Rev Author Line No. Line
193 miho 1 <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3c.org/TR/html4/strict.dtd">
2 <html>
3 <head>
4 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8">
5 <title> CT01B </title>
6 <meta name="keywords" content="stavebnice MLAB CT01B tester slunečních článků automatické měření">
7 <meta name="description" content="Projekt MLAB, CT01B tester slunečních článků">
8 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Head.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
9 <link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB základní styl">
10 <link rel="shortcut icon" type="image/x-icon" href="Web/PIC/MLAB.ico">
11 <script type="text/javascript" src="../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script>
12 <!-- AUTOINCLUDE END -->
13 </head>
14  
15 <body lang="cs">
16  
17 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Header.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
18 <!-- ============== HLAVICKA ============== -->
19 <div class="Header">
20 <script type="text/javascript">
21 <!--
22 SetRelativePath("../../../../");
23 DrawHeader();
24 // -->
25 </script>
26 <noscript>
27 <p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
28 </noscript>
29 </div>
30 <!-- AUTOINCLUDE END -->
31  
32 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Menu.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
33 <!-- ============== MENU ============== -->
34 <div class="Menu">
35 <script type="text/javascript">
36 <!--
37 SetRelativePath("../../../../");
38 DrawMenu();
39 // -->
40 </script>
41 <noscript>
42 <p><b> Pro zobrazení (vložení) menu je potřeba JavaScript </b></p>
43 </noscript>
44 </div>
45 <!-- AUTOINCLUDE END -->
46  
47 <!-- ============== TEXT ============== -->
48 <div class="Text">
49 <p class="Title">
50 Tester slunečních článků
51 </p>
52 <p class=Autor>
53 Milan Horkel
54 </p>
55 <p class="Subtitle">
56 Zařízení CT01B slouží k&nbsp;testování a měření slunečních článků a
57 baterií sestavených ze slunečních článků. Umožňuje průběžné zobrazení
58 optimálního zatěžovacího bodu (napětí, proud a výkon při optimální zátěži)
59 a změření zatěžovací charakteristiky a její odeslání do počítače PC.
60 Zařízení vzniklo pro měření slunečních článků používaných pro roboty
61 poháněné světlem.
62 </p>
63 <p class="Subtitle">
64 <img width=324 height=304 src="Pictures/image001.jpg"
65 alt="Obrázek CT01B">
66 </p>
67 <p>
68 <a href="../CT01B.cs.pdf"><img class="NoBorder"
69 src="../../../../Web/PIC/FileIco_PDF.ico"
70 alt="Acrobat">&nbsp;PDF verze</a>
71 </p>
72  
73 <h1> Technické údaje </h1>
74  
75 <table>
76 <tr>
77 <th> Parametr </th>
78 <th> Hodnota </th>
79 <th> Poznámka </th>
80 </tr>
81 <tr>
82 <td> Napájení </td>
83 <td> 9 až 12V </td>
84 <td> </td>
85 </tr>
86 <tr>
87 <td> Spotřeba </td>
88 <td> max. 265mA </td>
89 <td> Na prázdno do cca 15mA </td>
90 </tr>
91 <tr>
92 <td> Rozsah měření proudu </td>
93 <td> 0 až 250mA </td>
94 <td> S krokem 1mA </td>
95 </tr>
96 <tr>
97 <td> Rozsah měření napětí </td>
98 <td> -0,2 až +4,4V </td>
99 <td> </td>
100 </tr>
101 <tr>
102 <td> Rozhraní </td>
103 <td> RS232 </td>
104 <td> Jen RX/TX bez potvrzování </td>
105 </tr>
106 <tr>
107 <td> Rozměry </td>
108 <td> 91 x 91 x 20mm </td>
109 <td> Výška nad nosnou deskou </td>
110 </tr>
111 </table>
112  
113 <h1> Popis konstrukce </h1>
114  
115 <h2> Úvodem </h2>
116  
117 <p>
118 Uvedený modul vznikl z&nbsp;potřeby detailního prozkoumání vlastností
119 slunečních článků používaných pro solární vozítka. Cílem vývoje bylo
120 získat možnost rychlého a automatického měření zatěžovacích charakteristik
121 slunečních článků tak, aby se měření dalo stihnout dříve, než se články
122 ohřejí od lampy. Měří se závislost napětí na zatěžovacím proudu, který
123 se automaticky mění v&nbsp;rozsahu 0 až 250mA s&nbsp;krokem 1mA.
