0,0 → 1,602 |
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd"> |
<html> |
<head> |
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8"> |
<title> CT01B </title> |
<meta name="keywords" content="stavebnice MLAB CT01B tester slunečních článků automatické měření"> |
<meta name="description" content="Projekt MLAB, CT01B tester slunečních článků"> |
<!-- AUTOINCLUDE START "Page/Head.cs.ihtml" DO NOT REMOVE --> |
<link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB základní styl"> |
<link rel="shortcut icon" type="image/x-icon" href="../../../../Web/PIC/MLAB.ico"> |
<script type="text/javascript" src="../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script> |
<!-- AUTOINCLUDE END --> |
</head> |
|
<body lang="cs"> |
|
<!-- AUTOINCLUDE START "Page/Header.cs.ihtml" DO NOT REMOVE --> |
<!-- ============== HLAVICKA ============== --> |
<div class="Header"> |
<script type="text/javascript"> |
<!-- |
SetRelativePath("../../../../"); |
DrawHeader(); |
// --> |
</script> |
<noscript> |
<p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p> |
</noscript> |
</div> |
<!-- AUTOINCLUDE END --> |
|
<!-- AUTOINCLUDE START "Page/Menu.cs.ihtml" DO NOT REMOVE --> |
<!-- ============== MENU ============== --> |
<div class="Menu"> |
<script type="text/javascript"> |
<!-- |
SetRelativePath("../../../../"); |
DrawMenu(); |
// --> |
</script> |
<noscript> |
<p><b> Pro zobrazení (vložení) menu je potřeba JavaScript </b></p> |
</noscript> |
</div> |
<!-- AUTOINCLUDE END --> |
|
<!-- ============== TEXT ============== --> |
<div class="Text"> |
<p class="Title"> |
Tester slunečních článků |
</p> |
<p class=Autor> |
Milan Horkel |
</p> |
<p class="Subtitle"> |
Zařízení CT01B slouží k testování a měření slunečních článků a |
baterií sestavených ze slunečních článků. Umožňuje průběžné zobrazení |
optimálního zatěžovacího bodu (napětí, proud a výkon při optimální zátěži) |
a změření zatěžovací charakteristiky a její odeslání do počítače PC. |
Zařízení vzniklo pro měření slunečních článků používaných pro roboty |
poháněné světlem. |
</p> |
<p class="Subtitle"> |
<img width=324 height=304 src="Pictures/image001.jpg" |
alt="Obrázek CT01B"> |
</p> |
<p> |
<a href="../CT01B.cs.pdf"><img class="NoBorder" |
src="../../../../Web/PIC/FileIco_PDF.ico" |
alt="Acrobat"> PDF verze</a> |
</p> |
|
<h1> Technické údaje </h1> |
|
<table> |
<tr> |
<th> Parametr </th> |
<th> Hodnota </th> |
<th> Poznámka </th> |
</tr> |
<tr> |
<td> Napájení </td> |
<td> 9 až 12V </td> |
<td> </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> Spotřeba </td> |
<td> max. 265mA </td> |
<td> Na prázdno do cca 15mA </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> Rozsah měření proudu </td> |
<td> 0 až 250mA </td> |
<td> S krokem 1mA </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> Rozsah měření napětí </td> |
<td> -0,2 až +4,4V </td> |
<td> </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> Rozhraní </td> |
<td> RS232 </td> |
<td> Jen RX/TX bez potvrzování </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> Rozměry </td> |
<td> 91 x 91 x 20mm </td> |
<td> Výška nad nosnou deskou </td> |
</tr> |
</table> |
|
<h1> Popis konstrukce </h1> |
|
<h2> Úvodem </h2> |
|
<p> |
Uvedený modul vznikl z potřeby detailního prozkoumání vlastností |
