<!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> DART01A </title><meta name="keywords" content="stavebnice MLAB solární vozítko 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"> DART01A – 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 elektronikyobsahující měnič a řídící procesor pro řízení měniče a startu vozítka.</p><p class="Subtitle"><img width="358" height="333" src="Pictures/image001.jpg"alt="Celkový pohled"><br><img width="228" height="160" src="Pictures/image002.jpg"alt="Elektronika ze strany součástí"><img width="227" height="148" src="Pictures/image003.jpg"alt="Elektronika ze strany spojů"></p><p><a href="../DART01A.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> Z toho elektronika 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 experimentování. Vznikla proto robustnímechanická konstrukce podvozku s oddělitelnými slunečními články a samostatná deskaelektroniky. Většinu ladění a experimentů lze udělat tak, že se na podvozek umístí závažíodpovídající váze slunečních článků a elektroniky (osvědčila se 9V baterie) a podvozek sepropojí 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 vhodnouvzdálenost, aby množství energie odpovídalo soutěžnímu osvětlení. Do místa dojezdu jevhodné dát polštář aby se podvozek nepotloukl.</p><p>Všechna dosavadní solární vozítka (na soutěžích v Ostravě), která nějakým způsobemakumulovala energii, se snažila nabít přímo ze slunečních článků velký kondenzátor a tenpak 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 8článcích dle úrovně osvětlení). Tedy při připojení slunečních článků na vybitý kondenzátorje 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. Prostépřipojení motoru je velmi neefektivní, mnohem výhodnější je postupný rozjezd. V autě setaké nerozjíždíme na pětku i když nakonec chceme jet co nejrychleji. Komplikací je i taskutečnost, že část energie v kondenzátoru zbývá nevyužita, protože napětí na kondenzátoruneklesne na nulu.</p><h2> Koncepce řešení </h2><p>První problém lze v podstatě bezezbytku vyřešit tím, že mezi baterii slunečních článků aakumulační kondenzátor umístíme měnič, který řídíme tak, aby bylo na slunečních článcíchoptimální napětí. Zaplatíme za to tím, že se část energie ztratí v měniči (účinnost cca80%) a část energie spotřebuje procesor na řízení měniče (cca 1mA). Procesor ale stejněpotřebujeme, protože to je nejsnazší způsob jak zajistit start vozítka v definovaném čase(dle pravidel 15s).</p><p>Energii z akumulačního kondenzátoru přivedeme do motoru „po kouskách“ tak, že při rozjezdubudeme nejprve krátce spínat proud do motoru a během rozjezdu budeme postupně přidávat.Bohužel část energie v kondenzátoru zůstane nevyužita (napětí neklesne k nule). Aby tatočást byla co nejmenší, je vhodné volit kondenzátor raději menší kapacity ale na většínapětí. Napětí je omezeno hlavně průrazným napětím použitých tranzistorů.</p><h2> Dosažené výsledky </h2><p>Předběžné dosažené výsledky ukazují, že solární vozítko je schopné konkurovat nejlepšímkonstrukcím z předchozích ročníků soutěže. Zvýšená spotřeba elektroniky a její hmotnost jes 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 stavební prvek a panel slunečních článků je k němu připevněn pomocístojin z hliníkové trubičky Ø3mm, které lze oddělit jak od podvozku, tak i od paneluslunečních článků. Elektronika je připevněna pomocí gumičky.</p><h2> Podvozek </h2><p>Podvozek je slepený z balzového dřeva a smrkových latiček. Provedení je určeno použitýmmotorem a převody. Motor i převody pochází z nefunkční CD ROM mechaniky. Podvozek bylstavěn 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 (apřilepena) na osu, kterou tvoří hliníková trubička Ø3mm. Na ose jsou dále přilepena2 kuličková ložiska, za která je náprava uchycena do podvozku (ložiska nejsou k podvozkupřilepena). Ložiska pocházejí ze starého pevného disku.