WebSVN – MLAB – Rev 203 – Blame – /Designs/DART01B/DOC/HTML/DART01B.cs.html

193

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> DART01B </title>

193

miho

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">

10

<link rel="shortcut icon" type="image/x-icon" href="Web/PIC/MLAB.ico">

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

<p class="Title">

50

DART – solární vozítko s měničem

51

</p>

52

<p class=Autor>

53

Milan Horkel

54

</p>

55

<p class="Subtitle">

56

Popisovaná konstrukce je experimentálním vozítkem pro

57

závody solárních modelů. Je zde stručně uvedena mechanická konstrukce a

58

konstrukce elektroniky obsahující měnič a řídící procesor pro řízení

59

měniče a startu vozítka. Varianta s běžným tranzistorem.

60

</p>

61

<p class=Subtitle>

62

<img width=358 height=333 src="Pictures/image001.jpg"

193

miho

64

</p>

65

<p class="Center">

66

Obrázek zobrazuje elektroniku ve variantě DART01A

67

</p>

68

<p class=Subtitle>

69

<img width=228 height=160 src="Pictures/image002.jpg"

193

miho

71

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

193

miho

73

</p>

74

<p>

75

<a href="../DART01B.cs.pdf"><img class="NoBorder"

76

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

77

alt="Acrobat"> PDF verze</a>

78

</p>

79

80

<h1> Technické údaje </h1>

81

82

<table>

83

<tr>

84

<th> Parametr </th>

85

<th> Hodnota </th>

86

<th> Poznámka </th>

87

</tr>

88

<tr>

89

<td> Napájení </td>

90

<td> 8ks slunečních článků </td>

91

<td> cca 65mW </td>

92

</tr>

93

<tr>

94

<td> Akumulační prvek </td>

95

<td> Kondenzátor 10G/16V </td>

96

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

97

</tr>

98

<tr>

99

<td> Maximální energie </td>

100

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

101

<td> Při 16V / 18V </td>

102

</tr>

103

<tr>

104

<td> Řízení </td>

105

<td> Procesor PIC16F88 </td>

106

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

107

</tr>

108

<tr>

109

<td> Hmotnost </td>

110

<td> 70g </td>

111

<td> Elektronika z toho 20g </td>

112

</tr>

113

<tr>

114

<td> Rozměry </td>

115

<td> 155x115x100mm </td>

116

<td> Elektronika 49x31x38mm </td>

117

</tr>

118

</table>

119

120

<h1> Úvodem </h1>

121

122

<p>

123

Konstrukce solárního vozítka vyžaduje mnoho experimentální.

124

Vznikla proto robustní mechanická konstrukce podvozku s oddělitelnými

125

slunečními články a samostatná deska elektroniky. Většinu ladění a experimentů

126

lze udělat tak, že se na podvozek umístí závaží odpovídající váze slunečních

127

článků a elektroniky (osvědčila se 9V baterie) a podvozek se propojí tenkým

128

drátem (lakovaný drát 0.2mm) s elektronikou, která leží na pracovním

129

stole. Na sluneční články lze svítit obyčejnou stolní lampou, jen je třeba

130

zvolit vhodnou vzdálenost, aby množství energie odpovídalo soutěžnímu

131

osvětlení. Do místa dojezdu je vhodné dát polštář aby se podvozek nepotloukl.

132

</p>

133

134

<p>

135

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

136

nějakým způsobem akumulovala energii se snažila nabít přímo ze slunečních

137

článků velký kondenzátor a ten pak vybít do motoru. Tento proces má dvě úskalí.

138

</p>

139

140

<p>

141

Za prvé sluneční články dávají maximální výkon jen při určitém napětí

142

(2.5 až 3V při 8 článcích dle úrovně osvětlení). Tedy při připojení

143

slunečních článků na vybitý kondenzátor je většina energie nevyužita

144

(velký proud ale nepatrné napětí dají nepatrný výkon).

145

</p>

146

147

<p>

148

Druhým kamenem úrazu je to, jak dostat co nejvíce energie

149

z kondenzátoru do motoru. Prosté připojení motoru je velmi

150

neefektivní, mnohem výhodnější je postupný rozjezd. V autě se

151

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

152

Komplikací je i ta skutečnost, že část energie v kondenzátoru

153

zbývá nevyužita protože napětí na kondenzátoru neklesne na nulu.

154

</p>

155

156

<p class="Remark">

157

Varianta „B“ elektroniky se od varianty „A“ liší jen tím, že byl použit

158

dvojitý FET v obyčejném pouzdře SO8 (původní tranzistor byl

159

poněkud exotický) a na plošný spoj byla doplněna možnost osazení LED

160

(bliknutí je vidět i v hlučném prostředí ale stávající program

161

ji nevyužívá).

162

</p>

163

164

<h2> Koncepce řešení </h2>

165

166

<p>

167

První problém lze v podstatě bezezbytku vyřešit tím, že mezi

168

baterii slunečních článků a akumulační kondenzátor umístíme měnič, který

169

řídíme tak, aby bylo na slunečních článcích optimální napětí. Zaplatíme

170

za to tím, že se část energie ztratí v měniči (účinnost cca 80%)

171

a část energie spotřebuje procesor na řízení měniče (cca 1mA).

