Autobike – ,,automatic Transmission Bicycle”

Rezumat

Proiectul de diplomă constă în creearea unui sistem de schimbare automată a treptelor de viteză a unei biciclete. Pentru proiect este folosit un stand demontrativ compus din microcontroller, punte H, servo motor, butuc cu viteze interne și foaie pedalieră. Unitatea de control a transmisiei(TCU) va schimba treptele de viteza pe baza turației, vitezei și înclinației.

Abstract

The diploma project consists in the creation of a system that shifts gears of a bicycle automatically . For the projectit is used a demontrativ stand that consists of microcontroller, H bridge, servo motor, internal hub gears and pedal sheet. The Transmission Control Unit (TCU) will change gears based on RPM, speed and inclination.

Cuprins

Abrevieri Folosite

Introducere

Motivație

Transmisiile au început să fie dezvolate încă de la începutul anului 1904, iar datorită faptului că șoferilor le erau greu să se adapteze mașinilor cu mai multe trepte de viteză și cutie manuală. În 1934 începuse să se lucre la cutia de viteze care să nu necesite intervenția omului la cuplarea și decuplarea ambreajului, astfel apărând mașinile semi-automate, iar in 1939 a intrat în producție de serie prima cutie de viteze complet automată.

În ziua de azi controlul cutiilor de viteze a avansat extrem de mult sistemele de acționare fiind electronice permițând diagnosticare, control foarte precis și dimensiunile reducându-se considerabil. Transmissile automate au fost dezvoltate pentru toate autovehiculele pentru ușurarea condusului si pentru creșterea comfortului la volan.

În timp au început sa apară astfel de transmisii și pentru mopede și motociclete doar că acestea au fost dezvoltate individual de fiecare producator, precum Aprilia (mopede), Honda (motociclete) și câteva tentative chiar și pentru biciclete.

Producatorii si companiile automotive fiind concentrate mai mult pe vehicule cu combustie internă, pentru diploma de licență am hotărât să dezvolt o unitate de control al transmisiei pentru biciclete pentru gestionarea treptelor de viteză la rularea a unui teren cu turbulențe și înclinații diferite. Datorită lipsei de experiență în ceea ce privește schimbul de viteze, mulți oameni evită să folosească bicicleta ca mijloc de transport, indiferent dacă ciclismul ajută la sănătate, mediul înconjurător sau fiind mai benefic din punct de vedere financiar; până la urmă majoritatea oamenilor urmăresc să aibă comfort în utilizarea bicicletei.

Metodica lucrarii

Pentru o urmărire cât mai ușoară a proiectului, aceste a fost împărțit în 3 discupline: mecanică, electronică și software, care la randul lor au fost împărțite pe etape.

La mecanică am făcut o schță brută a suportului pentru butucul cu viteze interne pentru început, deoarece toate acționările se fac asupra lui. După ce am ajuns la o formă finală a suportului am proiectat și restul standului de test, realizând o machetă 3D în SolidWorks pentru o mai bună vizualizare a produsului finit. SolidWorks este o colecție software comercială multiplatformă CAD/CAE dezvoltată de compania franceză Dassault Systemes.

După ce standul de test a ajuns la o formă finală, a urmat alegerea componentelor și a materialului, ceea ce înseamnă că a fost nevoie de un studiu de piață, achiziționarea și desigur prelucrarea lor astfel încât standul să fie cât mai stabil, sigur și eficient.

În ceea ce privește partea electronică, datorită faptului ca folosesc un motor DC, pentru controlul acestuia avem un driver care este integrat într-o punte-H. După ce s-au stabilit cerințele pentru motor, s-a ales driverul potrivit și s-a realizat schema electronică aferentă.

Toate acestea fiind stabilite, s-a asamblat puntea-H si s-au făcut legăturile necesare între punte și motor cât și între microcontroller și punte. Pentru logica de schimbare a treptelor s-a folosit un senzor magnetic pentru detecția de turație și un accelerometru pentru detectarea înclinației.

Obiective

Stadiul Actual

Rezumat

Introducere în micricontrollere

Ce este de fapt un microcontroler?

