| 0,0 → 1,1067 |
|---|
| <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3c.org/TR/html4/strict.dtd"> |
| <html> |
| <head> |
| <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8"> |
| <title> DART01B </title> |
| <meta name="keywords" content="stavebnice MLAB solární vozítko robot DART "> |
| <meta name="description" content="Projekt MLAB, Solární vozítko DART"> |
| <!-- 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"> |
| DART – solární vozítko s měničem |
| </p> |
| <p class=Autor> |
| Milan Horkel |
| </p> |
| <p class="Subtitle"> |
| Popisovaná konstrukce je experimentálním vozítkem pro |
| závody solárních modelů. Je zde stručně uvedena mechanická konstrukce a |
| konstrukce elektroniky obsahující měnič a řídící procesor pro řízení |
| měniče a startu vozítka. Varianta s běžným tranzistorem. |
| </p> |
| <p class=Subtitle> |
| <img width=358 height=333 src="Pictures/image001.jpg" |
| alt=""> |
| </p> |
| <p class="Center"> |
| Obrázek zobrazuje elektroniku ve variantě DART01A |
| </p> |
| <p class=Subtitle> |
| <img width=228 height=160 src="Pictures/image002.jpg" |
| alt=""> |
| <img width=227 height=148 src="Pictures/image003.jpg" |
| alt=""> |
| </p> |
| <p> |
| <a href="../DART01B.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> 8ks slunečních článků </td> |
| <td> cca 65mW </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> Akumulační prvek </td> |
| <td> Kondenzátor 10G/16V </td> |
| <td> Maximálně do 18V (omezeno ZD)</td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> Maximální energie </td> |
| <td> 1.3J / 1.6J </td> |
| <td> Při 16V / 18V </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> Řízení </td> |
| <td> Procesor PIC16F88 </td> |
| <td> AD převodník, PWM, SSP, časovač </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> Hmotnost </td> |
| <td> 70g </td> |
| <td> Elektronika z toho 20g </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> Rozměry </td> |
| <td> 155x115x100mm </td> |
| <td> Elektronika 49x31x38mm </td> |
| </tr> |
| </table> |
| |
| <h1> Úvodem </h1> |
| |
| <p> |
| Konstrukce solárního vozítka vyžaduje mnoho experimentální. |
| Vznikla proto robustní mechanická konstrukce podvozku s oddělitelnými |
| slunečními články a samostatná deska elektroniky. Většinu ladění a experimentů |
| lze udělat tak, že se na podvozek umístí závaží odpovídající váze slunečních |
| článků a elektroniky (osvědčila se 9V baterie) a podvozek se propojí tenkým |
| drátem (lakovaný drát 0.2mm) s elektronikou, která leží na pracovním |
| stole. Na sluneční články lze svítit obyčejnou stolní lampou, jen je třeba |
| zvolit vhodnou vzdálenost, aby množství energie odpovídalo soutěžnímu |
| osvětlení. Do místa dojezdu je vhodné dát polštář aby se podvozek nepotloukl. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Všechna dosavadní solární vozítka (na soutěžích v Ostravě), která |
| nějakým způsobem akumulovala energii se snažila nabít přímo ze slunečních |
| článků velký kondenzátor a ten pak vybít do motoru. Tento proces má dvě úskalí. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Za prvé sluneční články dávají maximální výkon jen při určitém napětí |
| (2.5 až 3V při 8 článcích dle úrovně osvětlení). Tedy při připojení |
| slunečních článků na vybitý kondenzátor je většina energie nevyužita |
| (velký proud ale nepatrné napětí dají nepatrný výkon). |
| </p> |
| |
| <p> |
| Druhým kamenem úrazu je to, jak dostat co nejvíce energie |
| z kondenzátoru do motoru. Prosté připojení motoru je velmi |
| neefektivní, mnohem výhodnější je postupný rozjezd. V autě se |
| také nerozjíždíme na pětku i když nakonec chceme jet co nejrychleji. |
| Komplikací je i ta skutečnost, že část energie v kondenzátoru |
| zbývá nevyužita protože napětí na kondenzátoru neklesne na nulu. |
| </p> |
| |
| <p class="Remark"> |
| Varianta „B“ elektroniky se od varianty „A“ liší jen tím, že byl použit |
| dvojitý FET v obyčejném pouzdře SO8 (původní tranzistor byl |
| poněkud exotický) a na plošný spoj byla doplněna možnost osazení LED |
| (bliknutí je vidět i v hlučném prostředí ale stávající program |
| ji nevyužívá). |
| </p> |
| |
| <h2> Koncepce řešení </h2> |
| |
| <p> |
| První problém lze v podstatě bezezbytku vyřešit tím, že mezi |
| baterii slunečních článků a akumulační kondenzátor umístíme měnič, který |
| řídíme tak, aby bylo na slunečních článcích optimální napětí. Zaplatíme |
