<!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="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB_Print.css" type="text/css" media="print"><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 abaterií sestavených ze slunečních článků. Umožňuje průběžné zobrazeníoptimálního 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 robotypoháněné 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 vlastnostíslunečních článků používaných pro solární vozítka. Cílem vývoje bylozískat možnost rychlého a automatického měření zatěžovacích charakteristikslunečních článků tak, aby se měření dalo stihnout dříve, než se článkyohřejí od lampy. Měří se závislost napětí na zatěžovacím proudu, kterýse automaticky mění v rozsahu 0 až 250mA s krokem 1mA.Měření se končí při dosažení nulového nebo záporného napětí na svorkáchslunečního článku. Naměřené hodnoty se automaticky odesílají po linceRS232 do počítače PC.</p><p>Vzhledem k tomu, že zařízení obsahuje mikroprocesor, nebylo jižobtížné doplnit jej o algoritmus automatického průběžného hledáníoptimální zátěže a zobrazování optimálního napětí, proudu i výkonuna LCD displeji.</p><h2> Zapojení modulu </h2><h3> Číslicová část </h3><p>Základem zapojení je mikroprocesor PIC16F88, který obsahuje analogovědigitální (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 pronastavování požadovaného zatěžovacího proudu.</p><p>Procesor běží z vnitřního oscilátoru, není tedy třeba připojovatkrystal. Reset je vyveden na tlačítko. Dále je připojen programovacíkonektor. Funkční tlačítko F1 je připojeno na vstup B4 a standardnídvouřádkový LCD displej je připojen obvyklým způsobem.</p><p>Pro komunikaci s PC se používá běžný převodník úrovní pro RS232MAX232. Sériový kanál je připojen na vývody procesoru, které mají HWpodporu sériové komunikace.</p><p>Napájení zajišťuje stabilizátor s obvodem 7805. Spotřeba naprázdnoje cca 15mA (při připojeném PC). Spotřeba se zvětšuje o proud, kterýteče 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 nichje zdroj proudu s tranzistorem Q1 a druhým je pak zdrojpomocného napětí 0.5V s tranzistorem Q2.</p><h4> Řízený zdroj proudu </h4><p>Zdroj proudu je tvořen operačním zesilovačem (OZ) U2A, tranzistorem Q1a snímacím odporem R6. OZ řídí tranzistor Q1 tak, aby úbytek naR6 byl shodný jako napětí na jeho neinvertujícím vstupu. Pro maximálníproud 250mA je úbytek na R6 250mV. Při maximálním proudu je tedyna kladné svorce J3.1 minimálně něco přes 250mV (rezerva na Q1).Aby se dalo měřit až k nulovému napětí na článcích musí býtzáporná 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 šířkovámodulace) výstupu procesoru U3.9. Toto pulsní napětí je jednak sníženona asi 1/20 velikosti (z rozsahu 0 až 5V na rozsah 0 až 250mV) odporovýmděličem R1, P1, R2 a filtrováno kondenzátorem C5 tak, aby vzniklostejnosměrné řídí napětí pro řízení proudového zdroje.</p><p>Protože reálný OZ má obecně nenulový ofset vstupního napětí (i několikmV předem neznámé polarity) je do neinvertujícího vstupu OZ injektovánchybový proud tak, aby při nastavení PWM výstupu procesoru nahodnotu 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 prahovénapětí do 2V. Takové tranzistory se dají získat například ze starýchmainboardů počítačů PC.</p><h4> Pomocný zdroj napětí 0.5V</h4><p>Druhou částí je zdroj pomocného napětí 0.5V, který umožňuje měřitnapětí na článcích až k nulové hodnotě (i kousek pod nulu). DěličR9, R10 definuje velikost napětí (1/10 napájecího), OZ U2B řídí paktranzistor Q2 tak, aby na svorce J4.1 bylo shodné napětí. Nevýhodouje, že stejný proud, jaký teče slunečními články musí téct i přes Q2z napájecího zdroje (tedy až 250mA).