<!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> 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="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">DART – solární vozítko s měničem</p><p class=Autor>Milan Horkel</p><p class="Subtitle">Popisovaná konstrukce je experimentálním vozítkem prozávody solárních modelů. Je zde stručně uvedena mechanická konstrukce akonstrukce elektroniky obsahující měnič a řídící procesor pro řízeníměniče a startu vozítka. Varianta s běžným tranzistorem.</p><p class=Subtitle><img width=358 height=333 src="Pictures/image001.jpg"alt="Celkový pohled"></p><p class="Center">Obrázek zobrazuje elektroniku ve variantě DART01A</p><p class=Subtitle><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="../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 oddělitelnýmislunečními články a samostatná deska elektroniky. Většinu ladění a experimentůlze udělat tak, že se na podvozek umístí závaží odpovídající váze slunečníchčlánků a elektroniky (osvědčila se 9V baterie) a podvozek se propojí tenkýmdrátem (lakovaný drát 0.2mm) s elektronikou, která leží na pracovnímstole. Na sluneční články lze svítit obyčejnou stolní lampou, jen je třebazvolit vhodnou vzdálenost, aby množství energie odpovídalo soutěžnímuosvětlení. Do místa dojezdu je vhodné dát polštář aby se podvozek nepotloukl.</p><p>Všechna dosavadní solární vozítka (na soutěžích v Ostravě), kteránějakým způsobem akumulovala energii se snažila nabít přímo ze slunečníchčlánků 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 připojeníslunečních 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 energiez kondenzátoru do motoru. Prosté připojení motoru je velmineefektivní, mnohem výhodnější je postupný rozjezd. V autě setaké nerozjíždíme na pětku i když nakonec chceme jet co nejrychleji.Komplikací je i ta skutečnost, že část energie v kondenzátoruzbývá nevyužita protože napětí na kondenzátoru neklesne na nulu.</p><p class="Remark">Varianta „B“ elektroniky se od varianty „A“ liší jen tím, že byl použitdvojitý FET v obyčejném pouzdře SO8 (původní tranzistor bylponěkud exotický) a na plošný spoj byla doplněna možnost osazení LED(bliknutí je vidět i v hlučném prostředí ale stávající programji nevyužívá).</p><h2> Koncepce řešení </h2><p>První problém lze v podstatě bezezbytku vyřešit tím, že mezibaterii slunečních článků a akumulační kondenzátor umístíme měnič, kterýřídíme tak, aby bylo na slunečních článcích optimální napětí. Zaplatímeza 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 jakzajistit 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 motorua během rozjezdu budeme postupně přidávat. Bohužel část energiev kondenzátoru zůstane nevyužita (napětí neklesne k nule).Aby tato část byla co nejmenší je vhodné volit kondenzátor raději menšíkapacity ale na větší napětí. Napětí je omezeno hlavně průrazným napětímpoužitých tranzistorů.</p><h2> Dosažené výsledky </h2><p>Předběžné dosažené výsledky ukazují, že celkový výsledek je schopnýkonkurovat nejlepším konstrukcím z předchozích ročníků soutěžesolárních vozítek. 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 prvek a panel slunečních článků je k němupřipevněn pomocí stojin z hliníkové trubičky Ø3mm, které lzeoddělit jak od podvozku, tak i od panelu slunečních článků. Elektronikaje 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 převodypochází z nefunkční CD ROM mechaniky. Podvozek byl stavěn spíšerobustní aby něco vydržel a jistě by jej bylo možné odlehčit.