WebSVN – MLAB – Rev 432 – Blame – /Designs/DART01A/DOC/HTML/DART01A.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">

203

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

51

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

52

53

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

54

55

<p class="Subtitle">

56

Popisovaná konstrukce je experimentálním vozítkem pro závody solárních modelů.

57

Je zde stručně uvedena mechanická konstrukce a konstrukce elektroniky

58

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

59

</p>

60

61

<p class="Subtitle">

203

miho

63

alt="Celkový pohled">

64

<br>

203

miho

66

alt="Elektronika ze strany součástí">

67

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

68

alt="Elektronika ze strany spojů">

69

</p>

70

71

<p>

72

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

73

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

74

alt="Acrobat"> PDF verze</a>

75

</p>

76

77

<h1> Technické údaje </h1>

78

79

<table>

80

<tr>

81

<th> Parametr </th>

82

<th> Hodnota </th>

83

<th> Poznámka </th>

84

</tr>

85

<tr>

86

<td> Napájení </td>

87

<td> 8ks slunečních článků </td>

88

<td> cca 65mW </td>

89

</tr>

90

<tr>

91

<td> Akumulační prvek </td>

92

<td> Kondenzátor 10G/16V </td>

93

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

94

</tr>

95

<tr>

96

<td> Maximální energie </td>

97

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

98

<td> Při 16V / 18V </td>

99

</tr>

100

<tr>

101

<td> Řízení </td>

102

<td> Procesor PIC16F88 </td>

103

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

104

</tr>

105

<tr>

106

<td> Hmotnost </td>

107

<td> 70g </td>

108

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

109

</tr>

110

<tr>

111

<td> Rozměry </td>

112

<td> 155x115x100mm </td>

113

<td> Elektronika 49x31x38mm </td>

114

</tr>

115

</table>

116

117

<h1> Úvodem </h1>

118

119

<p>

120

Konstrukce solárního vozítka vyžaduje mnoho experimentování. Vznikla proto robustní

121

mechanická konstrukce podvozku s oddělitelnými slunečními články a samostatná deska

122

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

123

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

124

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

125

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

126

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

127

vhodné dát polštář aby se podvozek nepotloukl.

128

</p>

129

130

<p>

131

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

132

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

133

pak vybít do motoru. Tento proces má dvě úskalí.

134

</p>

135

136

<p>

137

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

138

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

139

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

140

</p>

141

142

<p>

143

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

144

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

145

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

146

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

147

neklesne na nulu.

148

</p>

149

150

<h2> Koncepce řešení </h2>

151

152

<p>

153

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

154

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

155

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

156

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

157

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

158

(dle pravidel 15s).

159

</p>

160

161

<p>

162

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

163

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

164

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

165

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

166

napětí. Napětí je omezeno hlavně průrazným napětím použitých tranzistorů.

167

</p>

168

169

<h2> Dosažené výsledky </h2>

170

171

<p>

172

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

173

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

174

s rezervou vyvážena lepším využitím energie ze slunečních článků.

175

</p>

176

177

<h1> Mechanická konstrukce </h1>

178

179

<p>

180

Mechanická konstrukce se skládá ze 3 částí:

181

</p>

182

183

<table>

184

<tr>

185

<th> Část </th>

186

<th> Hmotnost </th>

187

<th> Celkem </th>

188

</tr>

189

<tr>

190

<td> Podvozek s motorem </td>

191

<td> 35g </td>

192

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

193

</tr>

194

<tr>

195

<td> Panel slunečních článků </td>

196

<td> 14g </td>

197

</tr>

198

<tr>

199

<td> Elektronika </td>

200

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

201

</tr>

202

</table>

203

204

<p>

205

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

206

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

207

slunečních článků. Elektronika je připevněna pomocí gumičky.

208

</p>

209

210

<h2> Podvozek </h2>

211

212

<p>

213

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

214

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

215

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

216

</p>

217

218

<p>

219

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

220

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

221

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

222

přilepena). Ložiska pocházejí ze starého pevného disku.

223

</p>

224

225

<p>

226

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

227

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

228

neulomilo při tvrdém dojezdu.