172

Procesor ale stejně potřebujeme protože to je nejsnazší způsob jak

173

zajistit start vozítka v definovaném čase (dle pravidel 15s).

174

</p>

175

176

<p>

177

Energie z akumulačního kondenzátoru přivedeme do motoru „po kouskách“

178

tak, že při rozjezdu budeme nejprve krátce spínat proud do motoru

179

a během rozjezdu budeme postupně přidávat. Bohužel část energie

180

v kondenzátoru zůstane nevyužita (napětí neklesne k nule).

181

Aby tato část byla co nejmenší je vhodné volit kondenzátor raději menší

182

kapacity ale na větší napětí. Napětí je omezeno hlavně průrazným napětím

183

použitých tranzistorů.

184

</p>

185

186

<h2> Dosažené výsledky </h2>

187

188

<p>

189

Předběžné dosažené výsledky ukazují, že celkový výsledek je schopný

190

konkurovat nejlepším konstrukcím z předchozích ročníků soutěže

191

solárních vozítek. Zvýšená spotřeba elektroniky a její hmotnost je

192

s rezervou vyvážena lepším využitím energie ze slunečních článků.

193

</p>

194

195

<h1> Mechanická konstrukce </h1>

196

197

<p>

198

Mechanická konstrukce se skládá ze 3 částí:

199

</p>

200

201

<table>

202

<tr>

203

<th> Část </th>

204

<th> Hmotnost </th>

205

<th> Celkem </th>

206

</tr>

207

<tr>

208

<td> Podvozek s motorem </td>

209

<td> 35g </td>

210

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

211

</tr>

212

<tr>

213

<td> Panel slunečních článků </td>

214

<td> 14g </td>

215

</tr>

216

<tr>

217

<td> Elektronika </td>

218

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

219

</tr>

220

</table>

221

222

<p>

223

Podvozek je samostatný prvek a panel slunečních článků je k němu

224

připevněn pomocí stojin z hliníkové trubičky Ø3mm, které lze

225

oddělit jak od podvozku, tak i od panelu slunečních článků. Elektronika

226

je připevněna pomocí gumičky.

227

</p>

228

229

<h2> Podvozek </h2>

230

231

<p>

232

Podvozek je slepený z balzového dřeva a smrkových latiček.

233

Provedení je určeno použitým motorem a převody. Motor i převody

234

pochází z nefunkční CD ROM mechaniky. Podvozek byl stavěn spíše

235

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

236

</p>

237

238

<p>

239

Kola (standardní modelářská) jsou spolu s velkým ozubeným kolem

240

převodu nasazena (a přilepena) na osu, kterou tvoří hliníková

241

trubička Ø3mm. Na ose jsou dále přilepena 2 kuličková ložiska za která

242

je náprava uchycena do podvozku (ložiska nejsou k podvozku přilepena).

243

Ložiska pocházejí ze starého pevného disku.

244

</p>

245

246

<p>

247

Přední kolo má pneumatiku z malého modelářského kolečka

248

a náboj tvoří opět malé kuličkové ložisko s osou z hliníkové

249

trubičky. Kolečko musí být dobře připevněno k podvozku aby se neulomilo

250

při tvrdém dojezdu.

251

</p>

252

253

<p>

254

Stojiny jsou zasunuty v trubičkách z hnědé papírové lepenky.

255

Tyto trubičky jsou epoxidovým lepidlem zalepeny do podvozku.

256

Podrobnosti jsou patrné z přiložených obrázků.

257

</p>

258

259

<p>

260

<img width=268 height=189 src="Pictures/image005.jpg"

261

alt="Podvozek, pohled zhora">

262

<img width=170 height=190 src="Pictures/image006.jpg"

263

alt="Převodovka">

264

<img width=143 height=188 src="Pictures/image007.jpg"

265

alt="Přední kolo">

266

</p>

267

268

<h2> Panel slunečních článků </h2>

269

270

<p>

271

Sluneční články jsou velmi křehké a je tedy nezbytné náležitě je chránit

272

před poškozením. Ke každému článku jsou zespoda připájeny 2 tenké dráty

273

za které jsou přichyceny k podložce z 1mm balzy. Okraj podložky

274

je zpevněn latičkami 2x3mm. Vpředu a vzadu jsou přilepené trubičky

275

z papírové lepenky pro nasazení panelu na stojky. Všechny články

276

jsou zapojené v sérii a vývod je opatřen kablíkem s konektorem.

277

</p>

278

279

<p>

280

<img width=209 height=189 src="Pictures/image008.jpg"

281

alt="Solární články">

282

<img width=105 height=188 src="Pictures/image009.jpg"

283

alt="Připevnění stojin">

284

</p>

285

286

<h1> Elektronika </h1>

287

288

<h2> Blokové schéma </h2>

289

290

<p>

291

<img width=465 height=227 src="Pictures/image010.gif"

292

alt="Blokové schéma">

293

</p>

294

295

<p>

296

Srdcem elektroniky je jednočipový procesor PIC16F88, který zajišťuje

297

kompletní řízení jak měniče (pomocí PWM jednotky a AD převodníku) tak

298

i rozjezdu (pomocí SSP jednotky).

