WebSVN – MLAB – Rev 632 – Blame – /Designs/DART01B/DOC/HTML/DART01B.cs.html

331

miho

1

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

203

miho

6

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

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

DART – solární vozítko s měničem

52

</p>

53

<p class=Autor>

54

Milan Horkel

55

</p>

56

<p class="Subtitle">

57

Popisovaná konstrukce je experimentálním vozítkem pro

58

závody solárních modelů. Je zde stručně uvedena mechanická konstrukce a

59

konstrukce elektroniky obsahující měnič a řídící procesor pro řízení

60

měniče a startu vozítka. Varianta s běžným tranzistorem.

61

</p>

62

<p class=Subtitle>

63

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

193

miho

65

</p>

66

<p class="Center">

67

Obrázek zobrazuje elektroniku ve variantě DART01A

68

</p>

69

<p class=Subtitle>

70

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

193

miho

72

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

193

miho

74

</p>

75

<p>

76

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

77

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

78

alt="Acrobat"> PDF verze</a>

79

</p>

80

81

<h1> Technické údaje </h1>

82

83

<table>

84

<tr>

85

<th> Parametr </th>

86

<th> Hodnota </th>

87

<th> Poznámka </th>

88

</tr>

89

<tr>

90

<td> Napájení </td>

91

<td> 8ks slunečních článků </td>

92

<td> cca 65mW </td>

93

</tr>

94

<tr>

95

<td> Akumulační prvek </td>

96

<td> Kondenzátor 10G/16V </td>

97

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

98

</tr>

99

<tr>

100

<td> Maximální energie </td>

101

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

102

<td> Při 16V / 18V </td>

103

</tr>

104

<tr>

105

<td> Řízení </td>

106

<td> Procesor PIC16F88 </td>

107

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

108

</tr>

109

<tr>

110

<td> Hmotnost </td>

111

<td> 70g </td>

112

<td> Elektronika z toho 20g </td>

113

</tr>

114

<tr>

115

<td> Rozměry </td>

116

<td> 155x115x100mm </td>

117

<td> Elektronika 49x31x38mm </td>

118

</tr>

119

</table>

120

121

<h1> Úvodem </h1>

122

123

<p>

124

Konstrukce solárního vozítka vyžaduje mnoho experimentální.

125

Vznikla proto robustní mechanická konstrukce podvozku s oddělitelnými

126

slunečními články a samostatná deska elektroniky. Většinu ladění a experimentů

127

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

128

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

129

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

130

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

131

zvolit vhodnou vzdálenost, aby množství energie odpovídalo soutěžnímu

132

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

133

</p>

134

135

<p>

136

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

137

nějakým způsobem akumulovala energii se snažila nabít přímo ze slunečních

138

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

139

</p>

140

141

<p>

142

Za prvé sluneční články dávají maximální výkon jen při určitém napětí

143

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

144

slunečních článků na vybitý kondenzátor je většina energie nevyužita

145

(velký proud ale nepatrné napětí dají nepatrný výkon).

146

</p>

147

148

<p>

149

Druhým kamenem úrazu je to, jak dostat co nejvíce energie

150

z kondenzátoru do motoru. Prosté připojení motoru je velmi

151

neefektivní, mnohem výhodnější je postupný rozjezd. V autě se

152

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

153

Komplikací je i ta skutečnost, že část energie v kondenzátoru

154

zbývá nevyužita protože napětí na kondenzátoru neklesne na nulu.

155

</p>

156

157

<p class="Remark">

158

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

159

dvojitý FET v obyčejném pouzdře SO8 (původní tranzistor byl

160

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

161

(bliknutí je vidět i v hlučném prostředí ale stávající program

162

ji nevyužívá).