slunečních článků používaných pro solární vozítka. Cílem vývoje bylo |
získat možnost rychlého a automatického měření zatěžovacích charakteristik |
slunečních článků tak, aby se měření dalo stihnout dříve, než se články |
ohřejí od lampy. Měří se závislost napětí na zatěžovacím proudu, který |
se automaticky mění v rozsahu 0 až 250mA s krokem 1mA. |
Měření se končí při dosažení nulového nebo záporného napětí na svorkách |
slunečního článku. Naměřené hodnoty se automaticky odesílají po lince |
RS232 do počítače PC. |
</p> |
|
<p> |
Vzhledem k tomu, že zařízení obsahuje mikroprocesor, nebylo již |
obtížné doplnit jej o algoritmus automatického průběžného hledání |
optimální zátěže a zobrazování optimálního napětí, proudu i výkonu |
na LCD displeji. |
</p> |
|
<h2> Zapojení modulu </h2> |
|
<h3> Číslicová část </h3> |
|
<p> |
Základem zapojení je mikroprocesor PIC16F88, který obsahuje analogově |
digitální (AD) převodník a obvod pro pulsně šířkovou modulaci (PWM). |
AD převodník používáme k měření napětí na slunečních článcích. |
Obvod PWM používáme jako digitálně analogový (DA) převodník pro |
nastavování požadovaného zatěžovacího proudu. |
</p> |
|
<p> |
Procesor běží z vnitřního oscilátoru, není tedy třeba připojovat |
krystal. Reset je vyveden na tlačítko. Dále je připojen programovací |
konektor. Funkční tlačítko F1 je připojeno na vstup B4 a standardní |
dvouřádkový LCD displej je připojen obvyklým způsobem. |
</p> |
|
<p> |
Pro komunikaci s PC se používá běžný převodník úrovní pro RS232 |
MAX232. Sériový kanál je připojen na vývody procesoru, které mají HW |
podporu sériové komunikace. |
</p> |
|
<p> |
Napájení zajišťuje stabilizátor s obvodem 7805. Spotřeba naprázdno |
je cca 15mA (při připojeném PC). Spotřeba se zvětšuje o proud, který |
teče slunečními články a může tak dosáhnout maximálně až 265mA. |
</p> |
|
<p> |
<img width=473 height=122 src="Pictures/image002.gif" |
alt="Napájecí zdroj"> |
</p> |
|
<p> |
<img width=513 height=420 src="Pictures/image003.gif" |
alt="Procesor"> |
</p> |
|
<p> |
<img width=358 height=203 src="Pictures/image004.gif" |
alt="Display"> |
<img width=323 height=312 src="Pictures/image005.gif" |
alt="Převodník RS232"> |
</p> |
|
<table class="Soupiska"> |
<tr> |
<th> Reference </th> |
<th> Hodnota </th> |
<tr> |
<th colspan="2"> Odpory </th> |
</tr> |
<tr> |
<td> R6 </td> |
<td> 1 </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> R14, R18 </td> |
<td> 100 </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> R5, R11, R13, R15 </td> |
<td> 1k </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> R10 </td> |
<td> 1k2 </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> R2, R3, R7, R8, R9, R12, R17 </td> |
<td> 10k </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> R16 </td> |
<td> 47k </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> R1 </td> |
<td> 180k </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> R4, R19, R20 </td> |
<td> 220k </td> |
</tr> |
<tr> |
<th colspan="2"> Odporové trimry </th> |
</tr> |
<tr> |
<td> P1, P2, P3 </td> |
<td> 47k/PT10MVK047 </td> |
</tr> |
<tr> |
<th colspan="2"> Keramické kondenzátory </th> |
</tr> |
<tr> |
<td> C6 </td> |