299

</p>

300

301

<p>

302

Napájení zajišťuje panel slunečních článků. Získaná energie

303

se měničem střídá do akumulačního kondenzátoru odkud se pak spínačem

304

motoru využívá pro rozjezd vozítka.

305

</p>

306

307

<p>

308

K procesoru jsou připojeny 2 odporové trimry, jejichž nastavení

309

lze přečíst pomocí AD převodníku a mohou se použít pro nastavení

310

parametrů řídících algoritmů. Přepínač slouží pro výběr až 4 různých

311

řídících algoritmů.

312

</p>

313

314

<p>

315

Pro ladění je možné k elektronice připojit pomocný terminál

316

s dvouřádkovým LCD displejem pro průběžné zobrazování nastavených

317

parametrů.

318

</p>

319

320

<h2> Energetická bilance </h2>

321

322

<p>

323

Zdrojem energie je sada 8ks slunečních článků 25x50mm zapojených

324

do série, které poskytnou při soutěžním osvětlení cca 60mW výkonu.

325

Maximální výkon lze z článků získat pokud se zatíží tak, aby

326

na nich bylo napětí 2.5 až 3V. Tato velikost napětí je výhodná

327

i tím, že se dá bez úprav použít pro napájení řídícího procesoru

328

(PIC16F88).

329

</p>

330

331

<p>

332

Na startu je možno 15s akumulovat energii. Za tyto dobu poskytnou články

333

cca 0.9J energie. Vlastní spotřeba procesoru (1mA) je jen malou částí

334

a nebudeme ji dále uvažovat. Akumulační kondenzátor 10G/16V se

335

touto energií nabije ideálně na cca 13.4V. Vzhledem k tomu,

336

že měnič má ztráty bude na kondenzátoru napětí o něco menší.

337

Teoreticky se do uvažovaného kondenzátoru vejde až 1.28J při 16V

338

a máme tedy i dostatečnou rezervu (více světla, lepší články a podobně).

339

</p>

340

341

<p>

342

<img width=137 height=41 src="Pictures/image011.gif"

343

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

344

</p>

345

346

<p>

347

<img width=129 height=47 src="Pictures/image012.gif"

348

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

349

</p>

350

351

<h2> Měnič </h2>

352

353

<p>

354

Používáme blokující měnič, který má ideální vlastnosti pro uvažovanou

355

aplikaci. Umožňuje totiž transformovat energii ze vstupního napětí

356

jak směrem dolu (když je akumulační kondenzátor vybitý) tak i směrem

357

nahoru (když je akumulační kondenzátor nabitý). Velikost výstupního

358

napětí není principielně omezena a aby nedošlo k proražení

359

spínacího tranzistoru nebo akumulačního kondenzátoru je na výstupu

360

měniče zařazena ochranná Zenerova dioda 16V nebo 18V.

361

</p>

362

363

<p>

364

<img width=378 height=155 src="Pictures/image013.gif"

193

miho

366

</p>

367

368

<p>

369

Při sepnutí tranzistoru Q se objeví napájecí napětí na primárním vinutí

370

transformátoru a začne postupně lineárně narůstat proud primárním vinutím

371

a dochází k ukládání energie v podobě magnetického pole cívky.

372

</p>

373

374

<p>

375

<img width=147 height=41 src="Pictures/image014.gif"

376

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

377

</p>

378

379

<p>

380

<img width=133 height=41 src="Pictures/image015.gif"

381

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

382

</p>

383

384

<p>

385

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

386

Q protože proud je úměrný času t.

387

</p>

388

389

<p>

390

Současně plynulý nárůst proudu způsobí, že se na sekundárním vinutí

391

objeví konstantní napětí shodné velikosti jako na primárním vinutí

392

(primární i sekundární vinutí mají shodný počet závitů). Kladný pól

393

tohoto napětí je u tečky protože kladný pól napětí na primárním vinutí

394

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

395

uzavřena a sekundárním vinutím neteče proud.

396

</p>

397

398

<p>

399

V okamžiku rozpojení spínače Q přestává téci proud primárním vinutím

400

a transformátor vrací naakumulovanou energii přes diodu D do akumulačního

401

kondenzátoru C. Napětí na sekundárním vinutí je dáno napětím

402

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

403

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

404

napájecího napětí a napětí na akumulačním kondenzátoru.

405

</p>

406

407

<p>

408

Následující průběhy orientačně zobrazují průběh buzení tranzistoru,

409

napětí na primárním vinutí (na sekundárním je vždy stejné) a proudy

410

primárním a sekundárním vinutím.