229

</p>

230

231

<p>

232

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

233

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

234

</p>

235

236

<p>

237

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

238

alt="Podvozek, pohled zhora">

239

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

240

alt="Převodovka">

241

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

242

alt="Přední kolo">

243

</p>

244

245

<h2> Panel slunečních článků </h2>

246

247

<p>

248

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

249

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

250

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

251

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

252

sérii a vývod je opatřen kablíkem s konektorem.

253

</p>

254

255

<p>

256

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

257

alt="Solární články">

258

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

259

alt="Připevnění stojin">

260

</p>

261

262

<h1> Elektronika </h1>

263

264

<h2> Blokové schéma </h2>

265

266

<p>

267

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

268

alt="Blokové schéma">

269

</p>

270

271

<p>

272

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

273

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

274

</p>

275

276

<p>

277

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

278

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

279

</p>

280

281

<p>

282

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

283

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

284

pro výběr až 4 různých řídících algoritmů.

285

</p>

286

287

<p>

288

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

289

pro průběžné zobrazování nastavených parametrů.

290

</p>

291

292

<h2> Energetická bilance </h2>

293

294

<p>

295

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

296

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

297

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

298

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

299

</p>

300

301

<p>

302

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

303

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

304

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

305

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

306

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

307

články a podobně).

308

</p>

309

310

<p>

311

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

312

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

313

</p>

314

315

<p>

316

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

317

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

318

</p>

319

320

<h2> Měnič </h2>

321

322

<p>

323

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

324

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

325

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

326

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

327

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

328

nebo 18V.

329

</p>

330

331

<p>

332

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

333

alt="Principální schéma měniče">

334

</p>

335

336

<p>

337

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

338

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

339

podobě magnetického pole cívky.

340

</p>

341

342

<p>

343

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

344

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

345

</p>

346

347

<p>

348

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

349

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

350

</p>

351

352

<p>

353

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

354

úměrný času t.

355

</p>

356

357

<p>

358

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

359

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

360

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

361

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

362

sekundárním vinutím neteče proud.

363

</p>

364

365

<p>

366

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

367

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

368

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

369

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

370

napětí a napětí na akumulačním kondenzátoru.

371

</p>

372

373

<p>

374

Následující průběhy orientačně zobrazují průběh buzení tranzistoru, napětí na primárním

375

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

376

</p>

377

378

<p>

379

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

380

alt="Časové průběhy napětí a proudu">

381

</p>

382

383

<p>

384

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

385

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

386

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

387

</p>

388

389

<p>

390

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

391

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

392

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

393

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

394

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

395

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

396

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

397

toroidu je pouze v jeho o něco menší hmotnosti.

398

</p>

399

400

<p>

401

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

402

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

403

Začátky vinutí jsou ve schématu označeny tečkou.

404

</p>

405

406

<p>

407

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

408

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

409

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

410

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

411

podobně).

412

</p>

413

414

<h3> Volba součástek </h3>

415

416

<p>

417

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

418

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

419

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

420

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

421

</p>

422

423

<p>

424

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

425

větší než použitý SMD typ.

426

</p>

427

428

<h2> Rozjezd </h2>

429

430

<p>

431

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

432

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

433

</p>

434

435

<p>

436

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

437

alt="Principální zapojení rozjezdu">

438

</p>

439

440

<p>

441

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

442

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

443

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

444

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

445

jedniček.

446

</p>

447

448

<p>

449

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

450

alt="Průběhy při rozjezdu">

451

</p>

452

453

<p>

454

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

455

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

456

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

457

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

458

tedy točivého momentu.

459

</p>

460

461

<p>

462

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

463

</p>

464

465

<h1> Schéma </h1>

466

467

<p>

468

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

469

alt="Celkové schéma">

470

</p>

471

472

<p>

473

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

474

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

475

</p>

476

477

<p>

478

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

479

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

480

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

481

</p>

482

483

<p>

484

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

485

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

486

nebo zdvojit.

487

</p>

488

489

<p>

490

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

491

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

492

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

493

nejnovější.

494

</p>

495

496

<p>

497

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

498

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

499

používá pro akustickou indikaci, že nastal reset.

500

</p>

501

502

<p>

503

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

504

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

505

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

506

</p>

507

508

<p>

509

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

510

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

511

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

512

elektroniky.