<td> 10nF </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> C2, C3, C4, C5, C7, C8, C9, C10, C12, C13, C14, |
C15, C16, C17, C18, C19, C20 </td> |
<td> 100nF </td> |
</tr> |
<tr> |
<th colspan="2"> Elektrolytické kondenzátory </th> |
</tr> |
<tr> |
<td> C1 </td> |
<td> 100M/16V </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> C11, C21 </td> |
<td> 22uF/6.3V </td> |
</tr> |
<tr> |
<th colspan="2"> Diody </th> |
</tr> |
<tr> |
<td> D1 </td> |
<td> 1N4007 </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> D2 </td> |
<td> BZX85_5V6 </td> |
</tr> |
<tr> |
<th colspan="2"> Tranzistory </th> |
</tr> |
<tr> |
<td> Q1 </td> |
<td> MOS-N-ENH-D </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> Q2 </td> |
<td> BD136 </td> |
</tr> |
<tr> |
<th colspan="2"> Integrované obvody </th> |
</tr> |
<tr> |
<td> U1 </td> |
<td> LM7805T </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> U2 </td> |
<td> TLC272C </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> U3 </td> |
<td> PIC16F88/P </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> U4 </td> |
<td> SC1602A </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> U5 </td> |
<td> MAX232 </td> |
</tr> |
<tr> |
<th colspan="2"> Mechanické součástky </th> |
</tr> |
<tr> |
<td> SW1, SW2 </td> |
<td> P-B1720 </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> J1 </td> |
<td> K375A </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> J2 </td> |
<td> JUMP4 </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> J3 </td> |
<td> JUMP2X1 </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> J4 </td> |
<td> JUMP3 </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> J5 </td> |
<td> PIC_ISP </td> |
</tr> |
<tr> |
<td> J6 </td> |
<td> RS232DB9M </td> |
</tr> |
</table> |
|
<p> |
<img width=330 height=888 src="Pictures/image006.gif" |
alt="Schema"> |
</p> |
|
<h3> Analogová část </h3> |
|
<p> |
Analogová část obvodu se skládá ze dvou obvodů. Prvním z nich |
je zdroj proudu s tranzistorem Q1 a druhým je pak zdroj |
pomocného napětí 0.5V s tranzistorem Q2. |
</p> |
|
<h4> Řízený zdroj proudu </h4> |
|
<p> |
Zdroj proudu je tvořen operačním zesilovačem (OZ) U2A, tranzistorem Q1 |
a snímacím odporem R6. OZ řídí tranzistor Q1 tak, aby úbytek na |
R6 byl shodný jako napětí na jeho neinvertujícím vstupu. Pro maximální |
proud 250mA je úbytek na R6 250mV. Při maximálním proudu je tedy |
na kladné svorce J3.1 minimálně něco přes 250mV (rezerva na Q1). |
Aby se dalo měřit až k nulovému napětí na článcích musí být |
záporná svorka J3.2 udržována minimálně na tomto napětí. |
Zvolené napětí záporné svorky je 0.5V. |
</p> |
|
<p> |
Řídící napětí pro zdroj proudu se získává z PWM (pulsně šířková |
modulace) výstupu procesoru U3.9. Toto pulsní napětí je jednak sníženo |
na asi 1/20 velikosti (z rozsahu 0 až 5V na rozsah 0 až 250mV) odporovým |
děličem R1, P1, R2 a filtrováno kondenzátorem C5 tak, aby vzniklo |
stejnosměrné řídí napětí pro řízení proudového zdroje. |
</p> |
|
<p> |
Protože reálný OZ má obecně nenulový ofset vstupního napětí (i několik |
mV předem neznámé polarity) je do neinvertujícího vstupu OZ injektován |
chybový proud tak, aby při nastavení PWM výstupu procesoru na |
hodnotu 5 (5 z 255) bylo možno nastavit nulový proud. |
Nastavení nuly se provádí pomocí P2 při kalibraci. |