| za to tím, že se část energie ztratí v měniči (účinnost cca 80%) |
| a část energie spotřebuje procesor na řízení měniče (cca 1mA). |
| Procesor ale stejně potřebujeme protože to je nejsnazší způsob jak |
| zajistit start vozítka v definovaném čase (dle pravidel 15s). |
| </p> |
| |
| <p> |
| Energie z akumulačního kondenzátoru přivedeme do motoru „po kouskách“ |
| tak, že při rozjezdu budeme nejprve krátce spínat proud do motoru |
| a během rozjezdu budeme postupně přidávat. Bohužel část energie |
| v kondenzátoru zůstane nevyužita (napětí neklesne k nule). |
| Aby tato část byla co nejmenší je vhodné volit kondenzátor raději menší |
| kapacity ale na větší napětí. Napětí je omezeno hlavně průrazným napětím |
| použitých tranzistorů. |
| </p> |
| |
| <h2> Dosažené výsledky </h2> |
| |
| <p> |
| Předběžné dosažené výsledky ukazují, že celkový výsledek je schopný |
| konkurovat nejlepším konstrukcím z předchozích ročníků soutěže |
| solárních vozítek. Zvýšená spotřeba elektroniky a její hmotnost je |
| s rezervou vyvážena lepším využitím energie ze slunečních článků. |
| </p> |
| |
| <h1> Mechanická konstrukce </h1> |
| |
| <p> |
| Mechanická konstrukce se skládá ze 3 částí: |
| </p> |
| |
| <table> |
| <tr> |
| <th> Část </th> |
| <th> Hmotnost </th> |
| <th> Celkem </th> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> Podvozek s motorem </td> |
| <td> 35g </td> |
| <td rowspan=3> 69g </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> Panel slunečních článků </td> |
| <td> 14g </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> Elektronika </td> |
| <td> 20g (z toho kondenzátor 13g) </td> |
| </tr> |
| </table> |
| |
| <p> |
| Podvozek je samostatný prvek a panel slunečních článků je k němu |
| připevněn pomocí stojin z hliníkové trubičky Ø3mm, které lze |
| oddělit jak od podvozku, tak i od panelu slunečních článků. Elektronika |
| je připevněna pomocí gumičky. |
| </p> |
| |
| <h2> Podvozek </h2> |
| |
| <p> |
| Podvozek je slepený z balzového dřeva a smrkových latiček. |
| Provedení je určeno použitým motorem a převody. Motor i převody |
| pochází z nefunkční CD ROM mechaniky. Podvozek byl stavěn spíše |
| robustní aby něco vydržel a jistě by jej bylo možné odlehčit. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Kola (standardní modelářská) jsou spolu s velkým ozubeným kolem |
| převodu nasazena (a přilepena) na osu, kterou tvoří hliníková |
| trubička Ø3mm. Na ose jsou dále přilepena 2 kuličková ložiska za která |
| je náprava uchycena do podvozku (ložiska nejsou k podvozku přilepena). |
| Ložiska pocházejí ze starého pevného disku. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Přední kolo má pneumatiku z malého modelářského kolečka |
| a náboj tvoří opět malé kuličkové ložisko s osou z hliníkové |
| trubičky. Kolečko musí být dobře připevněno k podvozku aby se neulomilo |
| při tvrdém dojezdu. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Stojiny jsou zasunuty v trubičkách z hnědé papírové lepenky. |
| Tyto trubičky jsou epoxidovým lepidlem zalepeny do podvozku. |
| Podrobnosti jsou patrné z přiložených obrázků. |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=268 height=189 src="Pictures/image005.jpg" |
| alt="Podvozek, pohled zhora"> |
| <img width=170 height=190 src="Pictures/image006.jpg" |
| alt="Převodovka"> |
| <img width=143 height=188 src="Pictures/image007.jpg" |
| alt="Přední kolo"> |
| </p> |
| |
| <h2> Panel slunečních článků </h2> |
| |
| <p> |
| Sluneční články jsou velmi křehké a je tedy nezbytné náležitě je chránit |
| před poškozením. Ke každému článku jsou zespoda připájeny 2 tenké dráty |
| za které jsou přichyceny k podložce z 1mm balzy. Okraj podložky |
| je zpevněn latičkami 2x3mm. Vpředu a vzadu jsou přilepené trubičky |
| z papírové lepenky pro nasazení panelu na stojky. Všechny články |
| jsou zapojené v sérii a vývod je opatřen kablíkem s konektorem. |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=209 height=189 src="Pictures/image008.jpg" |
| alt="Solární články"> |
| <img width=105 height=188 src="Pictures/image009.jpg" |
| alt="Připevnění stojin"> |
| </p> |
| |
| <h1> Elektronika </h1> |
| |
| <h2> Blokové schéma </h2> |
| |
| <p> |
| <img width=465 height=227 src="Pictures/image010.gif" |
| alt="Blokové schéma"> |
| </p> |
| |
| <p> |
| Srdcem elektroniky je jednočipový procesor PIC16F88, který zajišťuje |