</p><p>Přední kolo má pneumatiku z malého modelářského kolečka a náboj tvoří opět malé kuličkovéložisko s osou z hliníkové trubičky. Kolečko musí být dobře připevněno k podvozku, aby seneulomilo při tvrdém dojezdu.</p><p>Stojiny jsou zasunuty v trubičkách z hnědé papírové lepenky. Tyto trubičky jsou epoxidovýmlepidlem zalepeny do podvozku. Podrobnosti jsou patrné z přiložených obrázků.</p><p><img width="268" height="189" src="Pictures/image004.jpg"alt="Podvozek, pohled zhora"><img width="170" height="190" src="Pictures/image005.jpg"alt="Převodovka"><img width="143" height="188" src="Pictures/image006.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 podložcez 1mm balzy. Okraj podložky je zpevněn latičkami 2x3mm. Vpředu a vzadu jsou přilepenétrubičky z papírové lepenky pro nasazení panelu na stojky. Všechny články jsou zapojené vsérii a vývod je opatřen kablíkem s konektorem.</p><p><img width="209" height="189" src="Pictures/image007.jpg"alt="Solární články"><img width="105" height="188" src="Pictures/image008.jpg"alt="Připevnění stojin"></p><h1> Elektronika </h1><h2> Blokové schéma </h2><p><img width="465" height="227" src="Pictures/image009.gif"alt="Blokové schéma"></p><p>Srdcem elektroniky je jednočipový procesor PIC16F88, který zajišťuje kompletní řízení jakměniče (pomocí PWM jednotky a AD převodníku) tak i rozjezdu (pomocí SSP jednotky).</p><p>Napájení zajišťuje panel slunečních článků. Získaná energie se měničem střídá doakumulačního kondenzátoru, odkud se pak spínačem motoru využívá pro rozjezd vozítka.</p><p>K procesoru jsou připojeny 2 odporové trimry, jejichž nastavení lze přečíst pomocí ADpřevodníku a mohou se použít pro nastavení parametrů řídících algoritmů. Přepínač sloužípro výběr až 4 různých řídících algoritmů.</p><p>Pro ladění je možné k elektronice připojit pomocný terminál s dvouřádkovým LCD displejempro průběžné zobrazování nastavených parametrů.</p><h2> Energetická bilance </h2><p>Zdrojem energie je sada 8ks slunečních článků 25x50mm zapojených do série, které poskytnoupři soutěžním osvětlení cca 60mW výkonu. Maximální výkon lze z článků získat při takovémzatížení, při kterém je na nich napětí 2.5 až 3V. Tato velikost napětí je výhodná i tím, žese 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. Akumulačníkondenzátor 10G/16V se touto energií nabije ideálně na cca 13.4V. Vzhledem k tomu že měničmá ztráty, bude na kondenzátoru napětí o něco menší. Teoreticky se do uvažovanéhokondenzátoru vejde až 1.28J při 16V a máme tedy i dostatečnou rezervu (více světla, lepšíčlánky a podobně).</p><p><img width="137" height="41" src="Pictures/image010.gif"alt="Vzorec E = 0.5 * C * U * U"></p><p><img width="129" height="47" src="Pictures/image011.gif"alt="Vzorec U = sqrt( 2 * E / C )"></p><h2> Měnič </h2><p>Používáme blokující měnič, který má ideální vlastnosti pro uvažovanou aplikaci. Umožňujetotiž transformovat energii ze vstupního napětí jak směrem dolu (když je akumulačníkondenzátor vybitý) tak i směrem nahoru (když je akumulační kondenzátor nabitý). Velikostvýstupního napětí není principielně omezena a aby nedošlo k proražení spínacího tranzistorunebo akumulačního kondenzátoru je na výstupu měniče zařazena ochranná Zenerova dioda 16Vnebo 18V.</p><p><img width="378" height="155" src="Pictures/image012.gif"alt="Principální schéma měniče"></p><p>Po sepnutí tranzistoru Q se objeví napájecí napětí na primárním vinutí transformátoru azačne postupně lineárně narůstat proud primárním vinutím a dochází k ukládání energie vpodobě magnetického pole cívky.</p><p><img width="147" height="41" src="Pictures/image013.gif"alt="Vzorec i(t) = U * t / L"></p><p><img width="133" height="41" src="Pictures/image014.