163

</p>

164

165

<h2> Koncepce řešení </h2>

166

167

<p>

168

První problém lze v podstatě bezezbytku vyřešit tím, že mezi

169

baterii slunečních článků a akumulační kondenzátor umístíme měnič, který

170

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

171

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

172

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

173

Procesor ale stejně potřebujeme protože to je nejsnazší způsob jak

174

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

175

</p>

176

177

<p>

178

Energie z akumulačního kondenzátoru přivedeme do motoru „po kouskách“

179

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

180

a během rozjezdu budeme postupně přidávat. Bohužel část energie

181

v kondenzátoru zůstane nevyužita (napětí neklesne k nule).

182

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

183

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

184

použitých tranzistorů.

185

</p>

186

187

<h2> Dosažené výsledky </h2>

188

189

<p>

190

Předběžné dosažené výsledky ukazují, že celkový výsledek je schopný

191

konkurovat nejlepším konstrukcím z předchozích ročníků soutěže

192

solárních vozítek. Zvýšená spotřeba elektroniky a její hmotnost je

193

s rezervou vyvážena lepším využitím energie ze slunečních článků.

194

</p>

195

196

<h1> Mechanická konstrukce </h1>

197

198

<p>

199

Mechanická konstrukce se skládá ze 3 částí:

200

</p>

201

202

<table>

203

<tr>

204

<th> Část </th>

205

<th> Hmotnost </th>

206

<th> Celkem </th>

207

</tr>

208

<tr>

209

<td> Podvozek s motorem </td>

210

<td> 35g </td>

211

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

212

</tr>

213

<tr>

214

<td> Panel slunečních článků </td>

215

<td> 14g </td>

216

</tr>

217

<tr>

218

<td> Elektronika </td>

219

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

220

</tr>

221

</table>

222

223

<p>

224

Podvozek je samostatný prvek a panel slunečních článků je k němu

225

připevněn pomocí stojin z hliníkové trubičky Ø3mm, které lze

226

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

227

je připevněna pomocí gumičky.

228

</p>

229

230

<h2> Podvozek </h2>

231

232

<p>

233

Podvozek je slepený z balzového dřeva a smrkových latiček.

234

Provedení je určeno použitým motorem a převody. Motor i převody

235

pochází z nefunkční CD ROM mechaniky. Podvozek byl stavěn spíše

236

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

237

</p>

238

239

<p>

240

Kola (standardní modelářská) jsou spolu s velkým ozubeným kolem

241

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

242

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

243

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

244

Ložiska pocházejí ze starého pevného disku.

245

</p>

246

247

<p>

248

Přední kolo má pneumatiku z malého modelářského kolečka

249

a náboj tvoří opět malé kuličkové ložisko s osou z hliníkové

250

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

251

při tvrdém dojezdu.

252

</p>

253

254

<p>

255

Stojiny jsou zasunuty v trubičkách z hnědé papírové lepenky.

256

Tyto trubičky jsou epoxidovým lepidlem zalepeny do podvozku.

257

Podrobnosti jsou patrné z přiložených obrázků.

258

</p>

259

260

<p>

261

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

262

alt="Podvozek, pohled zhora">

263

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

264

alt="Převodovka">

265

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

266

alt="Přední kolo">

267

</p>

268

269

<h2> Panel slunečních článků </h2>

270

271

<p>

272

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

273

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

274

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

275

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

276

z papírové lepenky pro nasazení panelu na stojky. Všechny články

277

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

278

</p>

279

280

<p>

281

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

282

alt="Solární články">

283

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

284

alt="Připevnění stojin">

285

</p>

286

287

<h1> Elektronika </h1>

288

289

<h2> Blokové schéma </h2>

290

291

<p>

292

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

293

alt="Blokové schéma">

294

</p>

295

296

<p>

297

Srdcem elektroniky je jednočipový procesor PIC16F88, který zajišťuje

298

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

299

i rozjezdu (pomocí SSP jednotky).

300

</p>

301

302

<p>

303

Napájení zajišťuje panel slunečních článků. Získaná energie

304

se měničem střídá do akumulačního kondenzátoru odkud se pak spínačem

305

motoru využívá pro rozjezd vozítka.

