/Designs/ROBOTS/DART01B/DOC/HTML/DART01B.cs.html
0,0 → 1,1068
<!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 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&nbsp;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">&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;kondenzátoru do motoru. Prosté připojení motoru je velmi
neefektivní, mnohem výhodnější je postupný rozjezd. V&nbsp;autě se
také nerozjíždíme na pětku i když nakonec chceme jet co nejrychleji.
Komplikací je i ta skutečnost, že část energie v&nbsp;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&nbsp;obyčejném pouzdře SO8 (původní tranzistor byl
poněkud exotický) a na plošný spoj byla doplněna možnost osazení LED
(bliknutí je vidět i v&nbsp;hlučném prostředí ale stávající program
ji nevyužívá).
</p>
 
<h2> Koncepce řešení </h2>
 
<p>
První problém lze v&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;definovaném čase (dle pravidel 15s).
</p>
 
<p>
Energie z&nbsp;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&nbsp;kondenzátoru zůstane nevyužita (napětí neklesne k&nbsp;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&nbsp;předchozích ročníků soutěže
solárních vozítek. Zvýšená spotřeba elektroniky a její hmotnost je
s&nbsp;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&nbsp;němu
připevněn pomocí stojin z&nbsp;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&nbsp;balzového dřeva a smrkových latiček.
Provedení je určeno použitým motorem a převody. Motor i převody
pochází z&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;podvozku přilepena).
Ložiska pocházejí ze starého pevného disku.
</p>
 
<p>
Přední kolo má pneumatiku z&nbsp;malého modelářského kolečka
a náboj tvoří opět malé kuličkové ložisko s&nbsp;osou z&nbsp;hliníkové
trubičky. Kolečko musí být dobře připevněno k&nbsp;podvozku aby se neulomilo
při tvrdém dojezdu.
</p>
 
<p>
Stojiny jsou zasunuty v&nbsp;trubičkách z&nbsp;hnědé papírové lepenky.
Tyto trubičky jsou epoxidovým lepidlem zalepeny do podvozku.
Podrobnosti jsou patrné z&nbsp;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&nbsp;podložce z&nbsp;1mm balzy. Okraj podložky
je zpevněn latičkami 2x3mm. Vpředu a vzadu jsou přilepené trubičky
z&nbsp;papírové lepenky pro nasazení panelu na stojky. Všechny články
jsou zapojené v&nbsp;sérii a vývod je opatřen kablíkem s&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;elektronice připojit pomocný terminál
s&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;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="Principální 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&nbsp;ukládání energie v&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;měniči je použito toroidní jádro Ø10mm
z&nbsp;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&nbsp;budícího transformátoru ze spínaného zdroje pro PC nebo
z&nbsp;vyřazeného monitoru. Výhoda toroidu je jen v&nbsp;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&nbsp;prahovým napětím
cca 2V pro proud cca 5A. Takové tranzistory se vyskytují na mainboardech
(zejména notebooků) nebo v&nbsp;LiIon bateriích do mobilních telefonů
(tam bývají v&nbsp;nevhodných pouzdrech nebo bývají nevhodně zapojené).
V&nbsp;současné době se již dají vhodné dvojité tranzistory
v&nbsp;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&nbsp;akumulačního kondenzátoru
dostalo do motoru je třeba provádět plynulý rozjezd. Prosté připojení
motoru vede k&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;propustném směru) nebo zdvojit.
</p>
 
<p>
Kondenzátor C4 je akumulačním kondenzátorem. Je volen s&nbsp;ohledem
na optimální poměr množství uložené energie k&nbsp;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&nbsp;vnitřního RC oscilátoru (na kmitočtu 4MHz).
Tlačítko SW1 umožňuje aktivovat jeho reset. Konektor J7 slouží
k&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;tom, že pokud dojde
k&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;co nejtenčího materiálu aby byl lehký.
Poněkud obtížnější je jen připájení miniaturního tranzistoru Q1.
Piezo element je přilepen ze strany součástí pomocí mezikruží
z&nbsp;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> &nbsp; </th>
<th> Reference </th>
<th> Hodnota </th>
</tr>
<tr>
<th colspan="2"> Odpory </th>
<th> &nbsp; </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&nbsp;dvouřádkovým LCD displejem. Dále jsou k&nbsp;oživování
nezbytné běžné multimetry (současné měření vstupního napětí a proudu
a výstupního napětí na definované zátěži) a&nbsp;laboratorní zdroj.
Velmi užitečným nástrojem je též osciloskop pro kontrolu průběhů.
</p>
 
<p>
Při napájení z&nbsp;laboratorního zdroje je třeba omezit napájecí proud.
Zejména algoritmy 0 a 3, které se snaží udržet definované napětí
na slunečních článcích mohou vést k&nbsp;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&nbsp;procesorového modulu s&nbsp;procesorem PIC16F84
a z&nbsp;modulu s&nbsp;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="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 stavem
dvojitého přepínače&nbsp;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&nbsp;regulovatelného zdroje (s proudovým omezením na cca
0.5A). Účinnost se určuje ze vstupního napětí a proudu a z&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;globální proměnné <samp>MotorPattern</samp>. Hodnota do této
proměnné se nastavuje pomocí procedury <samp>MotorPatternSet()</samp>,
která ze zadaného „rychlostního stupně“ vyrobí slovo s&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;proceduře
<samp>IntT0()</samp>, tedy v&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;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&nbsp;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>