124 Měření se končí při dosažení nulového nebo záporného napětí na svorkách
125 slunečního článku. Naměřené hodnoty se automaticky odesílají po lince
126 RS232 do počítače PC.
127 </p>
128  
129 <p>
130 Vzhledem k&nbsp;tomu, že zařízení obsahuje mikroprocesor, nebylo již
131 obtížné doplnit jej o algoritmus automatického průběžného hledání
132 optimální zátěže a zobrazování optimálního napětí, proudu i&nbsp;výkonu
133 na LCD displeji.
134 </p>
135  
136 <h2> Zapojení modulu </h2>
137  
138 <h3> Číslicová část </h3>
139  
140 <p>
141 Základem zapojení je mikroprocesor PIC16F88, který obsahuje analogově
142 digitální (AD) převodník a obvod pro pulsně šířkovou modulaci (PWM).
143 AD převodník používáme k&nbsp;měření napětí na slunečních článcích.
144 Obvod PWM používáme jako digitálně analogový (DA) převodník pro
145 nastavování požadovaného zatěžovacího proudu.
146 </p>
147  
148 <p>
149 Procesor běží z&nbsp;vnitřního oscilátoru, není tedy třeba připojovat
150 krystal. Reset je vyveden na tlačítko. Dále je připojen programovací
151 konektor. Funkční tlačítko F1 je připojeno na vstup B4 a&nbsp;standardní
152 dvouřádkový LCD displej je připojen obvyklým způsobem.
153 </p>
154  
155 <p>
156 Pro komunikaci s&nbsp;PC se používá běžný převodník úrovní pro RS232
157 MAX232. Sériový kanál je připojen na vývody procesoru, které mají HW
158 podporu sériové komunikace.
159 </p>
160  
161 <p>
162 Napájení zajišťuje stabilizátor s&nbsp;obvodem 7805. Spotřeba naprázdno
163 je cca 15mA (při připojeném PC). Spotřeba se zvětšuje o proud, který
164 teče slunečními články a může tak dosáhnout maximálně až 265mA.
165 </p>
166  
167 <p>
168 <img width=473 height=122 src="Pictures/image002.gif"
169 alt="Napájecí zdroj">
170 </p>
171  
172 <p>
173 <img width=513 height=420 src="Pictures/image003.gif"
174 alt="Procesor">
175 </p>
176  
177 <p>
178 <img width=358 height=203 src="Pictures/image004.gif"
179 alt="Display">
180 <img width=323 height=312 src="Pictures/image005.gif"
181 alt="Převodník RS232">
182 </p>
183  
184 <table class="Soupiska">
185 <tr>
186 <th> Reference </th>
187 <th> Hodnota </th>
188 <tr>
189 <th colspan="2"> Odpory </th>
190 </tr>
191 <tr>
192 <td> R6 </td>
193 <td> 1 </td>
194 </tr>
195 <tr>
196 <td> R14, R18 </td>
197 <td> 100 </td>
198 </tr>
199 <tr>
200 <td> R5, R11, R13, R15 </td>
201 <td> 1k </td>
202 </tr>
203 <tr>
204 <td> R10 </td>
205 <td> 1k2 </td>
206 </tr>
207 <tr>
208 <td> R2, R3, R7, R8, R9, R12, R17 </td>
209 <td> 10k </td>
210 </tr>
211 <tr>
212 <td> R16 </td>
213 <td> 47k </td>
214 </tr>
215 <tr>
216 <td> R1 </td>
217 <td> 180k </td>
218 </tr>
219 <tr>
220 <td> R4, R19, R20 </td>
221 <td> 220k </td>
222 </tr>
223 <tr>
224 <th colspan="2"> Odporové trimry </th>
225 </tr>
226 <tr>
227 <td> P1, P2, P3 </td>
228 <td> 47k/PT10MVK047 </td>
229 </tr>
230 <tr>
231 <th colspan="2"> Keramické kondenzátory </th>
232 </tr>
233 <tr>
234 <td> C6 </td>
235 <td> 10nF </td>
236 </tr>
237 <tr>
238 <td> C2, C3, C4, C5, C7, C8, C9, C10, C12, C13, C14,
239   C15, C16, C17, C18, C19, C20 </td>
240 <td> 100nF </td>
241 </tr>
242 <tr>
243 <th colspan="2"> Elektrolytické kondenzátory </th>
244 </tr>
245 <tr>
246 <td> C1 </td>