</p><p>Kola (standardní modelářská) jsou spolu s velkým ozubeným kolempřevodu nasazena (a přilepena) na osu, kterou tvoří hliníkovátrubička Ø3mm. Na ose jsou dále přilepena 2 kuličková ložiska za kteráje náprava uchycena do podvozku (ložiska nejsou k podvozku přilepena).Ložiska pocházejí ze starého pevného disku.</p><p>Přední kolo má pneumatiku z malého modelářského kolečkaa náboj tvoří opět malé kuličkové ložisko s osou z hliníkovétrubičky. Kolečko musí být dobře připevněno k podvozku aby se neulomilopři 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 chránitpřed poškozením. Ke každému článku jsou zespoda připájeny 2 tenké drátyza které jsou přichyceny k podložce z 1mm balzy. Okraj podložkyje zpevněn latičkami 2x3mm. Vpředu a vzadu jsou přilepené trubičkyz papírové lepenky pro nasazení panelu na stojky. Všechny článkyjsou 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 zajišťujekompletní řízení jak měniče (pomocí PWM jednotky a AD převodníku) taki rozjezdu (pomocí SSP jednotky).</p><p>Napájení zajišťuje panel slunečních článků. Získaná energiese měničem střídá do akumulačního kondenzátoru odkud se pak spínačemmotoru využívá pro rozjezd vozítka.</p><p>K procesoru jsou připojeny 2 odporové trimry, jejichž nastavenílze přečíst pomocí AD převodníku a mohou se použít pro nastaveníparametrů řídících algoritmů. Přepínač slouží pro výběr až 4 různýchřídících algoritmů.</p><p>Pro ladění je možné k elektronice připojit pomocný termináls dvouřádkovým LCD displejem pro průběžné zobrazování nastavenýchparametrů.</p><h2> Energetická bilance </h2><p>Zdrojem energie je sada 8ks slunečních článků 25x50mm zapojenýchdo série, které poskytnou při soutěžním osvětlení cca 60mW výkonu.Maximální výkon lze z článků získat pokud se zatíží tak, abyna nich bylo napětí 2.5 až 3V. Tato velikost napětí je výhodnái 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 článkycca 0.9J energie. Vlastní spotřeba procesoru (1mA) je jen malou částía nebudeme ji dále uvažovat. Akumulační kondenzátor 10G/16V setouto 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 16Va 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 uvažovanouaplikaci. Umožňuje totiž transformovat energii ze vstupního napětíjak směrem dolu (když je akumulační kondenzátor vybitý) tak i směremnahoru (když je akumulační kondenzátor nabitý). Velikost výstupníhonapětí není principielně omezena a aby nedošlo k proraženíspínacího tranzistoru nebo akumulačního kondenzátoru je na výstupuměniče zařazena ochranná Zenerova dioda 16V nebo 18V.</p><p><img width=378 height=155 src="Pictures/image013.gif"alt="Principální schéma měniče"></p><p>Při sepnutí tranzistoru Q se objeví napájecí napětí na primárním vinutítransformátoru a začne postupně lineárně narůstat proud primárním vinutíma 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 spínačeQ protože proud je úměrný času t.</p><p>Současně plynulý nárůst proudu způsobí, že se na sekundárním vinutíobjeví konstantní napětí shodné velikosti jako na primárním vinutí(primární i sekundární vinutí mají shodný počet závitů). Kladný póltohoto napětí je u tečky protože kladný pól napětí na primárním vinutíje také u tečky. Sekundární vinutí je zapojeno tak, že dioda D jeuzavřena a sekundárním vinutím neteče proud.</p><p>V okamžiku rozpojení spínače Q přestává téci proud primárním vinutíma transformátor vrací naakumulovanou energii přes diodu D do akumulačníhokondenzátoru C. Napětí na sekundárním vinutí je dáno napětímna kondenzátoru C (plus úbytek na diodě D) a napětí na primárním vinutíje opět zhruba shodné. Tranzistor Q je namáhán napětím rovným součtunapájecího 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 proudyprimárním 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 sepnutíspínače. Tato doba je řízena procesorem tak, aby se udržovalo optimálnínapětí na slunečních článcích. Při poklesu napětí pod nastavenou mezse zkracuje doba sepnutí a naopak.