</p><p>Pro úsporné měření (pokud nás nezajímají hodnoty při napětí na slunečníchčláncích menším než asi 0.5V) můžeme přepnout spojku J4.1-J4.2 doúsporné 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. Prvotnífiltraci zajišťuje kondenzátor C21 přímo na měřících svorkách.Další filtraci zajišťují RC články na vstupu AD převodníku R19, C20a R20, C19.</p><h2> Mechanická konstrukce </h2><p>Přípravek je mechanicky řešen jako samostatná deska s rohovýmišrouby 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. Spotřebaby neměla přesáhnout 20mA. Pro kalibraci budeme potřebovat znát přesnouvelikost napětí +5V. Toto napětí se nejsnáze měří na výstupní svorcestabilizátoru U1.</p><p>Po vložení procesoru a jeho naprogramování by měl začít LCD displejvypisovat. Je třeba nastavit kontrast pomocí trimru P3.</p><p>Po připojení terminálu na sériové rozhraní (používáme null-modem kabela nastavení 9600Bd, 8bitů, 1stop bit a žádné řízení přenosu) by mělobýt možné pracovat v režimu kalibrace. Do režimu kalibrace sevstupuje pokud se drží stisknuté tlačítko F1 při zapínání přípravku.</p><p>Vložíme operační zesilovač U2 a zkontrolujeme, zda zdroj proudu pracujesprávně. Připojíme laboratorní zdroj zápornou svorkou na zem(propojka J4.2-J4.3) a kladnou svorku připojíme přes ampérmetrna kladnou svorku přípravku J3.1. Nastavíme napětí mezi 0.5V a 5Va v režimu kalibrace nastavujeme střídu PWM modulace.Měřidlo by mělo ukazovat proud úměrný nastavenému číslu. Je vhodnézkontrolovat, že se proud nemění při změně napětí v rozmezí0.5V 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 měřícísvorky J3 zapojíme samotný ampérmetr. Při nastavení různých hodnotPWM se nesmí napětí záporné svorky J3.2 měnit.</p><h2> Kalibrace </h2><p>Kalibrace se provádí v režimu kalibrace. Připojíme přes null-modemkabel zařízení s počítačem PC a spustíme terminálový programs nastavením komunikace 9600Bd, 8bitů, 1stop bit bez řízení toku dat.Dále stiskneme tlačítko F1 a zapneme zařízení. Na terminálu by se měloobjevit 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 ampérmetrna měřící svorky a propojku J4 do polohy 1-2. Proudový zdroj nastavujemetak, aby při hodnotě 5 proud právě netekl, při hodnotě 6 měl velikost1mA a při hodnotě 204 měl velikost 199mA (voleno s ohledem narozsah digitálních měřidel 200mA).</p><p class="ShiftRight"><samp>5</samp></p><p>A nastavíme pomocí trimru P2 nulový proud na ampérmetru připojenémk 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 zopakujema ověříme, že se správně nastavuje měřený proud.</p><p>Zařízení současně při každém odřádkování vypisuje změřenou hodnotunapětí na měřících svorkách.</p><p>Nakonec režim kalibrace ukončíme (dojde k uložení referenčníhonapětí 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 vybavenía pokud není stlačeno tlačítko F1 dojde k přechodu do automatickéhorežimu hledání optimální zátěže. Zařízení opakovaně prohledává závislostnapětí na proudu a průběžně zobrazuje napětí, proud a výkon přioptimální zátěži. Měření probíhá v rozsahu proud 0 až 250mApři napětí 0 až 4.5V.</p><p>Pokud se stlačí tlačítko F1 provede se automatické změření celé V-Acharakteristiky slunečního článku a naměřené hodnoty se posílají naRS232. Měření se provádí pro rostoucí proud v rozsahu 0 až 250mAale jen pro nezáporné hodnoty napětí.</p><p>Do režimu kalibrace se vstupuje pokud je tlačítko F1 stlačenov době zapínání zařízení. Pak se se zařízením komunikuje pomocíterminálu 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>