| kompletní řízení jak měniče (pomocí PWM jednotky a AD převodníku) tak |
| i rozjezdu (pomocí SSP jednotky). |
| </p> |
| |
| <p> |
| Napájení zajišťuje panel slunečních článků. Získaná energie |
| se měničem střídá do akumulačního kondenzátoru odkud se pak spínačem |
| motoru využívá pro rozjezd vozítka. |
| </p> |
| |
| <p> |
| K procesoru jsou připojeny 2 odporové trimry, jejichž nastavení |
| lze přečíst pomocí AD převodníku a mohou se použít pro nastavení |
| parametrů řídících algoritmů. Přepínač slouží pro výběr až 4 různých |
| řídících algoritmů. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Pro ladění je možné k elektronice připojit pomocný terminál |
| s dvouřádkovým LCD displejem pro průběžné zobrazování nastavených |
| parametrů. |
| </p> |
| |
| <h2> Energetická bilance </h2> |
| |
| <p> |
| Zdrojem energie je sada 8ks slunečních článků 25x50mm zapojených |
| do série, které poskytnou při soutěžním osvětlení cca 60mW výkonu. |
| Maximální výkon lze z článků získat pokud se zatíží tak, aby |
| na nich bylo napětí 2.5 až 3V. Tato velikost napětí je výhodná |
| i tím, že se dá bez úprav použít pro napájení řídícího procesoru |
| (PIC16F88). |
| </p> |
| |
| <p> |
| Na startu je možno 15s akumulovat energii. Za tyto dobu poskytnou články |
| cca 0.9J energie. Vlastní spotřeba procesoru (1mA) je jen malou částí |
| a nebudeme ji dále uvažovat. Akumulační kondenzátor 10G/16V se |
| touto energií nabije ideálně na cca 13.4V. Vzhledem k tomu, |
| že měnič má ztráty bude na kondenzátoru napětí o něco menší. |
| Teoreticky se do uvažovaného kondenzátoru vejde až 1.28J při 16V |
| a máme tedy i dostatečnou rezervu (více světla, lepší články a podobně). |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=137 height=41 src="Pictures/image011.gif" |
| alt="Vzorec E = 0.5 * C * U * U"> |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=129 height=47 src="Pictures/image012.gif" |
| alt="Vzorec U = sqrt( 2 * E / C )"> |
| </p> |
| |
| <h2> Měnič </h2> |
| |
| <p> |
| Používáme blokující měnič, který má ideální vlastnosti pro uvažovanou |
| aplikaci. Umožňuje totiž transformovat energii ze vstupního napětí |
| jak směrem dolu (když je akumulační kondenzátor vybitý) tak i směrem |
| nahoru (když je akumulační kondenzátor nabitý). Velikost výstupního |
| napětí není principielně omezena a aby nedošlo k proražení |
| spínacího tranzistoru nebo akumulačního kondenzátoru je na výstupu |
| měniče zařazena ochranná Zenerova dioda 16V nebo 18V. |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=378 height=155 src="Pictures/image013.gif" |
| alt="Principáalní schéma měniče"> |
| </p> |
| |
| <p> |
| Při sepnutí tranzistoru Q se objeví napájecí napětí na primárním vinutí |
| transformátoru a začne postupně lineárně narůstat proud primárním vinutím |
| a dochází k ukládání energie v podobě magnetického pole cívky. |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=147 height=41 src="Pictures/image014.gif" |
| alt="Vzorec i(t) = U * t / L"> |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=133 height=41 src="Pictures/image015.gif" |
| alt="Vzorec E = 0.5 L * I * I"> |
| </p> |
| |
| <p> |
| Množství uložené energie je úměrné t<sup>2</sup> času sepnutí spínače |
| Q protože proud je úměrný času t. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Současně plynulý nárůst proudu způsobí, že se na sekundárním vinutí |
| objeví konstantní napětí shodné velikosti jako na primárním vinutí |
| (primární i sekundární vinutí mají shodný počet závitů). Kladný pól |
| tohoto napětí je u tečky protože kladný pól napětí na primárním vinutí |
| je také u tečky. Sekundární vinutí je zapojeno tak, že dioda D je |
| uzavřena a sekundárním vinutím neteče proud. |
| </p> |
| |
| <p> |
| V okamžiku rozpojení spínače Q přestává téci proud primárním vinutím |
| a transformátor vrací naakumulovanou energii přes diodu D do akumulačního |
| kondenzátoru C. Napětí na sekundárním vinutí je dáno napětím |
| na kondenzátoru C (plus úbytek na diodě D) a napětí na primárním vinutí |
| je opět zhruba shodné. Tranzistor Q je namáhán napětím rovným součtu |
| napájecího napětí a napětí na akumulačním kondenzátoru. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Následující průběhy orientačně zobrazují průběh buzení tranzistoru, |
| napětí na primárním vinutí (na sekundárním je vždy stejné) a proudy |