411

</p>

412

413

<p>

414

<img width=373 height=181 src="Pictures/image016.gif"

415

alt="Časové průběhy napětí a proudu">

416

</p>

417

418

<p>

419

Množství energie v každém cyklu je dáno t<sup>2</sup> doby sepnutí

420

spínače. Tato doba je řízena procesorem tak, aby se udržovalo optimální

421

napětí na slunečních článcích. Při poklesu napětí pod nastavenou mez

422

se zkracuje doba sepnutí a naopak.

423

</p>

424

425

<p>

426

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

427

jádro transformátoru nepřebuzovalo. Toho se docílí tím, že má jádro

428

vzduchovou mezeru. V měniči je použito toroidní jádro Ø10mm

429

z hmoty H22 (nízkofrekvenční hmota). Jádro se oparně přelomí

430

na 2 poloviny a mezi ně se vloží papírová samolepka. Pak se vnitřní

431

a vnější průměr jádra oblepí papírovou samolepkou aby drželo pohromadě.

432

Protože je hmota H22 elektricky vodivá slouží papír současně i jako

433

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

434

i jádra E z budícího transformátoru ze spínaného zdroje pro PC nebo

435

z vyřazeného monitoru. Výhoda toroidu je jen v jeho o něco

436

menší váze.

437

</p>

438

439

<p>

440

Vinutí se vine bifilárně (obě vinutí najednou) 2x70 závitů drátem

441

o Ø0.2mm. Při zapojování je třeba správně zapojit začátky a konce

442

vinutí (začátky jsou ve schématu označeny tečkou).

443

</p>

444

445

<p>

446

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

447

do měniče jmenovitý proud. Pokud teče proud moc malý je indukčnost

448

příliš velká a naopak. Současně zkontrolujeme dosaženou účinnost.

449

Pokud je menší než asi 75% je něco špatně (nevhodné jádro, malá nebo

450

žádná vzduchová mezera, mizerná výstupní dioda, málo sepnutý tranzistor

451

a podobně).

452

</p>

453

454

<h3> Volba součástek </h3>

455

456

<p>

457

<b>Tranzistor Q</b> – použijeme výkonový FET s prahovým napětím

458

cca 2V pro proud cca 5A. Takové tranzistory se vyskytují na mainboardech

459

(zejména notebooků) nebo v LiIon bateriích do mobilních telefonů

460

(tam bývají v nevhodných pouzdrech nebo bývají nevhodně zapojené).

461

V současné době se již dají vhodné dvojité tranzistory

462

v pouzdru SO8 koupit. Používáme tranzistory minimálně na 20V.

463

</p>

464

465

<p>

466

<b>Dioda D</b> – použijeme Schottkyho diodu na cca 5A. Velmi pěkně

467

funguje SB540 ale je trochu větší než použitý SMD typ.

468

</p>

469

470

<h2> Rozjezd </h2>

471

472

<p>

473

Aby se co nejvíce pracně získané energie z akumulačního kondenzátoru

474

dostalo do motoru je třeba provádět plynulý rozjezd. Prosté připojení

475

motoru vede k nevalným výsledkům.

476

</p>

477

478

<p>

479

<img width=236 height=185 src="Pictures/image017.gif"

480

alt="Principální zapojení rozjezdu">

481

</p>

482

483

<p>

484

Rozjezd zajistíme postupným spínáním tranzistoru Q nejprve na kratičkou

485

dobu a postupně dobu sepnutí prodlužujeme až nakonec zůstane tranzistor

486

trvale sepnutý. K impulsnímu buzení používáme jednotku SSP

487

procesoru (synchronní komunikační jednotka), která umožňuje vysílat

488

sériově datová slova (8 bitů). Je tak snadné vysílat buď jen jednu

489

jedničku nebo až 7 jedniček.

490

</p>

491

492

<p>

493

<img width=323 height=199 src="Pictures/image018.gif"

494

alt="Průběhy při rozjezdu">

495

</p>

496

497

<p>

498

Dioda D je zde zásadně důležitou součástkou a bez ní to nejede.

499

Při sepnutí roste lineárně proud motorem (je to konec konců cívka) a

500

při rozpojení je potřeba, aby mohl proud téci i nadále. Jinak hrozí

501

proražení spínacího tranzistoru. Dioda umožňuje pokračovat proudu

502

motorem i po rozpojení tranzistoru. Proud tekoucí motorem je zdrojem

503

jeho „síly“, tedy točivého momentu.

504

</p>

505

506

<p>

507

Jako optimální se jeví „řazení“ po 50 až 80ms. Opakovací frekvence

508

rozjezdu je cca 7KHz.

509

</p>

510

511

<h1> Schéma </h1>

512

513

<p>

514

<img width=642 height=783 src="Pictures/image019.gif"

515

alt="Celkové schéma">

516

</p>

517

518

<p>

519

Zenerova dioda D1 chrání procesor před přepětím a přepólováním.

520

Zenerova dioda D4 chrání akumulační kondenzátor a spínací tranzistory

521

(oba) před příliš vysokým napětím.

522

</p>

523

524

<p>

525

Odpory R2 a R4 zajišťují vypnutý klidový stav tranzistorů Q1A a Q1B.