306

</p>

307

308

<p>

309

K procesoru jsou připojeny 2 odporové trimry, jejichž nastavení

310

lze přečíst pomocí AD převodníku a mohou se použít pro nastavení

311

parametrů řídících algoritmů. Přepínač slouží pro výběr až 4 různých

312

řídících algoritmů.

313

</p>

314

315

<p>

316

Pro ladění je možné k elektronice připojit pomocný terminál

317

s dvouřádkovým LCD displejem pro průběžné zobrazování nastavených

318

parametrů.

319

</p>

320

321

<h2> Energetická bilance </h2>

322

323

<p>

324

Zdrojem energie je sada 8ks slunečních článků 25x50mm zapojených

325

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

326

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

327

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

328

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

329

(PIC16F88).

330

</p>

331

332

<p>

333

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

334

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

335

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

336

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

337

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

338

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

339

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

340

</p>

341

342

<p>

343

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

344

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

345

</p>

346

347

<p>

348

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

349

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

350

</p>

351

352

<h2> Měnič </h2>

353

354

<p>

355

Používáme blokující měnič, který má ideální vlastnosti pro uvažovanou

356

aplikaci. Umožňuje totiž transformovat energii ze vstupního napětí

357

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

358

nahoru (když je akumulační kondenzátor nabitý). Velikost výstupního

359

napětí není principielně omezena a aby nedošlo k proražení

360

spínacího tranzistoru nebo akumulačního kondenzátoru je na výstupu

361

měniče zařazena ochranná Zenerova dioda 16V nebo 18V.

362

</p>

363

364

<p>

365

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

193

miho

367

</p>

368

369

<p>

370

Při sepnutí tranzistoru Q se objeví napájecí napětí na primárním vinutí

371

transformátoru a začne postupně lineárně narůstat proud primárním vinutím

372

a dochází k ukládání energie v podobě magnetického pole cívky.

373

</p>

374

375

<p>

376

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

377

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

378

</p>

379

380

<p>

381

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

382

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

383

</p>

384

385

<p>

386

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

387

Q protože proud je úměrný času t.

388

</p>

389

390

<p>

391

Současně plynulý nárůst proudu způsobí, že se na sekundárním vinutí

392

objeví konstantní napětí shodné velikosti jako na primárním vinutí

393

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

394

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

395

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

396

uzavřena a sekundárním vinutím neteče proud.

397

</p>

398

399

<p>

400

V okamžiku rozpojení spínače Q přestává téci proud primárním vinutím

401

a transformátor vrací naakumulovanou energii přes diodu D do akumulačního

402

kondenzátoru C. Napětí na sekundárním vinutí je dáno napětím

403

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

404

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

405

napájecího napětí a napětí na akumulačním kondenzátoru.

406

</p>

407

408

<p>

409

Následující průběhy orientačně zobrazují průběh buzení tranzistoru,

410

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

411

primárním a sekundárním vinutím.

412

</p>

413

414

<p>

415

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

416

alt="Časové průběhy napětí a proudu">

417

</p>

418

419

<p>

420

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

421

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

422

napětí na slunečních článcích. Při poklesu napětí pod nastavenou mez

423

se zkracuje doba sepnutí a naopak.

424

</p>

425

426

<p>

427

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

428

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

429

vzduchovou mezeru. V měniči je použito toroidní jádro Ø10mm

430

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

431

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

432

a vnější průměr jádra oblepí papírovou samolepkou aby drželo pohromadě.

433

Protože je hmota H22 elektricky vodivá slouží papír současně i jako

434

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

435

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

436

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

437

menší váze.

438

</p>

439

440

<p>

441

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

442

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

443

vinutí (začátky jsou ve schématu označeny tečkou).

444

</p>

445

446

<p>

447

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

448

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

449

příliš velká a naopak. Současně zkontrolujeme dosaženou účinnost.

450

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

451

žádná vzduchová mezera, mizerná výstupní dioda, málo sepnutý tranzistor

452

a podobně).