| primárním a sekundárním vinutím. |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=373 height=181 src="Pictures/image016.gif" |
| alt="Časové průběhy napětí a proudu"> |
| </p> |
| |
| <p> |
| Množství energie v každém cyklu je dáno t<sup>2</sup> doby sepnutí |
| spínače. Tato doba je řízena procesorem tak, aby se udržovalo optimální |
| napětí na slunečních článcích. Při poklesu napětí pod nastavenou mez |
| se zkracuje doba sepnutí a naopak. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Aby měl měnič dobrou účinnost (cca 80%) je nezbytné zajistit, aby se |
| jádro transformátoru nepřebuzovalo. Toho se docílí tím, že má jádro |
| vzduchovou mezeru. V měniči je použito toroidní jádro Ø10mm |
| z hmoty H22 (nízkofrekvenční hmota). Jádro se oparně přelomí |
| na 2 poloviny a mezi ně se vloží papírová samolepka. Pak se vnitřní |
| a vnější průměr jádra oblepí papírovou samolepkou aby drželo pohromadě. |
| Protože je hmota H22 elektricky vodivá slouží papír současně i jako |
| ochrana proti zkratu vinutí na ostrých hranách jádra. Je možné použít |
| i jádra E z budícího transformátoru ze spínaného zdroje pro PC nebo |
| z vyřazeného monitoru. Výhoda toroidu je jen v jeho o něco |
| menší váze. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Vinutí se vine bifilárně (obě vinutí najednou) 2x70 závitů drátem |
| o Ø0.2mm. Při zapojování je třeba správně zapojit začátky a konce |
| vinutí (začátky jsou ve schématu označeny tečkou). |
| </p> |
| |
| <p> |
| Indukčnost vinutí volíme tak, aby při buzení PWM na úrovni cca 30% tekl |
| do měniče jmenovitý proud. Pokud teče proud moc malý je indukčnost |
| příliš velká a naopak. Současně zkontrolujeme dosaženou účinnost. |
| Pokud je menší než asi 75% je něco špatně (nevhodné jádro, malá nebo |
| žádná vzduchová mezera, mizerná výstupní dioda, málo sepnutý tranzistor |
| a podobně). |
| </p> |
| |
| <h3> Volba součástek </h3> |
| |
| <p> |
| <b>Tranzistor Q</b> – použijeme výkonový FET s prahovým napětím |
| cca 2V pro proud cca 5A. Takové tranzistory se vyskytují na mainboardech |
| (zejména notebooků) nebo v LiIon bateriích do mobilních telefonů |
| (tam bývají v nevhodných pouzdrech nebo bývají nevhodně zapojené). |
| V současné době se již dají vhodné dvojité tranzistory |
| v pouzdru SO8 koupit. Používáme tranzistory minimálně na 20V. |
| </p> |
| |
| <p> |
| <b>Dioda D</b> – použijeme Schottkyho diodu na cca 5A. Velmi pěkně |
| funguje SB540 ale je trochu větší než použitý SMD typ. |
| </p> |
| |
| <h2> Rozjezd </h2> |
| |
| <p> |
| Aby se co nejvíce pracně získané energie z akumulačního kondenzátoru |
| dostalo do motoru je třeba provádět plynulý rozjezd. Prosté připojení |
| motoru vede k nevalným výsledkům. |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=236 height=185 src="Pictures/image017.gif" |
| alt="Principální zapojení rozjezdu"> |
| </p> |
| |
| <p> |
| Rozjezd zajistíme postupným spínáním tranzistoru Q nejprve na kratičkou |
| dobu a postupně dobu sepnutí prodlužujeme až nakonec zůstane tranzistor |
| trvale sepnutý. K impulsnímu buzení používáme jednotku SSP |
| procesoru (synchronní komunikační jednotka), která umožňuje vysílat |
| sériově datová slova (8 bitů). Je tak snadné vysílat buď jen jednu |
| jedničku nebo až 7 jedniček. |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=323 height=199 src="Pictures/image018.gif" |
| alt="Průběhy při rozjezdu"> |
| </p> |
| |
| <p> |
| Dioda D je zde zásadně důležitou součástkou a bez ní to nejede. |
| Při sepnutí roste lineárně proud motorem (je to konec konců cívka) a |
| při rozpojení je potřeba, aby mohl proud téci i nadále. Jinak hrozí |
| proražení spínacího tranzistoru. Dioda umožňuje pokračovat proudu |
| motorem i po rozpojení tranzistoru. Proud tekoucí motorem je zdrojem |
| jeho „síly“, tedy točivého momentu. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Jako optimální se jeví „řazení“ po 50 až 80ms. Opakovací frekvence |
| rozjezdu je cca 7KHz. |
| </p> |
| |
| <h1> Schéma </h1> |
| |
| <p> |
| <img width=642 height=783 src="Pictures/image019.gif" |
| alt="Celkové schéma"> |
| </p> |
| |
| <p> |
| Zenerova dioda D1 chrání procesor před přepětím a přepólováním. |
| Zenerova dioda D4 chrání akumulační kondenzátor a spínací tranzistory |
| (oba) před příliš vysokým napětím. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Odpory R2 a R4 zajišťují vypnutý klidový stav tranzistorů Q1A a Q1B. |