526

Odpory R1 a R3 spolu s diodami D5 a D6 zajišťují ochranu procesoru

527

proti záporným špičkám od spínacích tranzistorů (způsobených

528

nezanedbatelnou kapacitou mezi D a G elektrodami výkonových FET

529

tranzistorů).

530

</p>

531

532

<p>

533

Dioda D2 je výstupní diodou měniče a dioda D3 je ochrannou diodou obvodů

534

rozjezdu motoru. Pro zlepšení účinnosti je možné tyto diody buď vybrat

535

(minimální úbytek v propustném směru) nebo zdvojit.

536

</p>

537

538

<p>

539

Kondenzátor C4 je akumulačním kondenzátorem. Je volen s ohledem

540

na optimální poměr množství uložené energie k jeho váze. Je

541

zajímavé, že kondenzátor 10G/10V je stejně velký (tedy nevýhodný).

542

Velikosti kondenzátorů se pravidelně zmenšují, je tedy třeba pořídit

543

kondenzátor co nejnovější.

544

</p>

545

546

<p>

547

Procesor běží z vnitřního RC oscilátoru (na kmitočtu 4MHz).

548

Tlačítko SW1 umožňuje aktivovat jeho reset. Konektor J7 slouží

549

k programování procesoru. J5 je piezo element, který se používá pro

550

akustickou indikaci, že nastal reset.

551

</p>

552

553

<p>

554

P1 a P2 slouží pro nastavování parametrů algoritmů. Jejich natočení

555

se čte pomocí AD převodníku. Přepínač SW2 slouží pro volbu jednoho ze

556

čtyř algoritmů. Odpory R8 a R9 zajišťují, že se při programování

557

procesoru nezkratují programovací vodiče na zem.

558

</p>

559

560

<p>

561

Tranzistor Q2 slouží jako výstupní tranzistor sériové linky pomocí níž

562

procesor vysílá výstupní data (na jednoduchý terminál s dvouřádkovým

563

LCD displejem). Používá se při ladění. Zvolené řešení zajišťuje,

564

že připojený terminál (displej) nemá žádný vliv na spotřebu elektroniky.

565

</p>

566

567

<p>

568

Pro zajištění optimálního napětí na slunečních článcích je třeba měřit

569

velikost napájecího napětí. Toho se docílí srovnáním napájecího napětí

570

a napětím na referenční diodě U2 na které je standardně 1.25V. Napájení

571

referenční diody se zapíná jen po dobu měření (z portu RA4 přes R7).

572

</p>

573

574

<p>

575

Důležitou součástkou je C5. Bez tohoto kondenzátoru se může elektronika

576

dostat do naprosto nefunkčního stavu ze kterého se nedostane ani tlačítkem

577

reset. Mechanismus zaseknutí spočívá v tom, že pokud dojde

578

k poklesu napájení pod mez při které procesor přestává fungovat a je

579

současně PWM výstup ve stavu H zůstává klopný obvod PWM výstupu procesoru

580

ve stavu H (k udržení stavu mu stačí pár desetin voltů napájení)

581

a při případném nárůstu napájení se současně spíná tranzistor Q1A, který

582

tak vlastně vytváří zkrat na napájení. Napájecí napětí není schopno

583

překonat prahové napětí tranzistoru Q1A (cca 0.8V). Při takhle nízkém

584

napětí signál reset ještě nefunguje.

585

</p>

586

587

<h1> Osazení a oživení </h1>

588

589

<h2> Osazení </h2>

590

591

<p>

592

Plošný spoj je třeba vyrobit z co nejtenčího materiálu aby byl lehký.

593

Poněkud obtížnější je jen připájení miniaturního tranzistoru Q1.

594

Piezo element je přilepen ze strany součástí pomocí mezikruží

595

z oboustranně lepicí samolepky. Pod piezo elementem se vyvrtá otvor

596

Ø2mm aby lépe zněl. Pozor na polaritu vinutí transformátoru.

597

</p>

598

599

<p>

600

<img width=518 height=327 src="Pictures/image020.jpg"

601

alt="Osazovák, strana spojů">

602

</p>

603

604

<p>

605

<img width=584 height=322 src="Pictures/image021.jpg"