</p> |
|
<p> |
Jako tranzistor Q1 se hodí libovolný NFET tranzistor, který má prahové |
napětí do 2V. Takové tranzistory se dají získat například ze starých |
mainboardů počítačů PC. |
</p> |
|
<h4> Pomocný zdroj napětí 0.5V</h4> |
|
<p> |
Druhou částí je zdroj pomocného napětí 0.5V, který umožňuje měřit |
napětí na článcích až k nulové hodnotě (i kousek pod nulu). Dělič |
R9, R10 definuje velikost napětí (1/10 napájecího), OZ U2B řídí pak |
tranzistor Q2 tak, aby na svorce J4.1 bylo shodné napětí. Nevýhodou |
je, že stejný proud, jaký teče slunečními články musí téct i přes Q2 |
z napájecího zdroje (tedy až 250mA). |
</p> |
|
<p> |
Pro úsporné měření (pokud nás nezajímají hodnoty při napětí na slunečních |
článcích menším než asi 0.5V) můžeme přepnout spojku J4.1-J4.2 do |
úsporné polohy J4.2-J4.3. Pak je spotřeba celého přípravku 10 až 15mA. |
</p> |
|
<p> |
Pokud jsou sluneční články nasvíceny elektrickým světlem (z žárovek) |
je nutné filtrovat střídavou složku generovaného proudu. Prvotní |
filtraci zajišťuje kondenzátor C21 přímo na měřících svorkách. |
Další filtraci zajišťují RC články na vstupu AD převodníku R19, C20 |
a R20, C19. |
</p> |
|
<h2> Mechanická konstrukce </h2> |
|
<p> |
Přípravek je mechanicky řešen jako samostatná deska s rohovými |
šrouby M3 pro uchycení. LCD displej je přichycen šrouby M2.5. |
</p> |
|
<h1> Osazení a oživení </h1> |
|
<h2> Osazení </h2> |
|
<p> |
<img width=451 height=420 src="Pictures/image007.jpg" |
alt="Osazovák, strana součástí"> |
<img width=414 height=213 src="Pictures/image008.jpg" |
alt="Osazovák, strana spojů"> |
</p> |
|
<h2> Oživení </h2> |
|
<p> |
Nejprve se kontroluje, zda stabilizátor U1 stabilizuje 5V. Spotřeba |
by neměla přesáhnout 20mA. Pro kalibraci budeme potřebovat znát přesnou |
velikost napětí +5V. Toto napětí se nejsnáze měří na výstupní svorce |
stabilizátoru U1. |
</p> |
|
<p> |
Po vložení procesoru a jeho naprogramování by měl začít LCD displej |
vypisovat. Je třeba nastavit kontrast pomocí trimru P3. |
</p> |
|
<p> |
Po připojení terminálu na sériové rozhraní (používáme null-modem kabel |
a nastavení 9600Bd, 8bitů, 1stop bit a žádné řízení přenosu) by mělo |
být možné pracovat v režimu kalibrace. Do režimu kalibrace se |
vstupuje pokud se drží stisknuté tlačítko F1 při zapínání přípravku. |
</p> |
|
<p> |
Vložíme operační zesilovač U2 a zkontrolujeme, zda zdroj proudu pracuje |
správně. Připojíme laboratorní zdroj zápornou svorkou na zem |
(propojka J4.2-J4.3) a kladnou svorku připojíme přes ampérmetr |
na kladnou svorku přípravku J3.1. Nastavíme napětí mezi 0.5V a 5V |
a v režimu kalibrace nastavujeme střídu PWM modulace. |
Měřidlo by mělo ukazovat proud úměrný nastavenému číslu. Je vhodné |
zkontrolovat, že se proud nemění při změně napětí v rozmezí |
0.5V až 5V. |
</p> |
|
<p> |
Dále zkontrolujeme, zda napětí na J4.1 („záporná svorka“) je cca 0.5V. |
Na přesné hodnotě nezáleží. Přepojíme propojku J4.1-J4.2 a na měřící |
svorky J3 zapojíme samotný ampérmetr. Při nastavení různých hodnot |
PWM se nesmí napětí záporné svorky J3.2 měnit. |
</p> |
|
<h2> Kalibrace </h2> |
|
<p> |
Kalibrace se provádí v režimu kalibrace. Připojíme přes null-modem |
kabel zařízení s počítačem PC a spustíme terminálový program |