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 jeúměrný času t.</p><p>Současně plynulý nárůst proudu způsobí, že se na sekundárním vinutí objeví konstantnínapětí shodné velikosti jako na primárním vinutí (primární i sekundární vinutí mají shodnýpočet závitů). Kladný pól tohoto napětí je u tečky protože kladný pól napětí na primárnímvinutí je také u tečky. Sekundární vinutí je zapojeno tak, že dioda D je uzavřena asekundárním vinutím neteče proud.</p><p>V okamžiku rozpojení spínače Q přestává téci proud primárním vinutím a transformátor vracínaakumulovanou energii přes diodu D do akumulačního kondenzátoru C. Napětí na sekundárnímvinutí je dáno napětím na kondenzátoru C (plus úbytek na diodě D) a napětí na primárnímvinutí je opět zhruba shodné. Tranzistor Q je namáhán napětím rovným součtu napájecíhonapětí a napětí na akumulačním kondenzátoru.</p><p>Následující průběhy orientačně zobrazují průběh buzení tranzistoru, napětí na primárnímvinutí (na sekundárním je vždy stejné) a proudy primárním a sekundárním vinutím.</p><p><img width="373" height="181" src="Pictures/image015.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 jeřízena procesorem tak, aby se udržovalo optimální napětí na slunečních článcích. Připoklesu 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 transformátorunepřebuzovalo. Toho se docílí tím, že jádro má vzduchovou mezeru. V měniči je použitotoroidní jádro Ø10mm z hmoty H22 (nízkofrekvenční hmota). Jádro se oparně přelomí na 2 polovinya mezi ně se vloží papírová samolepka. Pak se vnitřní a vnější průměr jádra oblepí papírovousamolepkou, aby jádro drželo pohromadě. Protože je hmota H22 elektricky vodivá, slouží papírsoučasně i jako ochrana proti zkratu vinutí na ostrých hranách jádra. Je možné použít i jádraE z budícího transformátoru ze spínaného zdroje pro PC nebo z vyřazeného monitoru. Výhodatoroidu je pouze v jeho o něco menší hmotnosti.</p><p>Vinutí se vine bifilárně 2x70 závitů drátem o Ø0.2mm. Obě vinutí se tedy vinou najednou lehcezkrouceným párem vodičů. Při zapojování je třeba správně zapojit začátky a konce vinutí.Začátky vinutí jsou ve schématu označeny tečkou.</p><p>Indukčnost vinutí volíme tak, aby při buzení PWM na úrovni cca 30% tekl do měniče jmenovitýproud. Pokud teče proud moc malý je indukčnost příliš velká a naopak. Současnězkontrolujeme dosaženou účinnost. Pokud je menší než asi 75% je něco špatně (nevhodnéjádro, malá nebo žádná vzduchová mezera, mizerná výstupní dioda, málo sepnutý tranzistor apodobně).</p><h3> Volba součástek </h3><p>Tranzistor Q – použijeme výkonový FET s prahovým napětím cca 2V pro proud cca 5A. Takovétranzistory se vyskytují na mainboardech (zejména notebooků) nebo v LiIon bateriích domobilních telefonů. Někdy bývají dvojité (ale mohou mít nevhodně zapojené vývody). Vsoučasné době se již dají podobné tranzistory v pouzdru SO8 koupit.</p><p>Dioda D – použijeme Schottkyho diodu na cca 5A. Velmi pěkně funguje SB540 ale je trochuvětší než použitý SMD typ.</p><h2> Rozjezd </h2><p>Aby se co nejvíce pracně získané energie z akumulačního kondenzátoru dostalo do motoru jetřeba provádět plynulý rozjezd. Prosté připojení motoru vede k nevalným výsledkům.</p><p><img width="236" height="185" src="Pictures/image016.gif"alt="Principální zapojení rozjezdu"></p><p>Rozjezd zajistíme postupným spínáním tranzistoru Q nejprve na kratičkou dobu a postupnědobu sepnutí prodlužujeme až nakonec zůstane tranzistor trvale sepnutý. K impulsnímu buzenípoužíváme jednotku SSP procesoru (synchronní komunikační jednotka), která umožňuje vysílatsériově datová slova (8 bitů). Je tak snadné vysílat buď jen jednu jedničku nebo až 7jedniček.