606

alt="Osazovák, strana součástí">

607

</p>

608

609

<table class="Soupiska">

610

<tr>

611

<th> Reference </th>

612

<th> Hodnota </th>

613

<th>   </th>

614

<th> Reference </th>

615

<th> Hodnota </th>

616

</tr>

617

<tr>

618

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

619

<th>   </th>

620

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

621

</tr>

622

<tr>

623

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

624

<td> 100 </td>

625

<td> </td>

626

<td> Q1 </td>

627

<td> IRF7301 </td>

628

</tr>

629

<tr>

630

<td> R10 </td>

631

<td> 220 </td>

632

<td> </td>

633

<td> Q2 </td>

634

<td> 2N7002SMD </td>

635

</tr>

636

<tr>

637

<td> R8,R9 </td>

638

<td> 1k </td>

639

<td> </td>

640

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

641

</tr>

642

<tr>

643

<td> R5,R7 </td>

644

<td> 10k </td>

645

<td> </td>

646

<td> U1 </td>

647

<td> PIC16F88/SO </td>

648

</tr>

649

<tr>

650

<td> R2,R4 </td>

651

<td> 100k </td>

652

<td> </td>

653

<td> U2 </td>

654

<td> LM385-1.2_SO8 </td>

655

</tr>

656

<tr>

657

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

658

<td> </td>

659

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

660

</tr>

661

<tr>

662

<td> P1,P2 </td>

663

<td> 100k </td>

664

<td> </td>

665

<td> J1 </td>

666

<td> BAT </td>

667

</tr>

668

<tr>

669

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

670

<td> </td>

671

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

672

<td> JUMP2 </td>

673

</tr>

674

<tr>

675

<td> C7,C8 </td>

676

<td> 10nF </td>

677

<td> </td>

678

<td> J4 </td>

679

<td> MOTOR </td>

680

</tr>

681

<tr>

682

<td> C5,C6 </td>

683

<td> 100nF </td>

684

<td> </td>

685

<td> J5 </td>

686

<td> PIEZO </td>

687

</tr>

688

<tr>

689

<td> C2,C3 </td>

690

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

691

<td> </td>

692

<td> J7 </td>

693

<td> PIC_ISP </td>

694

</tr>

695

<tr>

696

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

697

<td> </td>

698

<td> SW1 </td>

699

<td> P-B1720 </td>

700

</tr>

701

<tr>

702

<td> C1 </td>

703

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

704

<td> </td>

705

<td> SW2 </td>

706

<td> SMDSW2 </td>

707

</tr>

708

<tr>

709

<td> C4 </td>

710

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

711

<td> </td>

712

<td> </td>

713

<td> </td>

714

</tr>

715

<tr>

716

<th colspan="2"> Indukčnosti </th>

717

<td> </td>

718

<td> </td>

719

<td> </td>

720

</tr>

721

<tr>

722

<td> TR1 </td>

723

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

724

<td> </td>

725

<td> </td>

726

<td> </td>

727

</tr>

728

<tr>

729

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

730

<td> </td>

731

<td> </td>

732

<td> </td>

733

</tr>

734

<tr>

735

<td> D1 </td>

736

<td> BZV55C5.6SMD </td>

737

<td> </td>

738

<td> </td>

739

<td> </td>

740

</tr>

741

<tr>

742

<td> D2,D3 </td>

743

<td> SK54ASMD </td>

744

<td> </td>

745

<td> </td>

746

<td> </td>

747

</tr>

748

<tr>

749

<td> D4 </td>

750

<td> BZV55C18SMD </td>

751

<td> </td>

752

<td> </td>

753

<td> </td>

754

</tr>

755

<tr>

756

<td> D5,D6 </td>

757

<td> BAT48SMD </td>

758

<td> </td>

759

<td> </td>

760

<td> </td>

761

</tr>

762

<tr>

763

<td> D7 </td>

764

<td> LED0805CERVENA </td>

765

<td> </td>

766

<td> </td>

767

<td> </td>

768

</tr>

769

</table>

770

771

<h2> Oživení </h2>

772

773

<p>

774

Po naprogramování by měl procesor po každém resetu pípnout.

775

Při oživování se používají testovací algoritmy programového vybavení.

776

Na výstup RS232 je vhodné připojit pomocný terminál tvořený procesorem

777

PIC s dvouřádkovým LCD displejem. Dále jsou k oživování

778

nezbytné běžné multimetry (současné měření vstupního napětí a proudu

779

a výstupního napětí na definované zátěži) a laboratorní zdroj.

780

Velmi užitečným nástrojem je též osciloskop pro kontrolu průběhů.

781

</p>

782

783

<p>

784

Při napájení z laboratorního zdroje je třeba omezit napájecí proud.

785

Zejména algoritmy 0 a 3, které se snaží udržet definované napětí

786

na slunečních článcích mohou vést k přetížení měniče (spálení cívky

787

nebo tranzistoru).

788

</p>

789

790

<h1> LCD terminál </h1>

791

792

<p>

793

LCD terminál se připojuje na konektor J6 elektroniky a průběžně

794

zobrazuje to, co elektronika posílá po sérovém kanále. Terminál lze

795

snadno sestavit z procesorového modulu s procesorem PIC16F84

796

a z modulu s dvouřádkovým LCD displejem. Po překladu programu

797

terminálu lze samozřejmě použít i jiný procesor.

798

</p>

799

800

<p>

801

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

802

1 stop bit, polarita inverzní (nastavuje se ve zdrojovém kódu).