</p><p>Aby měl měnič dobrou účinnost (cca 80%) je nezbytné zajistit, aby sejádro transformátoru nepřebuzovalo. Toho se docílí tím, že má jádrovzduchovou mezeru. V měniči je použito toroidní jádro Ø10mmz hmoty H22 (nízkofrekvenční hmota). Jádro se oparně přelomína 2 poloviny a mezi ně se vloží papírová samolepka. Pak se vnitřnía vnější průměr jádra oblepí papírovou samolepkou aby drželo pohromadě.Protože je hmota H22 elektricky vodivá slouží papír současně i jakoochrana proti zkratu vinutí na ostrých hranách jádra. Je možné použíti jádra E z budícího transformátoru ze spínaného zdroje pro PC neboz vyřazeného monitoru. Výhoda toroidu je jen v jeho o něcomenší váze.</p><p>Vinutí se vine bifilárně (obě vinutí najednou) 2x70 závitů drátemo Ø0.2mm. Při zapojování je třeba správně zapojit začátky a koncevinutí (začátky jsou ve schématu označeny tečkou).</p><p>Indukčnost vinutí volíme tak, aby při buzení PWM na úrovni cca 30% tekldo měniče jmenovitý proud. Pokud teče proud moc malý je indukčnostpříliš velká a naopak. Současně zkontrolujeme dosaženou účinnost.Pokud je menší než asi 75% je něco špatně (nevhodné jádro, malá nebožádná vzduchová mezera, mizerná výstupní dioda, málo sepnutý tranzistora podobně).</p><h3> Volba součástek </h3><p><b>Tranzistor Q</b> – použijeme výkonový FET s prahovým napětímcca 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 tranzistoryv pouzdru SO8 koupit. Používáme tranzistory minimálně na 20V.</p><p><b>Dioda D</b> – použijeme Schottkyho diodu na cca 5A. Velmi pěkněfunguje SB540 ale je trochu větší než použitý SMD typ.</p><h2> Rozjezd </h2><p>Aby se co nejvíce pracně získané energie z akumulačního kondenzátorudostalo do motoru je třeba provádět plynulý rozjezd. Prosté připojenímotoru 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 kratičkoudobu a postupně dobu sepnutí prodlužujeme až nakonec zůstane tranzistortrvale sepnutý. K impulsnímu buzení používáme jednotku SSPprocesoru (synchronní komunikační jednotka), která umožňuje vysílatsériově datová slova (8 bitů). Je tak snadné vysílat buď jen jednujedničku 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) apři rozpojení je potřeba, aby mohl proud téci i nadále. Jinak hrozíproražení spínacího tranzistoru. Dioda umožňuje pokračovat proudumotorem i po rozpojení tranzistoru. Proud tekoucí motorem je zdrojemjeho „síly“, tedy točivého momentu.</p><p>Jako optimální se jeví „řazení“ po 50 až 80ms. Opakovací frekvencerozjezdu 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 procesoruproti záporným špičkám od spínacích tranzistorů (způsobenýchnezanedbatelnou kapacitou mezi D a G elektrodami výkonových FETtranzistorů).</p><p>Dioda D2 je výstupní diodou měniče a dioda D3 je ochrannou diodou obvodůrozjezdu 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 ohledemna optimální poměr množství uložené energie k jeho váze. Jezajímavé, že kondenzátor 10G/10V je stejně velký (tedy nevýhodný).Velikosti kondenzátorů se pravidelně zmenšují, je tedy třeba poříditkondenzátor co nejnovější.</p><p>Procesor běží z vnitřního RC oscilátoru (na kmitočtu 4MHz).Tlačítko SW1 umožňuje aktivovat jeho reset. Konektor J7 sloužík programování procesoru. J5 je piezo element, který se používá proakustickou indikaci, že nastal reset.</p><p>P1 a P2 slouží pro nastavování parametrů algoritmů. Jejich natočeníse čte pomocí AD převodníku. Přepínač SW2 slouží pro volbu jednoho zečtyř algoritmů. Odpory R8 a R9 zajišťují, že se při programováníprocesoru nezkratují programovací vodiče na zem.