453

</p>

454

455

<h3> Volba součástek </h3>

456

457

<p>

458

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

459

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

460

(zejména notebooků) nebo v LiIon bateriích do mobilních telefonů

461

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

462

V současné době se již dají vhodné dvojité tranzistory

463

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

464

</p>

465

466

<p>

467

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

468

funguje SB540 ale je trochu větší než použitý SMD typ.

469

</p>

470

471

<h2> Rozjezd </h2>

472

473

<p>

474

Aby se co nejvíce pracně získané energie z akumulačního kondenzátoru

475

dostalo do motoru je třeba provádět plynulý rozjezd. Prosté připojení

476

motoru vede k nevalným výsledkům.

477

</p>

478

479

<p>

480

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

481

alt="Principální zapojení rozjezdu">

482

</p>

483

484

<p>

485

Rozjezd zajistíme postupným spínáním tranzistoru Q nejprve na kratičkou

486

dobu a postupně dobu sepnutí prodlužujeme až nakonec zůstane tranzistor

487

trvale sepnutý. K impulsnímu buzení používáme jednotku SSP

488

procesoru (synchronní komunikační jednotka), která umožňuje vysílat

489

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

490

jedničku nebo až 7 jedniček.

491

</p>

492

493

<p>

494

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

495

alt="Průběhy při rozjezdu">

496

</p>

497

498

<p>

499

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

500

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

501

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

502

proražení spínacího tranzistoru. Dioda umožňuje pokračovat proudu

503

motorem i po rozpojení tranzistoru. Proud tekoucí motorem je zdrojem

504

jeho „síly“, tedy točivého momentu.

505

</p>

506

507

<p>

508

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

509

rozjezdu je cca 7KHz.

510

</p>

511

512

<h1> Schéma </h1>

513

514

<p>

515

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

516

alt="Celkové schéma">

517

</p>

518

519

<p>

520

Zenerova dioda D1 chrání procesor před přepětím a přepólováním.

521

Zenerova dioda D4 chrání akumulační kondenzátor a spínací tranzistory

522

(oba) před příliš vysokým napětím.

523

</p>

524

525

<p>

526

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

527

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

528

proti záporným špičkám od spínacích tranzistorů (způsobených

529

nezanedbatelnou kapacitou mezi D a G elektrodami výkonových FET

530

tranzistorů).

531

</p>

532

533

<p>

534

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

535

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

536

(minimální úbytek v propustném směru) nebo zdvojit.

537

</p>

538

539

<p>

540

Kondenzátor C4 je akumulačním kondenzátorem. Je volen s ohledem

541

na optimální poměr množství uložené energie k jeho váze. Je

542

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

543

Velikosti kondenzátorů se pravidelně zmenšují, je tedy třeba pořídit

544

kondenzátor co nejnovější.

545

</p>

546

547

<p>

548

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

549

Tlačítko SW1 umožňuje aktivovat jeho reset. Konektor J7 slouží

550

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

551

akustickou indikaci, že nastal reset.

552

</p>

553

554

<p>

555

P1 a P2 slouží pro nastavování parametrů algoritmů. Jejich natočení

556

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

557

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

558

procesoru nezkratují programovací vodiče na zem.

559

</p>

560

561

<p>

562

Tranzistor Q2 slouží jako výstupní tranzistor sériové linky pomocí níž

563

procesor vysílá výstupní data (na jednoduchý terminál s dvouřádkovým

564

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

565

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

566

</p>

567

568

<p>

569

Pro zajištění optimálního napětí na slunečních článcích je třeba měřit

570

velikost napájecího napětí. Toho se docílí srovnáním napájecího napětí

571

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

572

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

573

</p>

574

575

<p>

576

Důležitou součástkou je C5. Bez tohoto kondenzátoru se může elektronika

577

dostat do naprosto nefunkčního stavu ze kterého se nedostane ani tlačítkem

578

reset. Mechanismus zaseknutí spočívá v tom, že pokud dojde

579

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

580

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

581

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

582

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

583

tak vlastně vytváří zkrat na napájení. Napájecí napětí není schopno

584

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

585

napětí signál reset ještě nefunguje.