803

</p>

804

805

<p>

193

miho

808

</p>

809

810

<p>

811

Připojení LCD displeje shrnuje následující přehled:

812

</p>

813

814

<table>

815

<tr>

816

<td> RB4 </td>

817

<td> LCD_DB4 </td>

818

</tr>

819

<tr>

820

<td> RB5 </td>

821

<td> LCD_DB5 </td>

822

</tr>

823

<tr>

824

<td> RB6 </td>

825

<td> LCD_DB6 </td>

826

</tr>

827

<tr>

828

<td> RB7 </td>

829

<td> LCD_DB7 </td>

830

</tr>

831

<tr>

832

<td> RA0 </td>

833

<td> LCD_RS </td>

834

</tr>

835

<tr>

836

<td> RA1 </td>

837

<td> LCD_E </td>

838

</tr>

839

<tr>

840

<td> GND </td>

841

<td> LCD_RW </td>

842

</tr>

843

<tr>

844

<td> RB1 </td>

845

<td> RS232_IN </td>

846

</tr>

847

</table>

848

849

<h1> Programové vybavení </h1>

850

851

<p>

852

Verze 1.01.

853

</p>

854

855

<h2> Uživatelský návod </h2>

856

857

<p>

858

Programové vybavení má implementovány 4 algoritmy, které se volí stavem

859

dvojitého přepínače SW2.

860

</p>

861

862

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

863

864

<p>

865

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

866

Hlavní měnič a algoritmus optimalizace zátěže slunečních článků běží

867

po celou dobu běhu programu. Pomocí P1 se nastavuje požadovaná velikost

868

napětí na slunečních článcích a pomocí P2 se nastavuje rychlost rozjezdu.

869

</p>

870

871

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

872

873

<p>

874

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

875

napájení z regulovatelného zdroje (s proudovým omezením na cca

876

0.5A). Účinnost se určuje ze vstupního napětí a proudu a z napětí

877

na zatěžovacím odporu 100Ω na výstupu (konektor J3). P2 musí být

878

nastaven na 0 nebo musí být odpojen motor.

879

</p>

880

881

<p>

882

Šířka impulsů spínače motoru se nastavuje pomocí P2. P1 se nastavuje

883

na 0 a na J3 se přivádí pomocné napájecí napětí (5 až 16V). Při šířce

884

impulsů 1 (nastaveno pomocí P2) by mělo vozítko pomalu jet při napětí

885

pomocného zdroje 16V.

886

</p>

887

888

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

889

890

<p>

891

Tento algoritmus po resetu počká 2s a pak provede standardní rozjezd

892

motoru. Po 2s motor opět odpojí. Pomocí P2 se nastavuje prodleva mezi

893

stupni řazení. Optimální hodnota bývá mezi 50 a 80ms (není kritické).

894

Test rozjezdu se provádí tak, že se přes J3 nabije akumulační kondenzátor

895

na požadované napětí, poté se pomocný zdroj odpojí a provede se start

896

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

897

dráhy. Hlavní střídač při tomto testu neběží. Algoritmus 0 používá

898

stejné nastavení P2.

899

</p>

900

901

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

902

903

<p>

904

Tento algoritmus slouží k ověření algoritmu optimalizace výkonu

905

ze slunečních článků. Pomocí P1 se nastavuje požadovaná hodnota napětí

906

na solárních článcích tak, aby na zátěži 100Ω na výstupu (konektor J3)

907

bylo maximální napětí. Algoritmus 0 používá stejné nastavení P1.

908

</p>

909

910

<h2> Architektura programu </h2>

911

912

<p>

913

Procesor běží z vnitřního generátoru hodin 4MHz. Má povolen

914

<span lang="en">watch dog</span> a výstup PWM má nastaven na port RB3.

915

</p>

916

917

<p>

918

Pro vysílání dat do pomocného terminálu používá HW podporu

919

(jednotka USART). Nepoužívá se zde přerušení, je-li třeba vyslat více

920

znaků za sebou procedura pro vysílání znaků <samp>Putc()</samp> čeká

921

dokud není vyslán předchozí znak. Počáteční inicializaci sériového

922

kanálu zajišťuje procedura <samp>InitRS232()</samp>. Rychlost

923

je nastavena na 9600Bd.

924

</p>

925

926

<p>

927

Pro pozvolný rozjezd motoru se používá jednotka sériové synchronní

928

komunikace SSP, která umožňuje HW prostředky vyslat sérově zadaná data.

929

Pro postupný rozjezd se nejprve vysílají data obsahující 1 jedničku

930

a postupně se ve vysílaném (osmibitovém) slově zvětšuje počet jedniček

931

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

932

je nastaven stav trvalé jednotky.

933

</p>

934

935

<p>

936

Jednotka SSP po vyslání 1 bajtu dat vyvolá přerušení jehož obsluha zapíše

937

další bajt do SSP pro vyslání. Jaký bajt se opakovaně vysílá je určeno

938

„převodovým stupněm“ při rozjezdu. Obsluhu přerušení zajišťuje procedura

939

<samp>IntSSP()</samp>, data pro opakované vysílání jsou uložena

940

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

941

proměnné se nastavuje pomocí procedury <samp>MotorPatternSet()</samp>,

942

která ze zadaného „rychlostního stupně“ vyrobí slovo s příslušným

943

počtem jedniček. Klidový stav („neutrál“) a plný výkon se neobsluhují

944

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

945

pro ovládání motoru.