</p><p><img width="323" height="199" src="Pictures/image017.gif"alt="Průběhy při rozjezdu"></p><p>Dioda D je zde nepostradatelnou součástkou a bez ní to nejede. Při sepnutí roste lineárněproud motorem (je to konec konců cívka) a při rozpojení je potřeba, aby mohl proud téci inadále. Jinak hrozí proražení spínacího tranzistoru. Dioda umožňuje proudu pokračovat vprůchodu 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/image018.gif"alt="Celkové schéma"></p><p>Zenerova dioda D1 chrání procesor před přepětím a přepólováním. Zenerova dioda D4 chráníakumulační 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 sdiodami 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 množstvíuložené energie k jeho hmotnosti. Je zajímavé, že kondenzátor 10G/10V je stejně velký (tedynevýhodný). Rozměry kondenzátorů se neustále, je tedy třeba pořídit kondenzátor conejnovější.</p><p>Procesor běží z vnitřního RC oscilátoru (na kmitočtu 4MHz). Tlačítko SW1 umožňuje aktivovatjeho reset. Konektor J7 slouží k programování procesoru. J5 je piezo element, který sepoužívá pro akustickou indikaci, že nastal reset.</p><p>P1 a P2 slouží pro nastavování parametrů algoritmů. Jejich nastavení se čte pomocí ADpřevodníku. Přepínač SW2 slouží pro volbu jednoho ze čtyř algoritmů. Odpory R8 a R9zajišťují, že se při programování procesoru nezkratují programovací vodiče na zem.</p><p>Tranzistor Q2 slouží jako výstupní tranzistor sériové linky pomocí níž procesor vysílávýstupní data (na jednoduchý terminál s dvouřádkovým LCD displejem). Používá se při ladění.Zvolené řešení zajišťuje, že připojený terminál (displej) nemá žádný vliv na spotřebuelektroniky.</p><p>Pro zajištění optimálního napětí na slunečních článcích je třeba měřit velikost napájecíhonapětí. Toho se docílí srovnáním napájecího napětí a napětím na referenční diodě U2 nakteré je standardně 1.25V. Napájení referenční diody se zapíná jen po dobu měření (z portuRA4 přes R7).</p><p><i>Důležitou součástkou je C5. Bez tohoto kondenzátoru se může elektronika dostat donaprosto nefunkčního stavu ze kterého se nedostane ani tlačítkem reset. Mechanismuszablokování spočívá v tom, že při poklesu napájení pod mez při které procesor přestáváfungovat a současně je PWM výstup ve stavu H zůstává klopný obvod PWM výstupu procesoru vestavu H. K udržení tohoto stavu stačí pár desetin voltů napájení a při opětovném nárůstunapájení se současně spíná tranzistor Q1A, který v této situaci vytváří zkrat na napájení.Napájecí napětí pak není schopno překonat prahové napětí tranzistoru Q1A (cca 0.8V). Přitakhle nízkém napětí signál reset ještě nefunguje.</i></p><h1> Osazení a oživení </h1><h2> Osazení </h2><p>Plošný spoj je vhodné vyrobit z co nejtenčího materiálu aby byl co nejlehčí. Poněkudobtížnější je jen připájení miniaturního tranzistoru Q1. Piezo element je přilepen zestrany součástek pomocí mezikruží z oboustranně lepicí samolepky. Aby bylo piezo elementlépe slyšet, vyvrtá se pod ním otvor o průměru Ø2mm. Pozor na polaritu vinutítransformátoru.</p><p><img width="516" height="327" src="Pictures/image019.jpg"alt="Osazovák, strana spojů"><img width="516" height="326" src="Pictures/image020.jpg"alt="Osazovák, strana součástí"></p><table class="Soupiska"><tr><th colspan="2"> Odpory </th><td></td><th colspan="2"> Tranzistory </th></tr><tr><td> R1,R3,R6 </td><td> 100 </td><td></td><td> Q1 </td><td> Si17904DN </td></tr><tr><td> R8,R9 </td><td> 1k </td><td></td><td> Q2 </td><td> 2N7002SMD </td></tr><tr><td> R5,R7 </td><td> 10k </td><td></td><th colspan="2"> Integrované obvody </th></tr><tr><td> R2,R4 </td><td> 100k </td><td></td><td> U1 </td><td> PIC16F88/SO </td></tr><tr><th colspan="2"> Odporové trimry </th><td></td><td> U2 </td><td> LM385-1.2_SO8 </td></tr><tr><td> P1,P2 </td><td> 