586

</p>

587

588

<h1> Osazení a oživení </h1>

589

590

<h2> Osazení </h2>

591

592

<p>

593

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

594

Poněkud obtížnější je jen připájení miniaturního tranzistoru Q1.

595

Piezo element je přilepen ze strany součástí pomocí mezikruží

596

z oboustranně lepicí samolepky. Pod piezo elementem se vyvrtá otvor

597

Ø2mm aby lépe zněl. Pozor na polaritu vinutí transformátoru.

598

</p>

599

600

<p>

601

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

602

alt="Osazovák, strana spojů">

603

</p>

604

605

<p>

606

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

607

alt="Osazovák, strana součástí">

608

</p>

609

610

<table class="Soupiska">

611

<tr>

612

<th> Reference </th>

613

<th> Hodnota </th>

614

<th>   </th>

615

<th> Reference </th>

616

<th> Hodnota </th>

617

</tr>

618

<tr>

619

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

620

<th>   </th>

621

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

622

</tr>

623

<tr>

624

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

625

<td> 100 </td>

626

<td> </td>

627

<td> Q1 </td>

628

<td> IRF7301 </td>

629

</tr>

630

<tr>

631

<td> R10 </td>

632

<td> 220 </td>

633

<td> </td>

634

<td> Q2 </td>

635

<td> 2N7002SMD </td>

636

</tr>

637

<tr>

638

<td> R8,R9 </td>

639

<td> 1k </td>

640

<td> </td>

641

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

642

</tr>

643

<tr>

644

<td> R5,R7 </td>

645

<td> 10k </td>

646

<td> </td>

647

<td> U1 </td>

648

<td> PIC16F88/SO </td>

649

</tr>

650

<tr>

651

<td> R2,R4 </td>

652

<td> 100k </td>

653

<td> </td>

654

<td> U2 </td>

655

<td> LM385-1.2_SO8 </td>

656

</tr>

657

<tr>

658

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

659

<td> </td>

660

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

661

</tr>

662

<tr>

663

<td> P1,P2 </td>

664

<td> 100k </td>

665

<td> </td>

666

<td> J1 </td>

667

<td> BAT </td>

668

</tr>

669

<tr>

670

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

671

<td> </td>

672

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

673

<td> JUMP2 </td>

674

</tr>

675

<tr>

676

<td> C7,C8 </td>

677

<td> 10nF </td>

678

<td> </td>

679

<td> J4 </td>

680

<td> MOTOR </td>

681

</tr>

682

<tr>

683

<td> C5,C6 </td>

684

<td> 100nF </td>

685

<td> </td>

686

<td> J5 </td>

687

<td> PIEZO </td>

688

</tr>

689

<tr>

690

<td> C2,C3 </td>

691

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

692

<td> </td>

693

<td> J7 </td>

694

<td> PIC_ISP </td>

695

</tr>

696

<tr>

697

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

698

<td> </td>

699

<td> SW1 </td>

700

<td> P-B1720 </td>

701

</tr>

702

<tr>

703

<td> C1 </td>

704

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

705

<td> </td>

706

<td> SW2 </td>

707

<td> SMDSW2 </td>

708

</tr>

709

<tr>

710

<td> C4 </td>

711

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

712

<td> </td>

713

<td> </td>

714

<td> </td>

715

</tr>

716

<tr>

717

<th colspan="2"> Indukčnosti </th>

718

<td> </td>

719

<td> </td>

720

<td> </td>

721

</tr>

722

<tr>

723

<td> TR1 </td>

724

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

725

<td> </td>

726

<td> </td>

727

<td> </td>

728

</tr>

729

<tr>

730

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

731

<td> </td>

732

<td> </td>

733

<td> </td>

734

</tr>

735

<tr>

736

<td> D1 </td>

737

<td> BZV55C5.6SMD </td>

738

<td> </td>

739

<td> </td>

740

<td> </td>

741

</tr>

742

<tr>

743

<td> D2,D3 </td>

744

<td> SK54ASMD </td>

745

<td> </td>

746

<td> </td>

747

<td> </td>

748

</tr>

749

<tr>

750

<td> D4 </td>

751

<td> BZV55C18SMD </td>

752

<td> </td>

753

<td> </td>

754

<td> </td>

755

</tr>

756

<tr>

757

<td> D5,D6 </td>

758

<td> BAT48SMD </td>

759

<td> </td>

760

<td> </td>