| Odpory R1 a R3 spolu s diodami D5 a D6 zajišťují ochranu procesoru |
| proti záporným špičkám od spínacích tranzistorů (způsobených |
| nezanedbatelnou kapacitou mezi D a G elektrodami výkonových FET |
| tranzistorů). |
| </p> |
| |
| <p> |
| Dioda D2 je výstupní diodou měniče a dioda D3 je ochrannou diodou obvodů |
| rozjezdu motoru. Pro zlepšení účinnosti je možné tyto diody buď vybrat |
| (minimální úbytek v propustném směru) nebo zdvojit. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Kondenzátor C4 je akumulačním kondenzátorem. Je volen s ohledem |
| na optimální poměr množství uložené energie k jeho váze. Je |
| zajímavé, že kondenzátor 10G/10V je stejně velký (tedy nevýhodný). |
| Velikosti kondenzátorů se pravidelně zmenšují, je tedy třeba pořídit |
| kondenzátor co nejnovější. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Procesor běží z vnitřního RC oscilátoru (na kmitočtu 4MHz). |
| Tlačítko SW1 umožňuje aktivovat jeho reset. Konektor J7 slouží |
| k programování procesoru. J5 je piezo element, který se používá pro |
| akustickou indikaci, že nastal reset. |
| </p> |
| |
| <p> |
| P1 a P2 slouží pro nastavování parametrů algoritmů. Jejich natočení |
| se čte pomocí AD převodníku. Přepínač SW2 slouží pro volbu jednoho ze |
| čtyř algoritmů. Odpory R8 a R9 zajišťují, že se při programování |
| procesoru nezkratují programovací vodiče na zem. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Tranzistor Q2 slouží jako výstupní tranzistor sériové linky pomocí níž |
| procesor vysílá výstupní data (na jednoduchý terminál s dvouřádkovým |
| LCD displejem). Používá se při ladění. Zvolené řešení zajišťuje, |
| že připojený terminál (displej) nemá žádný vliv na spotřebu elektroniky. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Pro zajištění optimálního napětí na slunečních článcích je třeba měřit |
| velikost napájecího napětí. Toho se docílí srovnáním napájecího napětí |
| a napětím na referenční diodě U2 na které je standardně 1.25V. Napájení |
| referenční diody se zapíná jen po dobu měření (z portu RA4 přes R7). |
| </p> |
| |
| <p> |
| Důležitou součástkou je C5. Bez tohoto kondenzátoru se může elektronika |
| dostat do naprosto nefunkčního stavu ze kterého se nedostane ani tlačítkem |
| reset. Mechanismus zaseknutí spočívá v tom, že pokud dojde |
| k poklesu napájení pod mez při které procesor přestává fungovat a je |
| současně PWM výstup ve stavu H zůstává klopný obvod PWM výstupu procesoru |
| ve stavu H (k udržení stavu mu stačí pár desetin voltů napájení) |
| a při případném nárůstu napájení se současně spíná tranzistor Q1A, který |
| tak vlastně vytváří zkrat na napájení. Napájecí napětí není schopno |
| překonat prahové napětí tranzistoru Q1A (cca 0.8V). Při takhle nízkém |
| napětí signál reset ještě nefunguje. |
| </p> |
| |
| <h1> Osazení a oživení </h1> |
| |
| <h2> Osazení </h2> |
| |
| <p> |
| Plošný spoj je třeba vyrobit z co nejtenčího materiálu aby byl lehký. |
| Poněkud obtížnější je jen připájení miniaturního tranzistoru Q1. |
| Piezo element je přilepen ze strany součástí pomocí mezikruží |
| z oboustranně lepicí samolepky. Pod piezo elementem se vyvrtá otvor |
| Ø2mm aby lépe zněl. Pozor na polaritu vinutí transformátoru. |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=518 height=327 src="Pictures/image020.jpg" |
| alt="Osazovák, strana spojů"> |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=584 height=322 src="Pictures/image021.jpg" |
| alt="Osazovák, strana součástí"> |
| </p> |
| |
| <table class="Soupiska"> |
| <tr> |
| <th> Reference </th> |
| <th> Hodnota </th> |
| <th> </th> |
| <th> Reference </th> |
| <th> Hodnota </th> |
| </tr> |
| <tr> |
| <th colspan="2"> Odpory </th> |
| <th> </th> |
| <th colspan="2"> Tranzistory </th> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> R1,R3,R6 </td> |
| <td> 100 </td> |
| <td> </td> |
| <td> Q1 </td> |
| <td> IRF7301 </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> R10 </td> |
| <td> 220 </td> |
| <td> </td> |
| <td> Q2 </td> |
| <td> 2N7002SMD </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> R8,R9 </td> |
| <td> 1k </td> |
| <td> </td> |
| <th colspan="2"> Integrované obvody </th> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> R5,R7 </td> |
| <td> 10k </td> |
| <td> </td> |
| <td> U1 </td> |