513

</p>

514

515

<p>

516

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

517

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

518

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

519

RA4 přes R7).

520

</p>

521

522

<p>

523

<i>

524

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

525

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

526

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

527

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

528

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

529

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

530

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

531

takhle nízkém napětí signál reset ještě nefunguje.

532

</i>

533

</p>

534

535

<h1> Osazení a oživení </h1>

536

537

<h2> Osazení </h2>

538

539

<p>

540

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

541

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

542

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

543

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

544

transformátoru.

545

</p>

546

547

<p>

548

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

549

alt="Osazovák, strana spojů">

550

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

551

alt="Osazovák, strana součástí">

552

</p>

553

554

<table class="Soupiska">

555

<tr>

556

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

557

<td></td>

558

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

559

</tr>

560

<tr>

561

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

562

<td> 100 </td>

563

<td></td>

564

<td> Q1 </td>

565

<td> Si17904DN </td>

566

</tr>

567

<tr>

568

<td> R8,R9 </td>

569

<td> 1k </td>

570

<td></td>

571

<td> Q2 </td>

572

<td> 2N7002SMD </td>

573

</tr>

574

<tr>

575

<td> R5,R7 </td>

576

<td> 10k </td>

577

<td></td>

578

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

579

</tr>

580

<tr>

581

<td> R2,R4 </td>

582

<td> 100k </td>

583

<td></td>

584

<td> U1 </td>

585

<td> PIC16F88/SO </td>

586

</tr>

587

<tr>

588

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

589

<td></td>

590

<td> U2 </td>

591

<td> LM385-1.2_SO8 </td>

592

</tr>

593

<tr>

594

<td> P1,P2 </td>

595

<td> 100k </td>

596

<td></td>

597

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

598

</tr>

599

<tr>

600

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

601

<td></td>

602

<td> J1 </td>

603

<td> BAT </td>

604

</tr>

605

<tr>

606

<td> C7,C8 </td>

607

<td> 10nF </td>

608

<td></td>

609

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

610

<td> JUMP2 </td>

611

</tr>

612

<tr>

613

<td> C5,C6 </td>

614

<td> 100nF </td>

615

<td></td>

616

<td> J4 </td>

617

<td> MOTOR </td>

618

</tr>

619

<tr>

620

<td> C2,C3 </td>

621

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

622

<td></td>

623

<td> J5 </td>

624

<td> PIEZO </td>

625

</tr>

626

<tr>

627

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

628

<td></td>

629

<td> J7 </td>

630

<td> PIC_ISP </td>

631

</tr>

632

<tr>

633

<td> C1 </td>

634

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

635

<td></td>

636

<td> SW1 </td>

637

<td> P-B1720 </td>

638

</tr>

639

<tr>

640

<td> C4 </td>

641

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

642

<td></td>

643

<td> SW2 </td>

644

<td> SMDSW2 </td>

645

</tr>

646

<tr>

647

<th colspan="2"> Indukčnosti </th>

648

<td></td>

649

<td></td>

650

<td></td>

651

</tr>

652

<tr>

653

<td> TR1 </td>

654

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

655

<td></td>

656

<td></td>

657

<td></td>

658

</tr>

659

<tr>

660

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

661

<td></td>

662

<td></td>

663

<td></td>

664

</tr>

665

<tr>

666

<td> D1 </td>

667

<td> BZV55C5.6SMD </td>

668

<td></td>

669

<td></td>

670

<td></td>

671

</tr>

672

<tr>

673

<td> D2,D3 </td>

674

<td> SK54ASMD </td>

675

<td></td>

676

<td></td>

677

<td></td>

678

</tr>

679

<tr>

680

<td> D4 </td>

681

<td> BZV55C18SMD </td>

682

<td></td>

683

<td></td>

684

<td></td>

685

</tr>

686

<tr>

687

<td> D5,D6 </td>

688

<td> BAT48SMD </td>

689

<td></td>

690

<td></td>

691

<td></td>

692

</tr>

693

</table>

694

695

<h2> Oživení </h2>

696

697

<p>

698

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

699

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

700

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

701

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

702

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

703

kontrolu průběhů.

704

</p>

705

706

<p>

707

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

708

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

709

měniče (spálení cívky nebo tranzistoru).