761

<td> </td>

762

</tr>

763

<tr>

764

<td> D7 </td>

765

<td> LED0805CERVENA </td>

766

<td> </td>

767

<td> </td>

768

<td> </td>

769

</tr>

770

</table>

771

772

<h2> Oživení </h2>

773

774

<p>

775

Po naprogramování by měl procesor po každém resetu pípnout.

776

Při oživování se používají testovací algoritmy programového vybavení.

777

Na výstup RS232 je vhodné připojit pomocný terminál tvořený procesorem

778

PIC s dvouřádkovým LCD displejem. Dále jsou k oživování

779

nezbytné běžné multimetry (současné měření vstupního napětí a proudu

780

a výstupního napětí na definované zátěži) a laboratorní zdroj.

781

Velmi užitečným nástrojem je též osciloskop pro kontrolu průběhů.

782

</p>

783

784

<p>

785

Při napájení z laboratorního zdroje je třeba omezit napájecí proud.

786

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

787

na slunečních článcích mohou vést k přetížení měniče (spálení cívky

788

nebo tranzistoru).

789

</p>

790

791

<h1> LCD terminál </h1>

792

793

<p>

794

LCD terminál se připojuje na konektor J6 elektroniky a průběžně

795

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

796

snadno sestavit z procesorového modulu s procesorem PIC16F84

797

a z modulu s dvouřádkovým LCD displejem. Po překladu programu

798

terminálu lze samozřejmě použít i jiný procesor.

799

</p>

800

801

<p>

802

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

803

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

804

</p>

805

806

<p>

193

miho

809

</p>

810

811

<p>

812

Připojení LCD displeje shrnuje následující přehled:

813

</p>

814

815

<table>

816

<tr>

817

<td> RB4 </td>

818

<td> LCD_DB4 </td>

819

</tr>

820

<tr>

821

<td> RB5 </td>

822

<td> LCD_DB5 </td>

823

</tr>

824

<tr>

825

<td> RB6 </td>

826

<td> LCD_DB6 </td>

827

</tr>

828

<tr>

829

<td> RB7 </td>

830

<td> LCD_DB7 </td>

831

</tr>

832

<tr>

833

<td> RA0 </td>

834

<td> LCD_RS </td>

835

</tr>

836

<tr>

837

<td> RA1 </td>

838

<td> LCD_E </td>

839

</tr>

840

<tr>

841

<td> GND </td>

842

<td> LCD_RW </td>

843

</tr>

844

<tr>

845

<td> RB1 </td>

846

<td> RS232_IN </td>

847

</tr>

848

</table>

849

850

<h1> Programové vybavení </h1>

851

852

<p>

853

Verze 1.01.

854

</p>

855

856

<h2> Uživatelský návod </h2>

857

858

<p>

859

Programové vybavení má implementovány 4 algoritmy, které se volí stavem

860

dvojitého přepínače SW2.

861

</p>

862

863

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

864

865

<p>

866

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

867

Hlavní měnič a algoritmus optimalizace zátěže slunečních článků běží

868

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

869

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

870

</p>

871

872

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

873

874

<p>

875

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

876

napájení z regulovatelného zdroje (s proudovým omezením na cca

877

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

878

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

879

nastaven na 0 nebo musí být odpojen motor.

880

</p>

881

882

<p>

883

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

884

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

885

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

886

pomocného zdroje 16V.

887

</p>

888

889

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

890

891

<p>

892

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

893

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

894

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

895

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

896

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

897

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

898

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

899

stejné nastavení P2.