247 <td> 100M/16V </td>
248 </tr>
249 <tr>
250 <td> C11, C21 </td>
251 <td> 22uF/6.3V </td>
252 </tr>
253 <tr>
254 <th colspan="2"> Diody </th>
255 </tr>
256 <tr>
257 <td> D1 </td>
258 <td> 1N4007 </td>
259 </tr>
260 <tr>
261 <td> D2 </td>
262 <td> BZX85_5V6 </td>
263 </tr>
264 <tr>
265 <th colspan="2"> Tranzistory </th>
266 </tr>
267 <tr>
268 <td> Q1 </td>
269 <td> MOS-N-ENH-D </td>
270 </tr>
271 <tr>
272 <td> Q2 </td>
273 <td> BD136 </td>
274 </tr>
275 <tr>
276 <th colspan="2"> Integrované obvody </th>
277 </tr>
278 <tr>
279 <td> U1 </td>
280 <td> LM7805T </td>
281 </tr>
282 <tr>
283 <td> U2 </td>
284 <td> TLC272C </td>
285 </tr>
286 <tr>
287 <td> U3 </td>
288 <td> PIC16F88/P </td>
289 </tr>
290 <tr>
291 <td> U4 </td>
292 <td> SC1602A </td>
293 </tr>
294 <tr>
295 <td> U5 </td>
296 <td> MAX232 </td>
297 </tr>
298 <tr>
299 <th colspan="2"> Mechanické součástky </th>
300 </tr>
301 <tr>
302 <td> SW1, SW2 </td>
303 <td> P-B1720 </td>
304 </tr>
305 <tr>
306 <td> J1 </td>
307 <td> K375A </td>
308 </tr>
309 <tr>
310 <td> J2 </td>
311 <td> JUMP4 </td>
312 </tr>
313 <tr>
314 <td> J3 </td>
315 <td> JUMP2X1 </td>
316 </tr>
317 <tr>
318 <td> J4 </td>
319 <td> JUMP3 </td>
320 </tr>
321 <tr>
322 <td> J5 </td>
323 <td> PIC_ISP </td>
324 </tr>
325 <tr>
326 <td> J6 </td>
327 <td> RS232DB9M </td>
328 </tr>
329 </table>
330  
331 <p>
332 <img width=330 height=888 src="Pictures/image006.gif"
333 alt="Schema">
334 </p>
335  
336 <h3> Analogová část </h3>
337  
338 <p>
339 Analogová část obvodu se skládá ze dvou obvodů. Prvním z&nbsp;nich
340 je zdroj proudu s&nbsp;tranzistorem Q1 a druhým je pak zdroj
341 pomocného napětí 0.5V s&nbsp;tranzistorem Q2.
342 </p>
343  
344 <h4> Řízený zdroj proudu </h4>
345  
346 <p>
347 Zdroj proudu je tvořen operačním zesilovačem (OZ) U2A, tranzistorem Q1
348 a snímacím odporem R6. OZ řídí tranzistor Q1 tak, aby úbytek na
349 R6 byl shodný jako napětí na jeho neinvertujícím vstupu. Pro maximální
350 proud 250mA je úbytek na R6 250mV. Při maximálním proudu je tedy
351 na kladné svorce J3.1 minimálně něco přes 250mV (rezerva na Q1).
352 Aby se dalo měřit až k&nbsp;nulovému napětí na článcích musí být
353 záporná svorka J3.2 udržována minimálně na tomto napětí.
354 Zvolené napětí záporné svorky je 0.5V.
355 </p>
356  
357 <p>
358 Řídící napětí pro zdroj proudu se získává z PWM (pulsně šířková
359 modulace) výstupu procesoru U3.9. Toto pulsní napětí je jednak sníženo
360 na asi 1/20 velikosti (z rozsahu 0 až 5V na rozsah 0 až 250mV) odporovým
361 děličem R1, P1, R2 a filtrováno kondenzátorem C5 tak, aby vzniklo
362 stejnosměrné řídí napětí pro řízení proudového zdroje.
363 </p>
364  
365 <p>
366 Protože reálný OZ má obecně nenulový ofset vstupního napětí (i několik
367 mV předem neznámé polarity) je do neinvertujícího vstupu OZ injektován
368 chybový proud tak, aby při nastavení PWM výstupu procesoru na
369 hodnotu 5 (5 z&nbsp;255) bylo možno nastavit nulový proud.
370 Nastavení nuly se provádí pomocí P2 při kalibraci.
371 </p>
372  
373 <p>
374 Jako tranzistor Q1 se hodí libovolný NFET tranzistor, který má prahové
375 napětí do 2V. Takové tranzistory se dají získat například ze starých
376 mainboardů počítačů PC.