| <td> PIC16F88/SO </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> R2,R4 </td> |
| <td> 100k </td> |
| <td> </td> |
| <td> U2 </td> |
| <td> LM385-1.2_SO8 </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <th colspan="2"> Odporové trimry </th> |
| <td> </td> |
| <th colspan="2"> Mechanické součástky </th> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> P1,P2 </td> |
| <td> 100k </td> |
| <td> </td> |
| <td> J1 </td> |
| <td> BAT </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <th colspan="2"> Keramické kondenzátory </th> |
| <td> </td> |
| <td> J2,J3,J6 </td> |
| <td> JUMP2 </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> C7,C8 </td> |
| <td> 10nF </td> |
| <td> </td> |
| <td> J4 </td> |
| <td> MOTOR </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> C5,C6 </td> |
| <td> 100nF </td> |
| <td> </td> |
| <td> J5 </td> |
| <td> PIEZO </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> C2,C3 </td> |
| <td> 4uF/16V </td> |
| <td> </td> |
| <td> J7 </td> |
| <td> PIC_ISP </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <th colspan=2> Elektrolytické kondenzátory </th> |
| <td> </td> |
| <td> SW1 </td> |
| <td> P-B1720 </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> C1 </td> |
| <td> 1000uF/6.3V </td> |
| <td> </td> |
| <td> SW2 </td> |
| <td> SMDSW2 </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> C4 </td> |
| <td> 10G/16V </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <th colspan="2"> Indukčnosti </th> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> TR1 </td> |
| <td> L-TR-1P1S_DOT </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <th colspan="2"> Diody </th> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> D1 </td> |
| <td> BZV55C5.6SMD </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> D2,D3 </td> |
| <td> SK54ASMD </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> D4 </td> |
| <td> BZV55C18SMD </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> D5,D6 </td> |
| <td> BAT48SMD </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> D7 </td> |
| <td> LED0805CERVENA </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| <td> </td> |
| </tr> |
| </table> |
| |
| <h2> Oživení </h2> |
| |
| <p> |
| Po naprogramování by měl procesor po každém resetu pípnout. |
| Při oživování se používají testovací algoritmy programového vybavení. |
| Na výstup RS232 je vhodné připojit pomocný terminál tvořený procesorem |
| PIC s dvouřádkovým LCD displejem. Dále jsou k oživování |
| nezbytné běžné multimetry (současné měření vstupního napětí a proudu |
| a výstupního napětí na definované zátěži) a laboratorní zdroj. |
| Velmi užitečným nástrojem je též osciloskop pro kontrolu průběhů. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Při napájení z laboratorního zdroje je třeba omezit napájecí proud. |
| Zejména algoritmy 0 a 3, které se snaží udržet definované napětí |
| na slunečních článcích mohou vést k přetížení měniče (spálení cívky |
| nebo tranzistoru). |
| </p> |
| |
| <h1> LCD terminál </h1> |
| |
| <p> |
| LCD terminál se připojuje na konektor J6 elektroniky a průběžně |
| zobrazuje to, co elektronika posílá po sérovém kanále. Terminál lze |
| snadno sestavit z procesorového modulu s procesorem PIC16F84 |
| a z modulu s dvouřádkovým LCD displejem. Po překladu programu |
| terminálu lze samozřejmě použít i jiný procesor. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Komunikační rychlost je 9600Bd bez potvrzování přenosu, 8 datových bitů, |
| 1 stop bit, polarita inverzní (nastavuje se ve zdrojovém kódu). |
| </p> |
| |
| <p> |
| <img width=642 height=316 src="DART01B_soubory/image022.gif" |
| alt=""> |
| </p> |
| |
| <p> |
| Připojení LCD displeje shrnuje následující přehled: |
| </p> |
| |
| <table> |
| <tr> |
| <td> RB4 </td> |
| <td> LCD_DB4 </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> RB5 </td> |
| <td> LCD_DB5 </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> RB6 </td> |
| <td> LCD_DB6 </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> RB7 </td> |
| <td> LCD_DB7 </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> RA0 </td> |
| <td> LCD_RS </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> RA1 </td> |
| <td> LCD_E </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> GND </td> |
| <td> LCD_RW </td> |
| </tr> |
| <tr> |
| <td> RB1 </td> |
| <td> RS232_IN </td> |
| </tr> |
| </table> |