900

</p>

901

902

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

903

904

<p>

905

Tento algoritmus slouží k ověření algoritmu optimalizace výkonu

906

ze slunečních článků. Pomocí P1 se nastavuje požadovaná hodnota napětí

907

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

908

bylo maximální napětí. Algoritmus 0 používá stejné nastavení P1.

909

</p>

910

911

<h2> Architektura programu </h2>

912

913

<p>

914

Procesor běží z vnitřního generátoru hodin 4MHz. Má povolen

915

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

916

</p>

917

918

<p>

919

Pro vysílání dat do pomocného terminálu používá HW podporu

920

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

921

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

922

dokud není vyslán předchozí znak. Počáteční inicializaci sériového

923

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

924

je nastavena na 9600Bd.

925

</p>

926

927

<p>

928

Pro pozvolný rozjezd motoru se používá jednotka sériové synchronní

929

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

930

Pro postupný rozjezd se nejprve vysílají data obsahující 1 jedničku

931

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

932

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

933

je nastaven stav trvalé jednotky.

934

</p>

935

936

<p>

937

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

938

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

939

„převodovým stupněm“ při rozjezdu. Obsluhu přerušení zajišťuje procedura

940

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

941

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

942

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

943

která ze zadaného „rychlostního stupně“ vyrobí slovo s příslušným

944

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

945

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

946

pro ovládání motoru.

947

</p>

948

949

<p>

950

Procedura MotorSet() zajišťuje nastavení zadaného rychlostního stupně

951

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

952

programu pro rozjezd.

953

</p>

954

955

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

956

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

957

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

958

<samp>IntT0()</samp>.

959

</p>

960

961

<p>

962

Pro odměřování uplynutí časového intervalu se používá procedura

963

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

964

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

965

</p>

966

967

<p>

968

Automatický rozjezd motoru se zahajuje voláním procedury

969

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

970

pro řízení rozjezdu. Vlastní řízení rozjezdu se provádí v proceduře

971

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

972

Podstatným parametrem rozjezdu je časový interval mezi řazením rychlostních

973

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

974

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

975

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

976

řadit další rychlost.

977

</p>

978

979

<p>

980

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

981

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

982

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

983

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

984

a po ukončení měření se odpojuje).

985

</p>

986

987

<h3> Hlavní program </h3>

988

989

<p>

990

Hlavní program sestává z inicializační části, která se provádí

991

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

992

nastavení spustí jeden ze 4 výkonných algoritmů.

993

</p>

994

995

<p>

996

Inicializace sestává z těchto činností:

997

</p>

998

999

<ul>

1000

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

1001

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

1002

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

1003

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

1004

<li>Inicializace RS232</li>

1005

<li>Pípnutí na piezo element</li>

1006

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

1007

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

1008

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

1009

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

1010

</ul>

1011

1012

<p>

1013

Algoritmus optimalizace zátěže slunečních článků pracuje tak, že se přečte

1014

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

1015

se následně porovnává se skutečnou hodnotou změřeného napětí referenční

1016

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

1017

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

1018

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

1019

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

1020

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

1021

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

1022

na 24us protože při připojení tvrdého napájecího zdroje (například

1023

při programování procesoru) by se regulace snažila snížit napájecí

1024

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

1025

trvale sepnul).

1026

</p>

1027

1028

<h2> Terminál </h2>

1029

1030

<p>

1031

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

1032

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

1033

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

1034

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

1035

</p>

1036

1037

<p>

1038

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

1039

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

1040

Program podporuje následující řídící znaky:

1041

</p>

1042

1043

<ul>

1044

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

1045

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

1046

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

1047

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

1048

</ul>

1049

1050

</div>

1051

1052

1053

1054

<div class="Footer">

1055

<script type="text/javascript">

1056

<!--

1057

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

1058

DrawFooter();

1059

// -->

1060

</script>

1061

<noscript>

1062

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

1063

</noscript>

1064

</div>

1065

1066

1067

</body>

1068

</html>

Subversion Repositories – MLAB

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

Rev 632