbytek na

350

R6 byl shodný jako napětí na jeho neinvertujícím vstupu. Pro maximální

351

proud 250mA je úbytek na R6 250mV. Při maximálním proudu je tedy

352

na kladné svorce J3.1 minimálně něco přes 250mV (rezerva na Q1).

353

Aby se dalo měřit až k nulovému napětí na článcích musí být

354

záporná svorka J3.2 udržována minimálně na tomto napětí.

355

Zvolené napětí záporné svorky je 0.5V.

356

</p>

357

358

<p>

359

Řídící napětí pro zdroj proudu se získává z PWM (pulsně šířková

360

modulace) výstupu procesoru U3.9. Toto pulsní napětí je jednak sníženo

361

na asi 1/20 velikosti (z rozsahu 0 až 5V na rozsah 0 až 250mV) odporovým

362

děličem R1, P1, R2 a filtrováno kondenzátorem C5 tak, aby vzniklo

363

stejnosměrné řídí napětí pro řízení proudového zdroje.

364

</p>

365

366

<p>

367

Protože reálný OZ má obecně nenulový ofset vstupního napětí (i několik

368

mV předem neznámé polarity) je do neinvertujícího vstupu OZ injektován

369

chybový proud tak, aby při nastavení PWM výstupu procesoru na

370

hodnotu 5 (5 z 255) bylo možno nastavit nulový proud.

371

Nastavení nuly se provádí pomocí P2 při kalibraci.

372

</p>

373

374

<p>

375

Jako tranzistor Q1 se hodí libovolný NFET tranzistor, který má prahové

376

napětí do 2V. Takové tranzistory se dají získat například ze starých

377

mainboardů počítačů PC.

378

</p>

379

380

<h4> Pomocný zdroj napětí 0.5V</h4>

381

382

<p>

383

Druhou částí je zdroj pomocného napětí 0.5V, který umožňuje měřit

384

napětí na článcích až k nulové hodnotě (i kousek pod nulu). Dělič

385

R9, R10 definuje velikost napětí (1/10 napájecího), OZ U2B řídí pak

386

tranzistor Q2 tak, aby na svorce J4.1 bylo shodné napětí. Nevýhodou

387

je, že stejný proud, jaký teče slunečními články musí téct i přes Q2

388

z napájecího zdroje (tedy až 250mA).

389

</p>

390

391

<p>

392

Pro úsporné měření (pokud nás nezajímají hodnoty při napětí na slunečních

393

článcích menším než asi 0.5V) můžeme přepnout spojku J4.1-J4.2 do

394

úsporné polohy J4.2-J4.3. Pak je spotřeba celého přípravku 10 až 15mA.

395

</p>

396

397

<p>

398

Pokud jsou sluneční články nasvíceny elektrickým světlem (z žárovek)

399

je nutné filtrovat střídavou složku generovaného proudu. Prvotní

400

filtraci zajišťuje kondenzátor C21 přímo na měřících svorkách.

401

Další filtraci zajišťují RC články na vstupu AD převodníku R19, C20

402

a R20, C19.

403

</p>

404

405

<h2> Mechanická konstrukce </h2>

406

407

<p>

408

Přípravek je mechanicky řešen jako samostatná deska s rohovými

409

šrouby M3 pro uchycení. LCD displej je přichycen šrouby M2.5.

410

</p>

411

412

<h1> Osazení a oživení </h1>

413

414

<h2> Osazení </h2>

415

416

<p>

417

<img width=451 height=420 src="Pictures/image007.jpg"

418

alt="Osazovák, strana součástí">

419

<img width=414 height=213 src="Pictures/image008.jpg"

420

alt="Osazovák, strana spojů">

421

</p>

422

423

<h2> Oživení </h2>

424

425

<p>

426

Nejprve se kontroluje, zda stabilizátor U1 stabilizuje 5V. Spotřeba

427

by neměla přesáhnout 20mA. Pro kalibraci budeme potřebovat znát přesnou

428

velikost napětí +5V. Toto napětí se nejsnáze měří na výstupní svorce

429

stabilizátoru U1.

430

</p>

431

432

<p>

433

Po vložení procesoru a jeho naprogramování by měl začít LCD displej

434

vypisovat. Je třeba nastavit kontrast pomocí trimru P3.

435

</p>

436

437

<p>

438

Po připojení terminálu na sériové rozhraní (používáme null-modem kabel

439

a nastavení 9600Bd, 8bitů, 1stop bit a žádné řízení přenosu) by mělo

440

být možné pracovat v režimu kalibrace. Do režimu kalibrace se

441

vstupuje pokud se drží stisknuté tlačítko F1 při zapínání přípravku.

442

</p>

443

444

<p>

445

Vložíme operační zesilovač U2 a zkontrolujeme, zda zdroj proudu pracuje

446

správně. Připojíme laboratorní zdroj zápornou svorkou na zem

447

(propojka J4.2-J4.3) a kladnou svorku připojíme přes ampérmetr

448

na kladnou svorku přípravku J3.1. Nastavíme napětí mezi 0.5V a 5V

449

a v režimu kalibrace nastavujeme střídu PWM modulace.

450

Měřidlo by mělo ukazovat proud úměrný nastavenému číslu. Je vhodné

451

zkontrolovat, že se proud nemění při změně napětí v rozmezí

452

0.5V až 5V.