946

</p>

947

948

<p>

949

Procedura MotorSet() zajišťuje nastavení zadaného rychlostního stupně

950

a povolí přerušení od jednotky SSP. Tato procedura se volá z hlavního

951

programu pro rozjezd.

952

</p>

953

954

<p class=MsoNormal>Pro měření času pro akumulaci a pro „řazení“ při rozjezdu

955

se používá časovač T0, který je nastaven na přerušení každou cca 1ms

956

(asi 1000x za sekundu). Obsluhu přerušení od časovače zajišťuje procedura

957

<samp>IntT0()</samp>.

958

</p>

959

960

<p>

961

Pro odměřování uplynutí časového intervalu se používá procedura

962

<samp>TimerSet()</samp> a pro testování zda již nastavený čas uplynul

963

se používá funkce <samp>TimerIf()</samp>.

964

</p>

965

966

<p>

967

Automatický rozjezd motoru se zahajuje voláním procedury

968

<samp>MotorStart()</samp>, která nastaví příslušné proměnné, které slouží

969

pro řízení rozjezdu. Vlastní řízení rozjezdu se provádí v proceduře

970

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

971

Podstatným parametrem rozjezdu je časový interval mezi řazením rychlostních

972

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

973

Proměnná <samp>MotorGear</samp> a <samp>MotorTime</samp> obsahují aktuální

974

rychlostní stupeň (1 je nejméně) a čas(v ms), který ještě zbývá než se bude

975

řadit další rychlost.

976

</p>

977

978

<p>

979

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

980

AD převodníku. Výstupem je hodnota 8 bitů (0 až 255). Kanál 0 a 1 měří

981

natočení běžce trimru P1 a P2, kanál 4 měří napětí na referenční diodě

982

U2 (v tomto případě se před měřením připojuje napájení na referenční diodu

983

a po ukončení měření se odpojuje).

984

</p>

985

986

<h3> Hlavní program </h3>

987

988

<p>

989

Hlavní program sestává z inicializační části, která se provádí

990

jen jednou, poté otestuje stav přepínačů režimu činnosti a podle jejich

991

nastavení spustí jeden ze 4 výkonných algoritmů.

992

</p>

993

994

<p>

995

Inicializace sestává z těchto činností:

996

</p>

997

998

<ul>

999

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

1000

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

1001

<li>Nastavení <span lang="en">watch dog</span> na 130ms</li>

1002

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

1003

<li>Inicializace RS232</li>

1004

<li>Pípnutí na piezo element</li>

1005

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

1006

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

1007

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

1008

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

1009

</ul>

1010

1011

<p>

1012

Algoritmus optimalizace zátěže slunečních článků pracuje tak, že se přečte

1013

z P1 (AD převodníkem na kanálu 1) požadovaná hodnota, která

1014

se následně porovnává se skutečnou hodnotou změřeného napětí referenční

1015

diody (napětí na referenční diodě je vždy 1,25V ale změřená hodnota odráží

1016

skutečnost, že číslu 255 odpovídá plné napájecí napětí procesoru, tedy

1017

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

1018

napájecí napětí je větší než požadované a je možno zvýšit výkon měniče.

1019

Zvýší se tedy délka PWM impulsu. V opačném případě se délka impulsu

1020

snižuje (až na nulu). Maximální hodnota délky PWM impulsu je omezena

1021

na 24us protože při připojení tvrdého napájecího zdroje (například

1022

při programování procesoru) by se regulace snažila snížit napájecí

1023

napětí na optimálních 2.5 až 3V což nejde (nakonec by tranzistor měniče

1024

trvale sepnul).

1025

</p>

1026

1027

<h2> Terminál </h2>

1028

1029

<p>

1030

Program úvodem vypíše verzi na LCD displeji a poté začne přijímat data

1031

ze sériového kanálu. Příjem je zahájen start bitem na INT0 vstupu.

1032

Start bit vyvolá přerušení, během kterého je programově přečten 1 znak

1033

a vložen do fronty přijatých znaků (až 40znaků).

1034

</p>

1035

1036

<p>

1037

Hlavní smyčka pouze opakovaně testuje, zda je nějaký znak ve frontě znaků

1038

a v případě že tam je tak jej zpracuje (zobrazí).

1039

Program podporuje následující řídící znaky:

1040

</p>

1041

1042

<ul>

1043

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

1044

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

1045

<li><samp>0x0D</samp> = <samp>\r</samp> – přechod do pozice 1,1</li>

1046

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

1047

</ul>

1048

1049

</div>

1050

1051

1052

1053

<div class="Footer">

1054

<script type="text/javascript">

1055

<!--

1056

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

1057

DrawFooter();

1058

// -->

1059

</script>

1060

<noscript>

1061

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

1062

</noscript>

1063

</div>

1064

1065

1066

</body>

1067

</html>

Subversion Repositories – MLAB

(root)/Designs/DART01B/DOC/HTML/DART01B.cs.html

Rev 203