| |
| <h1> Programové vybavení </h1> |
| |
| <p> |
| Verze 1.01. |
| </p> |
| |
| <h2> Uživatelský návod </h2> |
| |
| <p> |
| Programové vybavení má implementovány 4 algoritmy, které se volí stavem |
| dvojitého přepínače SW2. |
| </p> |
| |
| <h3> Algoritmus 0 – standardní jízda</h3> |
| |
| <p> |
| Po resetu 14.5s akumuluje energii do kondenzátoru a poté provede rozjezd. |
| Hlavní měnič a algoritmus optimalizace zátěže slunečních článků běží |
| po celou dobu běhu programu. Pomocí P1 se nastavuje požadovaná velikost |
| napětí na slunečních článcích a pomocí P2 se nastavuje rychlost rozjezdu. |
| </p> |
| |
| <h3> Algoritmus 1 – test PWM měniče a měniče pro rozjezd </h3> |
| |
| <p> |
| Pomocí P1 se nastavuje šířka PWM impulsů hlavního měniče. Je vhodné |
| napájení z regulovatelného zdroje (s proudovým omezením na cca |
| 0.5A). Účinnost se určuje ze vstupního napětí a proudu a z napětí |
| na zatěžovacím odporu 100Ω na výstupu (konektor J3). P2 musí být |
| nastaven na 0 nebo musí být odpojen motor. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Šířka impulsů spínače motoru se nastavuje pomocí P2. P1 se nastavuje |
| na 0 a na J3 se přivádí pomocné napájecí napětí (5 až 16V). Při šířce |
| impulsů 1 (nastaveno pomocí P2) by mělo vozítko pomalu jet při napětí |
| pomocného zdroje 16V. |
| </p> |
| |
| <h3> Algoritmus 2 – test rozjezdu </h3> |
| |
| <p> |
| Tento algoritmus po resetu počká 2s a pak provede standardní rozjezd |
| motoru. Po 2s motor opět odpojí. Pomocí P2 se nastavuje prodleva mezi |
| stupni řazení. Optimální hodnota bývá mezi 50 a 80ms (není kritické). |
| Test rozjezdu se provádí tak, že se přes J3 nabije akumulační kondenzátor |
| na požadované napětí, poté se pomocný zdroj odpojí a provede se start |
| (pomocí tlačítka reset). Měří se buď délka dráhy nebo čas projetí fixní |
| dráhy. Hlavní střídač při tomto testu neběží. Algoritmus 0 používá |
| stejné nastavení P2. |
| </p> |
| |
| <h3> Algoritmus 3 – test optimalizace nabíjení </h3> |
| |
| <p> |
| Tento algoritmus slouží k ověření algoritmu optimalizace výkonu |
| ze slunečních článků. Pomocí P1 se nastavuje požadovaná hodnota napětí |
| na solárních článcích tak, aby na zátěži 100Ω na výstupu (konektor J3) |
| bylo maximální napětí. Algoritmus 0 používá stejné nastavení P1. |
| </p> |
| |
| <h2> Architektura programu </h2> |
| |
| <p> |
| Procesor běží z vnitřního generátoru hodin 4MHz. Má povolen |
| <span lang="en">watch dog</span> a výstup PWM má nastaven na port RB3. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Pro vysílání dat do pomocného terminálu používá HW podporu |
| (jednotka USART). Nepoužívá se zde přerušení, je-li třeba vyslat více |
| znaků za sebou procedura pro vysílání znaků <samp>Putc()</samp> čeká |
| dokud není vyslán předchozí znak. Počáteční inicializaci sériového |
| kanálu zajišťuje procedura <samp>InitRS232()</samp>. Rychlost |
| je nastavena na 9600Bd. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Pro pozvolný rozjezd motoru se používá jednotka sériové synchronní |
| komunikace SSP, která umožňuje HW prostředky vyslat sérově zadaná data. |
| Pro postupný rozjezd se nejprve vysílají data obsahující 1 jedničku |
| a postupně se ve vysílaném (osmibitovém) slově zvětšuje počet jedniček |
| až na 7. Poté se jednotka SSP deaktivuje a na příslušnou výstupní nožičku |
| je nastaven stav trvalé jednotky. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Jednotka SSP po vyslání 1 bajtu dat vyvolá přerušení jehož obsluha zapíše |
| další bajt do SSP pro vyslání. Jaký bajt se opakovaně vysílá je určeno |
| „převodovým stupněm“ při rozjezdu. Obsluhu přerušení zajišťuje procedura |
| <samp>IntSSP()</samp>, data pro opakované vysílání jsou uložena |
| v globální proměnné <samp>MotorPattern</samp>. Hodnota do této |
| proměnné se nastavuje pomocí procedury <samp>MotorPatternSet()</samp>, |
| která ze zadaného „rychlostního stupně“ vyrobí slovo s příslušným |
| počtem jedniček. Klidový stav („neutrál“) a plný výkon se neobsluhují |
| pomocí SSP protože jsou zajištěny trvalým stavem 0 nebo 1 na portu |
| pro ovládání motoru. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Procedura MotorSet() zajišťuje nastavení zadaného rychlostního stupně |
| a povolí přerušení od jednotky SSP. Tato procedura se volá z hlavního |
| programu pro rozjezd. |
| </p> |
| |