Un controller este o structură electronică folosită pentru controlul unui proces sau a unei interacțiuni cu mediul exterior fără intrvenția omului. Primele controllere foloseau tehnologii analogice și componente electronice, făcând apel la tehnica numerică modernă. Ele au fost realizate inițial pe baza logicii cablate și a aelectronici analogice uneori complexe de dimensiuni și consum energetic mare.

Odată cu apariția microprocesoarelor, acest lucru a dus la reducerea costurilor, dimensiunilor, consumului energetic și o îmbunătățire a fiabilității. Exemple de microprocesoare de uz general ar fi Ș Z80(Zilog), 8086/8088(Intel), 6809(Motorola) etc

Pe măsură ce procesul de miniaturizare a continuat, majoritatea componentelor necesare realizării unei astfel de structuri au fost încorporate la nivelul unui singur integrat.

Resursele integrate la nivelul microcircuitului ar trebui să includă, cel puțin, următoarele componente:

a. CPU, cu un oscilator intern pentru ceasul de sistem

b. o memorie locală tip ROM/PROM/EPROM/FLASH și eventual una de tip RAM

c. un sistem de întreruperi

d. porturi I/O

e. un port serial de tip asincron și/sau sincron, programabil

f. un sistem de timere-temporizatoare/numărătoare programabile.La acestea pot fi adăugate, la un preț de cost avantajos, caracteristici specifice sarcinii de control care trebuie îndeplinite:

g. un sistem de conversie analog numerică(una sau mai multe intrari analogice)

h. un sistem ADC și/sau ieșiri PWM

i. un comparator analogic

j. o memorie de date nevolatilă de tip EEPROM

k. facilități suplimentare pentru sistemul de temporizare/numărare (captare și comparare)

l. watchdog

Utilizarea unui microcontroler constituie o soluție prin care se poate reduce dramatic numărul componentelor electronice precum și costul proiectării și al dezvoltării unui produs.

Unde sunt untilizate microcontrolerele?

Toate aplicațiile în care se utilizează microcontrolere fac parte din categoria așa ziselor sisteme embedded, la care existența unui sistem embedded este transparentă pentru utilizator.

Pentru ca utilizarea lor este de foarte ori sinonimă cu ideea de control microcontrolerele sunt utilizate masiv în robotică și mecatronică. Conceptul de mecatronică este pană la urmă indisolubil legat de utilizarea microcontrolerelor.

Automatizarea procesului de fabricație-producție este un alt mare beneficiar: CNC Computerised Numerical Controls-comenzi numerice pentru mașinile unelte, automate programabile. Indiferent de natura procesului automatizat sarcinile specifice pot fi eventual distribuite la un mare număr de microcontrolere integrate într-un sistem unic prin intermediul uneia sau mai multor magistrale.

Printre multele domenii unde utilizarea lor este practic un standard industrial se pot menționa: în industria de automotive, în așa zisa electronică de, în aparatura electrocasnică, în controlul mediului și climatizare, în industria aerospațială, în mijloacele moderne de măsurare – instrumentație, la realizarea de periferice pentru calculatoare, în medicină.

Ca un exemplu din industria de automobile (automotive industry), ECU-urile sunt folosite de la biciclete(Fig. 1), motociclete(Fig. 2), pana la masini, autoutilitare si alte autovehicule de dimensiuni foarte mare(Fig. 3).

Practic, deși am prezentat ca exemple concrete numai sisteme robotice și mecatronice, este foarte greu de găsit un domeniu de aplicații în care să nu se utilizeze microcontrolerele.

Clasificări și variante constructive

La ora actuală există o varietate extrem de mare de microcontrolere. Un criteriu de clasificare care se poate aplica întotdeauna este lungimea magistralei de date. Funcție de puterea de calcul dorită și de alte caracteristici se pot alege variante având dimensiunea magistralei de date de 4, 8,16 sau 32 de biți. Există și multe variante dedicate, neprogramabile de utilizator la nivel de cod mașină, strict specializate pe o anumită aplicație, prin intermediul codului preprogramat și al resurselor hardware, utilizate pentru comunicații, controlul tastaturilor, controlul aparaturii audio/video, prelucrarea numerică a semnalului, etc.