377 </p>
378  
379 <h4> Pomocný zdroj napětí 0.5V</h4>
380  
381 <p>
382 Druhou částí je zdroj pomocného napětí 0.5V, který umožňuje měřit
383 napětí na článcích až k&nbsp;nulové hodnotě (i kousek pod nulu). Dělič
384 R9, R10 definuje velikost napětí (1/10 napájecího), OZ U2B řídí pak
385 tranzistor Q2 tak, aby na svorce J4.1 bylo shodné napětí. Nevýhodou
386 je, že stejný proud, jaký teče slunečními články musí téct i přes Q2
387 z&nbsp;napájecího zdroje (tedy až 250mA).
388 </p>
389  
390 <p>
391 Pro úsporné měření (pokud nás nezajímají hodnoty při napětí na slunečních
392 článcích menším než asi 0.5V) můžeme přepnout spojku J4.1-J4.2 do
393 úsporné polohy J4.2-J4.3. Pak je spotřeba celého přípravku 10 až 15mA.
394 </p>
395  
396 <p>
397 Pokud jsou sluneční články nasvíceny elektrickým světlem (z žárovek)
398 je nutné filtrovat střídavou složku generovaného proudu. Prvotní
399 filtraci zajišťuje kondenzátor C21 přímo na měřících svorkách.
400 Další filtraci zajišťují RC články na vstupu AD převodníku R19, C20
401 a R20, C19.
402 </p>
403  
404 <h2> Mechanická konstrukce </h2>
405  
406 <p>
407 Přípravek je mechanicky řešen jako samostatná deska s&nbsp;rohovými
408 šrouby M3 pro uchycení. LCD displej je přichycen šrouby M2.5.
409 </p>
410  
411 <h1> Osazení a oživení </h1>
412  
413 <h2> Osazení </h2>
414  
415 <p>
416 <img width=451 height=420 src="Pictures/image007.jpg"
417 alt="Osazovák, strana součástí">
418 <img width=414 height=213 src="Pictures/image008.jpg"
419 alt="Osazovák, strana spojů">
420 </p>
421  
422 <h2> Oživení </h2>
423  
424 <p>
425 Nejprve se kontroluje, zda stabilizátor U1 stabilizuje 5V. Spotřeba
426 by neměla přesáhnout 20mA. Pro kalibraci budeme potřebovat znát přesnou
427 velikost napětí +5V. Toto napětí se nejsnáze měří na výstupní svorce
428 stabilizátoru U1.
429 </p>
430  
431 <p>
432 Po vložení procesoru a jeho naprogramování by měl začít LCD displej
433 vypisovat. Je třeba nastavit kontrast pomocí trimru P3.
434 </p>
435  
436 <p>
437 Po připojení terminálu na sériové rozhraní (používáme null-modem kabel
438 a nastavení 9600Bd, 8bitů, 1stop bit a žádné řízení přenosu) by mělo
439 být možné pracovat v&nbsp;režimu kalibrace. Do režimu kalibrace se
440 vstupuje pokud se drží stisknuté tlačítko F1 při zapínání přípravku.
441 </p>
442  
443 <p>
444 Vložíme operační zesilovač U2 a zkontrolujeme, zda zdroj proudu pracuje
445 správně. Připojíme laboratorní zdroj zápornou svorkou na zem
446 (propojka J4.2-J4.3) a kladnou svorku připojíme přes ampérmetr
447 na kladnou svorku přípravku J3.1. Nastavíme napětí mezi 0.5V a 5V
448 a v&nbsp;režimu kalibrace nastavujeme střídu PWM modulace.
449 Měřidlo by mělo ukazovat proud úměrný nastavenému číslu. Je vhodné
450 zkontrolovat, že se proud nemění při změně napětí v&nbsp;rozmezí
451 0.5V až 5V.
452 </p>
453  
454 <p>
455 Dále zkontrolujeme, zda napětí na J4.1 („záporná svorka“) je cca 0.5V.
456 Na přesné hodnotě nezáleží. Přepojíme propojku J4.1-J4.2 a na měřící
457 svorky J3 zapojíme samotný ampérmetr. Při nastavení různých hodnot
458 PWM se nesmí napětí záporné svorky J3.2 měnit.
459 </p>
460  
461 <h2> Kalibrace </h2>
462  
463 <p>
464 Kalibrace se provádí v&nbsp;režimu kalibrace. Připojíme přes null-modem
465 kabel zařízení s&nbsp;počítačem PC a spustíme terminálový program
466 s&nbsp;nastavením komunikace 9600Bd, 8bitů, 1stop bit bez řízení toku dat.
467 Dále stiskneme tlačítko F1 a zapneme zařízení. Na terminálu by se mělo
468 objevit hlášení o kalibračním režimu.