</p><p>Tranzistor Q2 slouží jako výstupní tranzistor sériové linky pomocí nížprocesor vysílá výstupní data (na jednoduchý terminál s dvouřádkovýmLCD 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 měřitvelikost napájecího napětí. Toho se docílí srovnáním napájecího napětía napětím na referenční diodě U2 na které je standardně 1.25V. Napájeníreferenční diody se zapíná jen po dobu měření (z portu RA4 přes R7).</p><p>Důležitou součástkou je C5. Bez tohoto kondenzátoru se může elektronikadostat do naprosto nefunkčního stavu ze kterého se nedostane ani tlačítkemreset. Mechanismus zaseknutí spočívá v tom, že pokud dojdek poklesu napájení pod mez při které procesor přestává fungovat a jesoučasně PWM výstup ve stavu H zůstává klopný obvod PWM výstupu procesoruve stavu H (k udržení stavu mu stačí pár desetin voltů napájení)a při případném nárůstu napájení se současně spíná tranzistor Q1A, kterýtak vlastně vytváří zkrat na napájení. Napájecí napětí není schopnopřekonat prahové napětí tranzistoru Q1A (cca 0.8V). Při takhle nízkémnapětí 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 mezikružíz oboustranně lepicí samolepky. Pod piezo elementem se vyvrtá otvorØ2mm 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 procesoremPIC s dvouřádkovým LCD displejem. Dále jsou k oživovánínezbytné běžné multimetry (současné měření vstupního napětí a proudua 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 napětína slunečních článcích mohou vést k přetížení měniče (spálení cívkynebo tranzistoru).</p><h1> LCD terminál </h1><p>LCD terminál se připojuje na konektor J6 elektroniky a průběžnězobrazuje to, co elektronika posílá po sérovém kanále. Terminál lzesnadno sestavit z procesorového modulu s procesorem PIC16F84a z modulu s dvouřádkovým LCD displejem. Po překladu programuterminálu 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="Pictures/image022.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 stavemdvojitého 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 běžípo celou dobu běhu programu. Pomocí P1 se nastavuje požadovaná velikostnapětí 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 vhodnénapájení z regulovatelného zdroje (s proudovým omezením na cca0.5A). Účinnost se určuje ze vstupního napětí a proudu a z napětína zatěžovacím odporu 100Ω na výstupu (konektor J3). P2 musí býtnastaven na 0 nebo musí být odpojen motor.</p><p>Šířka impulsů spínače motoru se nastavuje pomocí P2. P1 se nastavujena 0 a na J3 se přivádí pomocné napájecí napětí (5 až 16V). Při šířceimpulsů 1 (nastaveno pomocí P2) by mělo vozítko pomalu jet při napětípomocného zdroje 16V.</p><h3> Algoritmus 2 – test rozjezdu </h3><p>Tento algoritmus po resetu počká 2s a pak provede standardní rozjezdmotoru. Po 2s motor opět odpojí. Pomocí P2 se nastavuje prodleva mezistupni řazení. Optimální hodnota bývá mezi 50 a 80ms (není kritické).Test rozjezdu se provádí tak, že se přes J3 nabije akumulační kondenzátorna požadované napětí, poté se pomocný zdroj odpojí a provede se start(pomocí tlačítka reset). Měří se buď délka dráhy nebo čas projetí fixnídráhy. Hlavní střídač při tomto testu neběží. Algoritmus 0 používástejné nastavení P2.</p><h3> Algoritmus 3 – test optimalizace nabíjení </h3><p>Tento algoritmus slouží k ověření algoritmu optimalizace výkonuze slunečních článků. Pomocí P1 se nastavuje požadovaná hodnota napětína 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 víceznaků za sebou procedura pro vysílání znaků <samp>Putc()</samp> čekádokud není vyslán předchozí znak. Počáteční inicializaci sériovéhokanálu zajišťuje procedura <samp>InitRS232()</samp>. Rychlostje nastavena na 9600Bd.