Caracteristici arhitecturale ale unității centrale

Arhitectura CPU-ului este unul din elementele cele mai importante care trebuie avut în vedere în analiza oricărui sistem de calcul. Principalele concepte luate întâlnite aici sunt următoarele:

Arhitecturi de tip " von Neumann " Cele mai multe microcontrolere sunt realizate pe baza acestei arhitecturi de sistem. Microcontrolerele bazate pe această arhitectură au o unitate centrală (CPU) caracterizată de existența unui singur spațiu de memorie utilizat pentru memorarea atât a codului instrucțiunilor cât și a datelor ce fac obiectul prelucrării. Există deci o singură magistrală internă (bus) care este folosită pentru preluarea a instrucțiunilor (fetch opcod) și a datelor; efectuarea celor două operații separate, în mod secvențial, are ca efect, cel puțin principial, încetinirea operațiilor. Este arhitectura standard (cea mai des întâlnită) și pentru microprocesoarele de uz general.

b. Arhitecturi de tip " Harvard " La această arhitectură există spații de memorie separate pentru program și date. În consecință ar trebui să existe și magistrale separate (de adrese și date) pentru codul instrucțiunilor și respectiv pentru date. Principial există astfel posibilitatea execuției cvasiparalele (suprapunerii) a celor două operații menționate anterior. Codul unei instrucțiuni poate fi preluat din memorie în timp ce se execută operațiile cu datele aferente instrucțiunii anterioare. Este posibilă (cel puțin teoretic) o execuție mai rapidă, pe seama unei complexități sporite a microcircuitului, mai ales atunci când există și un pipeline. Este arhitectura standard pentru procesoarele numerice de semnal (DSP). Datorită costului mare al implementării unei astfel de arhitecturi, în cazul microcontrolerelor se întâlnește mai ales o arhitectură Harvard modificată, cu spații de memorie separate pentru program și date, dar cu magistrale comune pentru adrese și date.

2.2.4 Fig. 2

c. CISC Aproape toate microcontrolerele au la baza realizării CPU conceptul CISC (Complex Instruction Set Computer). Aceasta înseamnă un set uzual de peste 80 instrucțiuni, multe din ele foarte puternice și specializate. De obicei multe din aceste instrucțiuni sunt foarte diferite între ele: unele operează numai cu anumite spații de adrese sau registre, altele permit numai anumite moduri de adresare, etc. Pentru programatorul în limbaj de asamblare există unele avantaje prin utilizarea unei singure instrucțiuni complexe în locul mai multor instrucțiuni simple (analog macroinstrucțiunilor clasice dintr-un limbaj de asamblare) .

d. RISC RISC (Reduced Instruction Set Computer) este un concept de realizare a CPU care a început să fie utilizat cu succes de ceva timp și la realizarea microcontrolerelor. Prin implementarea unui set redus de instrucțiuni care se pot executa foarte rapid și eficient, se obține o reducere a complexității microcircuitului, suprafața disponibilizată putând fi utilizată în alte scopuri. Printre caracteristicile asociate de obicei unui CPU RISC se pot menționa: – arhitectură Harvard modificată sau von Neumann – viteză sporită de execuție prin implementarea unui pipeline pentru instrucțiuni – set de instrucțiuni ortogonal (simetric): orice instrucțiune operează cu orice spațiu de adrese (de memorie) sau orice registru, instrucțiunile nu prezintă combinații speciale, excepții, restricții sau efecte colaterale.

Aspecte legate de implementarea memoriei microcontrolerelor

În afară de memoria locală de tip RAM, de dimensiuni relativ, implementată ca atare sau existentă sub forma unui set de registre și destinată memorării datelor, mai există o serie de aspecte specifice, marea majoritate a acestora fiind legată de implementarea fizică a memoriei de program cu ajutorul unor memorii nevolatile. Clasic, memoria de program era implementată într-o variantă de tip ROM: EPROM pentru dezvoltare și producție pe scară mică/medie sau mask-ROM pentru producția de masă. Principalele concepte noi apărute de a lungul timpului în legătură cu implementarea memoriei de program sau date sunt enumerate în continuare.

a. OTP – majoritatea producătorilor oferă variante de microcontrolere la care memoria locală de program este de tip OTP (One Time Programmable), practic o memorie PROM identică intern cu varianta EPROM, dar fără fereastra de cuarț pentru ștergere

b. FLASH EPROM – este o soluție mai bună decât EPROM-ul propriu-zis atunci când este necesar un volum mare de memorie program (nevolatilă); mai rapidă și cu un număr garantat suficient de mare (x10000) de cicluri de programare (de ștergere/scriere), este caracterizată și prin modalități mai flexibile de programare; este utilizată numai ca memorie de program.