s nastavením komunikace 9600Bd, 8bitů, 1stop bit bez řízení toku dat. |
Dále stiskneme tlačítko F1 a zapneme zařízení. Na terminálu by se mělo |
objevit hlášení o kalibračním režimu. |
</p> |
|
<p> |
Nejprve nastavíme správnou hodnotu referenčního napětí takto |
(příklad uvádí nastavení 4.93V): |
</p> |
|
<p class="ShiftRight"> |
<samp>V4.93</samp> |
</p> |
|
<p> |
Dále nastavíme ofset a zesílení proudového zdroje. Připojíme ampérmetr |
na měřící svorky a propojku J4 do polohy 1-2. Proudový zdroj nastavujeme |
tak, aby při hodnotě 5 proud právě netekl, při hodnotě 6 měl velikost |
1mA a při hodnotě 204 měl velikost 199mA (voleno s ohledem na |
rozsah digitálních měřidel 200mA). |
</p> |
|
<p class="ShiftRight"> |
<samp>5</samp> |
</p> |
|
<p> |
A nastavíme pomocí trimru P2 nulový proud na ampérmetru připojeném |
k měřícím svorkám. |
</p> |
|
<p class="ShiftRight"> |
<samp>204</samp> |
</p> |
|
<p> |
A trimrem P1 nastavíme proud 199mA. |
</p> |
|
<p class="ShiftRight"> |
<samp>6</samp> |
</p> |
|
<p> |
A zkontrolujeme proud 1mA. Celou posloupnost několikrát zopakujem |
a ověříme, že se správně nastavuje měřený proud. |
</p> |
|
<p> |
Zařízení současně při každém odřádkování vypisuje změřenou hodnotu |
napětí na měřících svorkách. |
</p> |
|
<p> |
Nakonec režim kalibrace ukončíme (dojde k uložení referenčního |
napětí do paměti EEPROM): |
</p> |
|
<p class="ShiftRight"> |
<samp>Q</samp> |
</p> |
|
<h1> Programové vybavení </h1> |
|
<h2> Uživatelský návod </h2> |
|
<p> |
Po zapnutí zařízení krátce zobrazí název a verzi programového vybavení |
a pokud není stlačeno tlačítko F1 dojde k přechodu do automatického |
režimu hledání optimální zátěže. Zařízení opakovaně prohledává závislost |
napětí na proudu a průběžně zobrazuje napětí, proud a výkon při |
optimální zátěži. Měření probíhá v rozsahu proud 0 až 250mA |
při napětí 0 až 4.5V. |
</p> |
|
<p> |
Pokud se stlačí tlačítko F1 provede se automatické změření celé V-A |
charakteristiky slunečního článku a naměřené hodnoty se posílají na |
RS232. Měření se provádí pro rostoucí proud v rozsahu 0 až 250mA |
ale jen pro nezáporné hodnoty napětí. |
</p> |
|
<p> |
Do režimu kalibrace se vstupuje pokud je tlačítko F1 stlačeno |
v době zapínání zařízení. Pak se se zařízením komunikuje pomocí |
terminálu na portu RS232. Viz kalibrace. |
</p> |
|
<h2> Popis programu </h2> |
|
<p> |
Program je prost záludností a nevyžaduje dalších komentářů. |
Zdrojové texty jsou bohatě komentovány. |
</p> |
|
<h2> Interface </h2> |
|
<p> |
Takto vypadají přenesené hodnoty automatického měření V-A charakteristiky: |
</p> |
|
<p class="ShiftRight"> |
<samp> |
Solar Cell<br> |
Tester 1.00<br> |
<br> |
I[mA] U[V] P[mW]<br> |
000 2.49 0.0<br> |
001 2.41 2.4<br> |
002 2.30 4.6<br> |
003 2.18 6.5<br> |
004 2.03 8.1<br> |
005 1.80 9.0<br> |
006 1.20 7.2<br> |
007 0.36 2.5 |
</samp> |
</p> |
|
</div> |
|
<!-- AUTOINCLUDE START "Page/Footer.cs.ihtml" DO NOT REMOVE --> |
<!-- ============== PATIČKA ============== --> |
<div class="Footer"> |
<script type="text/javascript"> |
<!-- |
SetRelativePath("../../../../"); |
DrawFooter(); |
// --> |
</script> |
<noscript> |
<p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p> |
</noscript> |
</div> |
<!-- AUTOINCLUDE END --> |
|
</body> |
</html> |