710

</p>

711

712

<h1> LCD terminál </h1>

713

714

<p>

715

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

716

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

717

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

718

lze samozřejmě použít i jiný procesor.

719

</p>

720

721

<p>

722

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

723

polarita inverzní (nastavuje se ve zdrojovém kódu).

724

</p>

725

726

<p>

727

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

728

alt="Schéma terminálu">

729

</p>

730

731

<p>

732

Připojení LCD displeje shrnuje následující přehled:

733

</p>

734

735

<table>

736

<tr>

737

<td> RB4 </td>

738

<td> LCD_DB4 </td>

739

</tr>

740

<tr>

741

<td> RB5 </td>

742

<td> LCD_DB5 </td>

743

</tr>

744

<tr>

745

<td> RB6 </td>

746

<td> LCD_DB6 </td>

747

</tr>

748

<tr>

749

<td> RB7 </td>

750

<td> LCD_DB7 </td>

751

</tr>

752

<tr>

753

<td> RA0 </td>

754

<td> LCD_RS </td>

755

</tr>

756

<tr>

757

<td> RA1 </td>

758

<td> LCD_E </td>

759

</tr>

760

<tr>

761

<td> GND </td>

762

<td> LCD_RW </td>

763

</tr>

764

<tr>

765

<td> RB1 </td>

766

<td> RS232_IN </td>

767

</tr>

768

</table>

769

770

<h1> Programové vybavení </h1>

771

772

<p>

773

Verze 1.01.

774

</p>

775

776

<h2> Uživatelský návod </h2>

777

778

<p>

779

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

780

SW2.

781

</p>

782

783

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

784

785

<p>

786

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

787

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

788

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

789

rychlost rozjezdu.

790

</p>

791

792

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

793

794

<p>

795

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

796

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

797

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

798

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

799

</p>

800

801

<p>

802

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

803

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

804

vozítko pomalu jet při napětí pomocného zdroje 16V.

805

</p>

806

807

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

808

809

<p>

810

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

811

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

812

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

813

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

814

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

815

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

816

</p>

817

818

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

819

820

<p>

821

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

822

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

823

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

824

</p>

825

826

<h2> Architektura programu </h2>

827

828

<p>

829

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

830

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

831

</p>

832

833

<p>

834

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

835

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

836

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

837

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

838

9600Bd.

839

</p>

840

841

<p>

842

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

843

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

844

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

845

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

846

nastaven stav trvalé jedničky.

847

</p>

848

849

<p>

850

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

851

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

852

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

853

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

854

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

855

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

856

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

857

ovládání motoru.

858

</p>

859

860

<p>

861

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

862

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

863

</p>

864

865

<p>

866

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

867

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

868

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

869

</p>

870

871

<p>

872

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

873

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

874

</p>

875

876

<p>

877

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

878

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

879

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

880

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

881

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

882

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

883

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

884

</p>

885

886

<p>

887

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

888

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

889

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

890

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

891

</p>

892

893

<h3> Hlavní program </h3>

894

<p>

895

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

896

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

897

algoritmů.

898

</p>

899

900

<p>

901

Inicializace sestává z těchto činností:

902

</p>

903

904

<ul>

905

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

906

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

907

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

908

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

909

<li>Inicializace RS232 </li>

910

<li>Pípnutí na piezo element </li>

911

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

912

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

913

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

914

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

915

</ul>

916

917

<p>

918

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

919

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

920

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

921

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

922

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

923

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

924

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

925

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

926

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

927

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

928

</p>

929

930

<h2> Terminál </h2>

931

932

<p>

933

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

934

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

935

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

936

</p>

937

938

<p>

939

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

940

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

941

</p>

942

943

<ul>

944

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

945

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

946

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

947

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

948

</ul>

949

950

</div>

951

952

953

954

<div class="Footer">

955

<script type="text/javascript">

956

<!--

957

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

958

DrawFooter();

959

// -->

960

</script>

961

<noscript>

962

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

963

</noscript>

964

</div>

965

966

967

</body>

968

</html>

Subversion Repositories – MLAB

(root)/Designs/DART01A/DOC/HTML/DART01A.cs.html

Rev 432