c. EEPROM – multe microcontrolere au și o memorie de acest tip, de dimensiune limitată (de la x10 octeți la x K octeți), destinată memorării unui număr limitat de parametrii (memorie de date) care eventual trebuie modificați din timp în timp; este o memorie relativ lentă (la scriere), dar cu un număr de cicluri de ștergere/scriere mai mare ca FLASH-ul (x100000).

d. NOVRAM (RAM nevolatil) – realizat prin alimentarea locală a unui masiv RAM CMOS atunci când este necesar un volum mare de memorie de program și date nevolatilă; mult mai rapidă decât toate celelalte tipuri și fără limitări ca număr de cicluri.

e. Programarea "In System" (ISP-In System Programming) – folosirea unor memorii nevolatile de tip FLASH face posibilă și "programarea" unui astfel de microcontroler fără a-l scoate din sistemul în care este încorporat (programare on-line, In System Programming); programarea se face de regulă prin intermediul unei interfețe seriale dedicate de tip ISP sau a unei interfețe standard JTAG. Există microcontrolere la care această programare se poate face prin intermediul portului serial asincron sau al interfetei CAN (Controller Area Network).

f. Bootloader – multe din microcontrolerele recente la care memoria de program este de tip FLASH au și facilitatea de a putea și scrie în această memorie de program fără a utiliza un circuit de programare extern. Astfel în microcontroler poate exista permanent un cod de mici dimensiuni care pur și simplu va încărca prin intermediul portului serial codul utilizator sau constantele pe care acesta vrea eventual să le actualizeze. Bootloader-ul este și cel care lansează în execuție programul utilizator după încărcarea acestuia.

g. Memoria externă de program sau date Marea majoritate a familiilor de microcontrolere permit si utilizarea de memorie externă de program sau date. Aceasta presupune existenta si utilizarea unor magistrale externe de adrese si date. Conexiunile externe necesare pentru acestea sunt disponibile ca funcții alternative ale pinilor, fiind posibilă utilizarea de memorie externă cu interfață serială (memorie RAM, FLASH sau EEPROM cu interfață I2C, SPI, etc.) si numai ca memorie de date.

Sistemul de ceas

Orice microcontroler este caracterizat cel puțin de existența circuitelor electronice aferente oscilatorului care generează ceasul de sistem. Astfel este posibilă implementarea simplă a oscilatorului doar prin adăugarea, în exterior, a unui rezonator extern (cuarț sau piezoceramica) pentru stabilizarea frecventei si eventual a unor capacitori. Există microcontrolere la care configurația oscilatorului este programabilă prin intermediul unor „fuzibile” FLASH: rezonator extern și tipul acestuia, varianta RC intern sau extern, gama de frecventă, etc.

2.2.6 Fig. 1

La familiile evoluate de microcontrolere există si circuite de tip PLL (Phase Locked Loop) si/sau FLL (Frequency Locked Loop) care permit multiplicarea cu ușurință a frecvenței de bază (cea a rezonatorului extern). Astfel plecând, de exemplu de la o frecvență de 32.768KHz se pot obține frecvențe de lucru până ordinul MHz. La astfel de microcontrolere sistemul de ceas este programabil prin intermediul unor registre speciale oferind un maxim de flexibilitate în sensul putinței de controla compromisul între puterea consumată și viteza maximă de lucru.

Interfața externă (sistemul de intrări și ieșiri)

Toate microcontrolerele au un număr oarecare de intrări/ ieșiri organizate sub forma unor porturi I/O; conexiunile exterioare sunt bidirecționale sau unidirecționale, unele sunt multifuncționale (se oferă funcții alternative pe același pin.