100k </td><td></td><th colspan="2"> Mechanické součástky </th></tr><tr><th colspan="2"> Keramické kondenzátory </th><td></td><td> J1 </td><td> BAT </td></tr><tr><td> C7,C8 </td><td> 10nF </td><td></td><td> J2,J3,J6 </td><td> JUMP2 </td></tr><tr><td> C5,C6 </td><td> 100nF </td><td></td><td> J4 </td><td> MOTOR </td></tr><tr><td> C2,C3 </td><td> 4uF/16V </td><td></td><td> J5 </td><td> PIEZO </td></tr><tr><th colspan="2"> Elektrolytické kondenzátory </th><td></td><td> J7 </td><td> PIC_ISP </td></tr><tr><td> C1 </td><td> 1000uF/6.3V </td><td></td><td> SW1 </td><td> P-B1720 </td></tr><tr><td> C4 </td><td> 10G/16V </td><td></td><td> SW2 </td><td> SMDSW2 </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></table><h2> Oživení </h2><p>Po naprogramování by měl procesor po každém resetu pípnout. Při oživování se používajítestovací algoritmy programového vybavení. Na výstup RS232 je vhodné připojit pomocnýterminál tvořený procesorem PIC s dvouřádkovým LCD displejem. Dále jsou k oživovánínezbytné běžné multimetry (současné měření vstupního napětí a proudu a výstupního napětí nadefinované zátěži) a laboratorní zdroj. Velmi užitečným nástrojem je též osciloskop prokontrolu průběhů.</p><p>Při napájení z laboratorního zdroje je třeba omezit napájecí proud. Zejména algoritmy 0 a3, které se snaží udržet definované napětí na slunečních článcích mohou vést k přetíženíměniče (spálení cívky nebo tranzistoru).</p><h1> LCD terminál </h1><p>LCD terminál se připojuje na konektor J6 elektroniky a průběžně zobrazuje to, coelektronika posílá po sérové lince. Terminál lze snadno sestavit z procesorového modulu sprocesorem PIC16F84 a z modulu s dvouřádkovým LCD displejem. Po překladu programu terminálulze 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="Pictures/image021.gif"alt="Schéma terminálu"></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 přepínačeSW2.</p><h3> Algoritmus 0 – standardní jízda </h3><p>Po resetu 14.5s akumuluje energii do kondenzátoru a poté provede rozjezd. Hlavní měnič aalgoritmus optimalizace zátěže slunečních článků běží po celou dobu běhu programu. PomocíP1 se nastavuje požadovaná velikost napětí na slunečních článcích a pomocí P2 se nastavujerychlost 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 zregulovatelného zdroje (s proudovým omezením na cca 0.5A). Účinnost se určuje ze vstupníhonapětí 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 nastaví na 0 a na J3 se přivádípomocné napájecí napětí (5 až 16V). Při šířce impulsů 1 (nastaveno pomocí P2) by mělovozítko 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 motoropět odpojí. Pomocí P2 se nastavuje prodleva mezi stupni řazení. Optimální hodnota bývámezi 50 a 80ms (není kritické). Test rozjezdu se provádí tak, že se přes J3 nabijeakumulační kondenzátor na požadované napětí, poté se pomocný zdroj odpojí a provede sestart (pomocí tlačítka reset). Měří se buď délka dráhy nebo čas projetí fixní dráhy. Hlavnístřídač 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 zátěži100Ω 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-US">watchdog</span> a výstup PWM má nastaven na port RB3.</p><p>Pro vysílání dat do pomocného terminálu používá program HW podporu (jednotka USART) alenepoužívá přerušení. Je-li třeba vyslat více znaků za sebou, pak procedura pro vysíláníznaků <samp>Putc()</samp> čeká dokud není vyslán předchozí znak. Počáteční inicializacisériové linky zajišťuje procedura <samp>InitRS232()</samp>. Rychlost je nastavena na9600Bd.</p><p>Pro pozvolný rozjezd motoru se používá jednotka sériové synchronní komunikace SSP, kteráumožňuje vyslat zadaná data sérově HW prostředky. Pro postupný rozjezd se nejprve vysílajídata obsahující 1 jedničku a postupně se ve vysílaném (osmibitovém) slově zvětšuje početjedniček až na 7. Poté se jednotka SSP deaktivuje a na příslušnou výstupní nožičku jenastaven stav trvalé jedničky.