</p><p>Pro pozvolný rozjezd motoru se používá jednotka sériové synchronníkomunikace SSP, která umožňuje HW prostředky vyslat sérově zadaná data.Pro postupný rozjezd se nejprve vysílají data obsahující 1 jedničkua postupně se ve vysílaném (osmibitovém) slově zvětšuje počet jedničekaž na 7. Poté se jednotka SSP deaktivuje a na příslušnou výstupní nožičkuje nastaven stav trvalé jednotky.</p><p>Jednotka SSP po vyslání 1 bajtu dat vyvolá přerušení jehož obsluha zapíšedalší 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 uloženav globální proměnné <samp>MotorPattern</samp>. Hodnota do tétoproměnné se nastavuje pomocí procedury <samp>MotorPatternSet()</samp>,která ze zadaného „rychlostního stupně“ vyrobí slovo s příslušnýmpočtem jedniček. Klidový stav („neutrál“) a plný výkon se neobsluhujípomocí SSP protože jsou zajištěny trvalým stavem 0 nebo 1 na portupro ovládání motoru.</p><p>Procedura MotorSet() zajišťuje nastavení zadaného rychlostního stupněa povolí přerušení od jednotky SSP. Tato procedura se volá z hlavníhoprogramu pro rozjezd.</p><p class=MsoNormal>Pro měření času pro akumulaci a pro „řazení“ při rozjezduse 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 uplynulse používá funkce <samp>TimerIf()</samp>.</p><p>Automatický rozjezd motoru se zahajuje voláním procedury<samp>MotorStart()</samp>, která nastaví příslušné proměnné, které sloužípro 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 rychlostníchstupňů. Tento parametr se ukládá do globální proměnné <samp>MotorDelay</samp>.Proměnná <samp>MotorGear</samp> a <samp>MotorTime</samp> obsahují aktuálnírychlostní stupeň (1 je nejméně) a čas(v ms), který ještě zbývá než se budeřadit další rychlost.</p><p>Funkce <samp>ReadAD()</samp> zajišťuje změření napětí na zadaném vstupuAD převodníku. Výstupem je hodnota 8 bitů (0 až 255). Kanál 0 a 1 měřínatočení běžce trimru P1 a P2, kanál 4 měří napětí na referenční dioděU2 (v tomto případě se před měřením připojuje napájení na referenční diodua po ukončení měření se odpojuje).</p><h3> Hlavní program </h3><p>Hlavní program sestává z inicializační části, která se provádíjen jednou, poté otestuje stav přepínačů režimu činnosti a podle jejichnastavení 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 přečtez P1 (AD převodníkem na kanálu 1) požadovaná hodnota, kteráse následně porovnává se skutečnou hodnotou změřeného napětí referenčnídiody (napětí na referenční diodě je vždy 1,25V ale změřená hodnota odrážískutečnost, že číslu 255 odpovídá plné napájecí napětí procesoru, tedynapětí na slunečních článcích). Pokud je číslo menší, znamená to, ženapájecí napětí je větší než požadované a je možno zvýšit výkon měniče.Zvýší se tedy délka PWM impulsu. V opačném případě se délka impulsusnižuje (až na nulu). Maximální hodnota délky PWM impulsu je omezenana 24us protože při připojení tvrdého napájecího zdroje (napříkladpři programování procesoru) by se regulace snažila snížit napájecínapětí na optimálních 2.5 až 3V což nejde (nakonec by tranzistor měničetrvale sepnul).</p><h2> Terminál </h2><p>Program úvodem vypíše verzi na LCD displeji a poté začne přijímat dataze sériového kanálu. Příjem je zahájen start bitem na INT0 vstupu.Start bit vyvolá přerušení, během kterého je programově přečten 1 znaka vložen do fronty přijatých znaků (až 40znaků).</p><p>Hlavní smyčka pouze opakovaně testuje, zda je nějaký znak ve frontě znakůa 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>