2.2.7 Fig. 1

În afară de acest set de intrări/ieșiri de uz general, pentru interfața cu mediul exterior se oferă o serie de alte facilități importante de intrare/ieșire cum ar fi:

a. UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) este un port serial bidirecțional destinat implementării unui protocol clasic de comunicație asincron; USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) este un port similar, dar care permite implementarea și a unui protocol sincron cu obținerea unor viteze mai mari de comunicație; SCI (Serial Communications Interface) este un circuit de tip UART îmbunătățit, definit și utilizate de firma Freescale(Motorola). LIN (Local Interconnect Network) reprezintă o implementare particulară a unui protocol de comunicație asincron, utilizată în industria de automobile ca o alternativă de mică viteză dar cu preț scăzut pentru magistrala și protocolul CAN .

b. Porturi seriale sincrone dedicate – sunt destinate transferului serial de date de mare viteză cu unele periferice specializate (sisteme de afișare, convertoare analog-numerice, etc.) sau care permit conectarea într-o rețea de comunicație. Presupun existenta, împreuna cu datele, a unui semnal de ceas (implicit sau explicit) pentru sincronizarea acestora. Implică și implementarea unor protocoale mai mult sau mai puțin complexe de transfer al informației, fiind de fapt vorba de o magistrală serială. Există câteva implementări răspândite:

– SPI (Serial Peripheral Interface) este un port serial sincron definit de firma Motorola

– Microwire / Microwire Plus este o interfață serială bidirecțională sincronă definită și utilizată de firma National Semiconductors

– I2C (Inter Integrated Circuits bus) este o interfață serială bidirecțională (pe numai 2 fire), dezvoltată de Philips, destinată aplicațiilor de 8 biți. Există și multe circuite "periferice" care sunt prevăzute cu o astfel de interfață. Este cunoscută și sub denumirea TWI (Two Wire Interface)

– CAN (Controller Area Network) foarte utilizat în Europa și Japonia, oarecum similar ca funcționalitate lui SAE J1850 care este utilizat în America de Nord (SAE -Society of Automotive Engineers), este un standard (o magistrală și un protocol) de comunicație serială sincronă utilizat în industria de automobile, permițând interconectarea într-o rețea a diverselor componente inteligente (senzori, elemente de execuție, indicatoare, etc.) omniprezente într-un automobil modern. In ultimul timp magistrala CAN a început să fie utilizată și în alte domenii decât industria de automobile (automatizări industriale, robotică, acționări electrice).

c. Conectivitate Ethernet/Web – implică existența unor resurse care să permită integrarea cu ușurință într-o rețea de tip Ethernet, pentru a face posibilă, în final, implementarea unui protocol TCP/IP (a unei stive TCP/IP). Resursele respective pot fi de natură software (stivă soft) care presupun o viteză de prelucrare a CPU suficient de mare pentru a nu afecta vizibil operarea propriu-zisă a controlerului, sau hardware (stivă hardware). Pe baza acestei stive se poate realiza o conectivitate tip HTTP, FTP, STMP, POP3, etc.

d. Conectivitate USB – magistrala serială USB (Universal Serial Bus) a fost creată pentru conectarea cu ușurință a diverselor periferice la un calculator PC (cu rolul de gazdă – host). Conexiunea permite si furnizarea tensiunii de alimentare. Varianta USB 1.1 permite atingerea unei rate de transfer maxime a datelor de 12Mbytes/sec, iar varianta USB 2.0 a unei rate maxime de cca. 480MBytes/sec. La ora actuală există pe piață multe firme care oferă o gamă largă de microcontrolere cu conectivitate USB (majoritatea compatibile USB 1.1), cu un preț de cost minim pentru componentele hardware și software. Exemple în acest sens ar fi firmele: Atmel, Microchip, Intel, Cypress, ST, Infineon, s.a. Majoritatea sunt destinate realizării unor periferice USB si mai puține realizării unui USB host.

e. Conectivitate Wireless- se referă la existența unor resurse hardware si/sau software care să permită integrarea cu ușurință și la un preț de cost avantajos într-o rețea de tip wireless, pentru a face posibilă, în final, implementarea unui protocol (a stivei aferente protocolului). Exemplele cele mai cunoscute de astfel de rețele, protocoale și stive sunt Bluetooth (IEEE 802.15.1) și Zigbee (IEEE 802.15.4).