453

</p>

454

455

<p>

456

Dále zkontrolujeme, zda napětí na J4.1 („záporná svorka“) je cca 0.5V.

457

Na přesné hodnotě nezáleží. Přepojíme propojku J4.1-J4.2 a na měřící

458

svorky J3 zapojíme samotný ampérmetr. Při nastavení různých hodnot

459

PWM se nesmí napětí záporné svorky J3.2 měnit.

460

</p>

461

462

<h2> Kalibrace </h2>

463

464

<p>

465

Kalibrace se provádí v režimu kalibrace. Připojíme přes null-modem

466

kabel zařízení s počítačem PC a spustíme terminálový program

467

s nastavením komunikace 9600Bd, 8bitů, 1stop bit bez řízení toku dat.

468

Dále stiskneme tlačítko F1 a zapneme zařízení. Na terminálu by se mělo

469

objevit hlášení o kalibračním režimu.

470

</p>

471

472

<p>

473

Nejprve nastavíme správnou hodnotu referenčního napětí takto

474

(příklad uvádí nastavení 4.93V):

475

</p>

476

477

<p class="ShiftRight">

478

<samp>V4.93</samp>

479

</p>

480

481

<p>

482

Dále nastavíme ofset a zesílení proudového zdroje. Připojíme ampérmetr

483

na měřící svorky a propojku J4 do polohy 1-2. Proudový zdroj nastavujeme

484

tak, aby při hodnotě 5 proud právě netekl, při hodnotě 6 měl velikost

485

1mA a při hodnotě 204 měl velikost 199mA (voleno s ohledem na

486

rozsah digitálních měřidel 200mA).

487

</p>

488

489

<p class="ShiftRight">

490

<samp>5</samp>

491

</p>

492

493

<p>

494

A nastavíme pomocí trimru P2 nulový proud na ampérmetru připojeném

495

k měřícím svorkám.

496

</p>

497

498

<p class="ShiftRight">

499

<samp>204</samp>

500

</p>

501

502

<p>

503

A trimrem P1 nastavíme proud 199mA.

504

</p>

505

506

<p class="ShiftRight">

507

<samp>6</samp>

508

</p>

509

510

<p>

511

A zkontrolujeme proud 1mA. Celou posloupnost několikrát zopakujem

512

a ověříme, že se správně nastavuje měřený proud.

513

</p>

514

515

<p>

516

Zařízení současně při každém odřádkování vypisuje změřenou hodnotu

517

napětí na měřících svorkách.

518

</p>

519

520

<p>

521

Nakonec režim kalibrace ukončíme (dojde k uložení referenčního

522

napětí do paměti EEPROM):

523

</p>

524

525

<p class="ShiftRight">

526

<samp>Q</samp>

527

</p>

528

529

<h1> Programové vybavení </h1>

530

531

<h2> Uživatelský návod </h2>

532

533

<p>

534

Po zapnutí zařízení krátce zobrazí název a verzi programového vybavení

535

a pokud není stlačeno tlačítko F1 dojde k přechodu do automatického

536

režimu hledání optimální zátěže. Zařízení opakovaně prohledává závislost

537

napětí na proudu a průběžně zobrazuje napětí, proud a výkon při

538

optimální zátěži. Měření probíhá v rozsahu proud 0 až 250mA

539

při napětí 0 až 4.5V.

540

</p>

541

542

<p>

543

Pokud se stlačí tlačítko F1 provede se automatické změření celé V-A

544

charakteristiky slunečního článku a naměřené hodnoty se posílají na

545

RS232. Měření se provádí pro rostoucí proud v rozsahu 0 až 250mA

546

ale jen pro nezáporné hodnoty napětí.

547

</p>

548

549

<p>

550

Do režimu kalibrace se vstupuje pokud je tlačítko F1 stlačeno

551

v době zapínání zařízení. Pak se se zařízením komunikuje pomocí

552

terminálu na portu RS232. Viz kalibrace.

553

</p>

554

555

<h2> Popis programu </h2>

556

557

<p>

558

Program je prost záludností a nevyžaduje dalších komentářů.

559

Zdrojové texty jsou bohatě komentovány.

560

</p>

561

562

<h2> Interface </h2>

563

564

<p>

565

Takto vypadají přenesené hodnoty automatického měření V-A charakteristiky:

566

</p>

567

568

<p class="ShiftRight">

569

<samp>

570

Solar Cell<br>

571

Tester 1.00<br>

572

<br>

573

I[mA] U[V] P[mW]<br>

574

000 2.49 0.0<br>

575

001 2.41 2.4<br>

576

002 2.30 4.6<br>

577

003 2.18 6.5<br>

578

004 2.03 8.1<br>

579

005 1.80 9.0<br>

580

006 1.20 7.2<br>

581

007 0.36 2.5

582

</samp>

583

</p>

584

585

</div>

586

587

588

589

<div class="Footer">

590

<script type="text/javascript">

591

<!--

592

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

593

DrawFooter();

594

// -->

595

</script>

596

<noscript>

597

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

598

</noscript>

599

</div>

600

601

602

</body>

603

</html>

Subversion Repositories – MLAB

(root)/Designs/CT01B/DOC/HTML/CT01B.cs.html

Rev 594