| <p class=MsoNormal>Pro měření času pro akumulaci a pro „řazení“ při rozjezdu |
| se používá časovač T0, který je nastaven na přerušení každou cca 1ms |
| (asi 1000x za sekundu). Obsluhu přerušení od časovače zajišťuje procedura |
| <samp>IntT0()</samp>. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Pro odměřování uplynutí časového intervalu se používá procedura |
| <samp>TimerSet()</samp> a pro testování zda již nastavený čas uplynul |
| se používá funkce <samp>TimerIf()</samp>. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Automatický rozjezd motoru se zahajuje voláním procedury |
| <samp>MotorStart()</samp>, která nastaví příslušné proměnné, které slouží |
| pro řízení rozjezdu. Vlastní řízení rozjezdu se provádí v proceduře |
| <samp>IntT0()</samp>, tedy v obsluze přerušení od časovače T0. |
| Podstatným parametrem rozjezdu je časový interval mezi řazením rychlostních |
| stupňů. Tento parametr se ukládá do globální proměnné <samp>MotorDelay</samp>. |
| Proměnná <samp>MotorGear</samp> a <samp>MotorTime</samp> obsahují aktuální |
| rychlostní stupeň (1 je nejméně) a čas(v ms), který ještě zbývá než se bude |
| řadit další rychlost. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Funkce <samp>ReadAD()</samp> zajišťuje změření napětí na zadaném vstupu |
| AD převodníku. Výstupem je hodnota 8 bitů (0 až 255). Kanál 0 a 1 měří |
| natočení běžce trimru P1 a P2, kanál 4 měří napětí na referenční diodě |
| U2 (v tomto případě se před měřením připojuje napájení na referenční diodu |
| a po ukončení měření se odpojuje). |
| </p> |
| |
| <h3> Hlavní program </h3> |
| |
| <p> |
| Hlavní program sestává z inicializační části, která se provádí |
| jen jednou, poté otestuje stav přepínačů režimu činnosti a podle jejich |
| nastavení spustí jeden ze 4 výkonných algoritmů. |
| </p> |
| |
| <p> |
| Inicializace sestává z těchto činností: |
| </p> |
| |
| <ul> |
| <li>Nastavení rychlosti interního generátoru na 4MHz</li> |
| <li>Nastavení se klidové hodnoty na výstupních portech</li> |
| <li>Nastavení <span lang="en">watch dog</span> na 130ms</li> |
| <li>Povolení analogových vstupů na AN0 až AN4, ostatní jsou digitální</li> |
| <li>Inicializace RS232</li> |
| <li>Pípnutí na piezo element</li> |
| <li>Přečtení stavu přepínače pro volbu režimu činnosti a výpis na LCD</li> |
| <li>Inicializace PWM výstupu (perioda 32us, rozlišení 1us, výstup na 5 bitů)</li> |
| <li>Inicializace časovače T0 (přerušení po cca 1ms)</li> |
| <li>Načtení parametru P2 (časová prodleva mezi stupni řazení při rozjezdu)</li> |
| </ul> |
| |
| <p> |
| Algoritmus optimalizace zátěže slunečních článků pracuje tak, že se přečte |
| z P1 (AD převodníkem na kanálu 1) požadovaná hodnota, která |
| se následně porovnává se skutečnou hodnotou změřeného napětí referenční |
| diody (napětí na referenční diodě je vždy 1,25V ale změřená hodnota odráží |
| skutečnost, že číslu 255 odpovídá plné napájecí napětí procesoru, tedy |
| napětí na slunečních článcích). Pokud je číslo menší, znamená to, že |
| napájecí napětí je větší než požadované a je možno zvýšit výkon měniče. |
| Zvýší se tedy délka PWM impulsu. V opačném případě se délka impulsu |
| snižuje (až na nulu). Maximální hodnota délky PWM impulsu je omezena |
| na 24us protože při připojení tvrdého napájecího zdroje (například |
| při programování procesoru) by se regulace snažila snížit napájecí |
| napětí na optimálních 2.5 až 3V což nejde (nakonec by tranzistor měniče |
| trvale sepnul). |
| </p> |
| |
| <h2> Terminál </h2> |
| |
| <p> |
| Program úvodem vypíše verzi na LCD displeji a poté začne přijímat data |
| ze sériového kanálu. Příjem je zahájen start bitem na INT0 vstupu. |
| Start bit vyvolá přerušení, během kterého je programově přečten 1 znak |
| a vložen do fronty přijatých znaků (až 40znaků). |
| </p> |
| |
| <p> |
| Hlavní smyčka pouze opakovaně testuje, zda je nějaký znak ve frontě znaků |
| a v případě že tam je tak jej zpracuje (zobrazí). |
| Program podporuje následující řídící znaky: |
| </p> |
| |
| <ul> |
| <li><samp>0x0C</samp> = <samp>\f</samp> – smazání displeje</li> |
| <li><samp>0x0A</samp> = <samp>\n</samp> – přechod na druhou řádku displeje</li> |
| <li><samp>0x0D</samp> = <samp>\r</samp> – přechod do pozice 1,1</li> |
| <li><samp>0x08</samp> = <samp>\b</samp> – <span lang="en">back space</span></li> |
| </ul> |
| |
| </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> |