</p><p>Jednotka SSP po vyslání 1 bajtu dat vyvolá přerušení, jehož obsluha zapíše další bajt doSSP pro vyslání. Jaký bajt se opakovaně vysílá je určeno „převodovým stupněm“ při rozjezdu.Obsluhu přerušení zajišťuje procedura <samp>IntSSP()</samp>, data pro opakované vysíláníjsou uložena v globální proměnné <samp>MotorPattern</samp>. Hodnota do této proměnné senastavuje pomocí procedury <samp>MotorPatternSet()</samp>, která ze zadaného „rychlostníhostupně“ vyrobí slovo s příslušným počtem jedniček. Klidový stav („neutrál“) a plný výkon seneobsluhují pomocí SSP, protože jsou zajištěny trvalým stavem 0 nebo 1 na portu proovládání motoru.</p><p>Procedura <samp>MotorSet()</samp> zajišťuje nastavení zadaného rychlostního stupně a povolípřerušení od jednotky SSP. Tato procedura se volá z hlavního programu pro rozjezd.</p><p>Pro měření času pro akumulaci a pro „řazení“ při rozjezdu se používá časovač T0, který jenastaven na přerušení každou cca 1ms (asi 1000x za sekundu). Obsluhu přerušení od časovačezajišťuje procedura <samp>IntT0()</samp>.</p><p>Pro odměřování uplynutí časového intervalu se používá procedura <samp>TimerSet()</samp> apro testování, zda již nastavený čas uplynul, se používá funkce <samp>TimerIf()</samp>.</p><p>Automatický rozjezd motoru se zahajuje voláním procedury <samp>MotorStart()</samp>, kteránastaví příslušné proměnné, které slouží pro řízení rozjezdu. Vlastní řízení rozjezdu seprovádí v proceduře <samp>IntT0()</samp>, tedy v obsluze přerušení od časovače T0.Podstatným parametrem rozjezdu je časový interval mezi řazením rychlostních stupňů. Tentoparametr se ukládá do globální proměnné <samp>MotorDelay</samp>. Proměnné<samp>MotorGear</samp> a <samp>MotorTime</samp> obsahují aktuální rychlostní stupeň (1 jenejméně) 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 připojujenapájení 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 otestujestav přepínačů režimu činnosti a podle jejich nastavení spustí jeden ze 4 výkonnýchalgoritmů.</p><p>Inicializace sestává z těchto činností:</p><ul><li>Nastavení rychlosti interního generátoru na 4MHz </li><li>Nastavení klidové hodnoty na výstupních portech </li><li>Nastavení <span lang="EN-US">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 (ADpřevodníkem na kanálu 1) požadovaná hodnota, která se následně porovnává se skutečnouhodnotou změřeného napětí referenční diody (napětí na referenční diodě je vždy 1,25V alezměřená hodnota odráží skutečnost, že číslu 255 odpovídá plné napájecí napětí procesoru,tedy napětí na slunečních článcích). Pokud je číslo menší, znamená to, že napájecí napětíje větší než požadované a je možno zvýšit výkon měniče. Zvýší se tedy délka PWM impulsu. Vopačném případě se délka impulsu snižuje (až na nulu). Maximální hodnota délky PWM impulsuje omezena na 24us, protože při připojení tvrdého napájecího zdroje (například připrogramování procesoru) by se regulace snažila snížit napájecí napětí na optimálních 2.5 až3V což nejde (nakonec by tranzistor měniče zůstal trvale sepnutý).</p><h2> Terminál </h2><p>Program úvodem vypíše verzi na LCD displeji a poté začne přijímat data ze sériové linky.Příjem je zahájen start bitem na INT0 vstupu. Start bit vyvolá přerušení, během kterého jeprogramově přečten 1 znak a vložen do fronty přijatých znaků (až 40 znaků).</p><p>Hlavní smyčka pouze opakovaně testuje, zda je nějaký znak ve frontě znaků a v případě žejej nalezne, 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 na pozici 1,1 </li><li><samp>0x08</samp> = <samp>\b</samp> – <span lang="EN-US">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>