469 </p>
470  
471 <p>
472 Nejprve nastavíme správnou hodnotu referenčního napětí takto
473 (příklad uvádí nastavení 4.93V):
474 </p>
475  
476 <p class="ShiftRight">
477 <samp>V4.93</samp>
478 </p>
479  
480 <p>
481 Dále nastavíme ofset a zesílení proudového zdroje. Připojíme ampérmetr
482 na měřící svorky a propojku J4 do polohy 1-2. Proudový zdroj nastavujeme
483 tak, aby při hodnotě 5 proud právě netekl, při hodnotě 6 měl velikost
484 1mA a při hodnotě 204 měl velikost 199mA (voleno s&nbsp;ohledem na
485 rozsah digitálních měřidel 200mA).
486 </p>
487  
488 <p class="ShiftRight">
489 <samp>5</samp>
490 </p>
491  
492 <p>
493 A nastavíme pomocí trimru P2 nulový proud na ampérmetru připojeném
494 k&nbsp;měřícím svorkám.
495 </p>
496  
497 <p class="ShiftRight">
498 <samp>204</samp>
499 </p>
500  
501 <p>
502 A trimrem P1 nastavíme proud 199mA.
503 </p>
504  
505 <p class="ShiftRight">
506 <samp>6</samp>
507 </p>
508  
509 <p>
510 A zkontrolujeme proud 1mA. Celou posloupnost několikrát zopakujem
511 a ověříme, že se správně nastavuje měřený proud.
512 </p>
513  
514 <p>
515 Zařízení současně při každém odřádkování vypisuje změřenou hodnotu
516 napětí na měřících svorkách.
517 </p>
518  
519 <p>
520 Nakonec režim kalibrace ukončíme (dojde k&nbsp;uložení referenčního
521 napětí do paměti EEPROM):
522 </p>
523  
524 <p class="ShiftRight">
525 <samp>Q</samp>
526 </p>
527  
528 <h1> Programové vybavení </h1>
529  
530 <h2> Uživatelský návod </h2>
531  
532 <p>
533 Po zapnutí zařízení krátce zobrazí název a verzi programového vybavení
534 a pokud není stlačeno tlačítko F1 dojde k&nbsp;přechodu do automatického
535 režimu hledání optimální zátěže. Zařízení opakovaně prohledává závislost
536 napětí na proudu a průběžně zobrazuje napětí, proud a výkon při
537 optimální zátěži. Měření probíhá v&nbsp;rozsahu proud 0 až 250mA
538 při napětí 0 až 4.5V.
539 </p>
540  
541 <p>
542 Pokud se stlačí tlačítko F1 provede se automatické změření celé V-A
543 charakteristiky slunečního článku a naměřené hodnoty se posílají na
544 RS232. Měření se provádí pro rostoucí proud v&nbsp;rozsahu 0 až 250mA
545 ale jen pro nezáporné hodnoty napětí.
546 </p>
547  
548 <p>
549 Do režimu kalibrace se vstupuje pokud je tlačítko F1 stlačeno
550 v&nbsp;době zapínání zařízení. Pak se se zařízením komunikuje pomocí
551 terminálu na portu RS232. Viz kalibrace.
552 </p>
553  
554 <h2> Popis programu </h2>
555  
556 <p>
557 Program je prost záludností a nevyžaduje dalších komentářů.
558 Zdrojové texty jsou bohatě komentovány.
559 </p>
560  
561 <h2> Interface </h2>
562  
563 <p>
564 Takto vypadají přenesené hodnoty automatického měření V-A charakteristiky:
565 </p>
566  
567 <p class="ShiftRight">
568 <samp>
569 Solar Cell<br>
570 Tester 1.00<br>
571 <br>
572 I[mA] U[V] P[mW]<br>
573 000 2.49 0.0<br>
574 001 2.41 2.4<br>
575 002 2.30 4.6<br>
576 003 2.18 6.5<br>
577 004 2.03 8.1<br>
578 005 1.80 9.0<br>
579 006 1.20 7.2<br>
580 007 0.36 2.5
581 </samp>
582 </p>
583  
584 </div>
585  
586 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Footer.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
587 <!-- ============== PATIČKA ============== -->
588 <div class="Footer">
589 <script type="text/javascript">
590 <!--
591 SetRelativePath("../../../../");
592 DrawFooter();
593 // -->
594 </script>
595 <noscript>
596 <p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
597 </noscript>
598 </div>
599 <!-- AUTOINCLUDE END -->
600  
601 </body>
602 </html>