f. Convertoarele Analog Numerice (ADC) Convertoarele utilizate fac parte de regulă dintr-un sistem de achiziție de date, existând și un multiplexor analogic cu mai multe canale de intrare. Rezoluția disponibilă este tipic de 8, 10 sau 12 biți, uneori cu precizia (rezoluția adevărată) corespunzătoare unui număr mai mic de biți. In marea majoritate a cazurilor ele sunt realizate pentru mărime de intrare unipolară. Sursa de referință utilizată este internă sau externă. Timpul minim de conversie este în plaja x µsec la x10 µsec. Există microcontrolere care utilizează tehnici de recalibrare (auto-zero, corecție câștig, etc.)

g. Convertoarele Numeric Analogice (DAC) Cea mai răspândită tehnică de conversie numeric analogică folosită este bazată pe modulația în factor de umplere (PWM- Pulse Width Modulation). Există unul sau mai multe canale pe care se poate genera un tren de impulsuri cu factor de umplere programabil (de la 0 la 100%). Factorul de umplere este controlat cu o rezoluție de la 8 biți sau 16 biți. Frecvența trenului de impulsuri este și ea programabilă, în limite largi. La un microcontroler fără un sistem PWM dedicat, în acest scop se poate utiliza, cu o flexibilitate mai scăzută, sistemul de timere/numărătoare și orice ieșire numerică. Printr-o filtrare exterioară relativ simplă, de tip trece jos (FTJ, Low Pass), se poate obține o tensiune de ieșire proporțională cu factorul de umplere. Convertoare numeric analogice propriu-zise sunt mai rar întâlnite.

g. Interfața pentru sisteme de afișare tip LCD (panou LCD) În ultimul timp în familiile de microcontrolere deja consacrate sau în familiile noi au apărut variante care posedă un subsistem destinat conectării directe, cu utilizarea unui număr minim de componente exterioare, unui sistem de afișare (un panou) de tip LCD (cu cristale lichide). Interfața respectivă generează toate semnalele necesare pentru comanda panoului LCD. Complexitatea sa este descrisă prin numărul maxim de segmente LCD care pot fi controlate, fiind limitată în primul rând de numărul de conexiuni externe necesare (pentru un număr mare de segmente oricum se folosesc tehnici de multiplexare).

Evoluția transmisiilor de biciclete

Un angrenaj butuc(Gear hub) , butucul cu viteze interne(internal Gear Hub), sau pur și simplu butuc de viteze este un sistem de schimbare a rapoartelor de transmisie utilizate în mod obișnuit pe biciclete, care este implementat cu planetare sau unelte epicicloidale . Angrenajele si lubrifianti sunt sigilate în carcasa butucului de viteze, în contrast cu vitezele schimbătorului, în cazul în care cutia de viteze și mecanismul sunt expuse la intemperii. Schimbarea raportului de transmisie a fost realizată în mod tradițional de un levier de schimbare conectat la butuc cu un cablu Bowden , și răsucire-prindere transformatoare stil au devenit comune.

Sistemele de transmisie în butuc au, în general, o viață lungă și în mare măsură nu necesită întreținere dacă vitezele nu sunt potrivite pentru utilizare de mare stres în competiții sau de deal, condiții off-road. Mulți navetiști sau cicluri urbane, cum ar fi bicicletele europene de oraș sunt acum de obicei dotate cu butuci cu 7 viteze și sistemele de 8 viteze devin tot mai disponibile. Mai vechi sau mai puțin costisitoare biciclete utilitare folosesc adesea butuci cu 3-viteze, cum ar fi în sistemele de partajare de biciclete . Multe biciclete pliante folosi butuci cu 3-viteze. Evoluții moderne cu până la 14 rapoarte de transmisie sunt disponibile.

Istoria

Înainte de unelte epicicloidale au fost utilizate în centrele de biciclete, au fost utilizate pe triciclete. Brevete de hub-uri epicicloidale datează de la mijlocul anilor 1880. Primul brevet de angrenaj compact hub epicicloidal a fost acordat în 1895 pentru The Machinist american Seward Johnson Thomas de Noblesville, Indiana, Statele Unite ale Americii. Aceasta a fost a 2-viteză, dar nu a avut succes comercial.

În 1896 William Reilly a Salford, Anglia brevetat un hub cu 2 viteze care a intrat în producție în 1898 ca "Hub". A fost un mare succes, rămânând în producție timp de un deceniu. Acesta a stabilit rapid practic de unelte compacte hub epicicloidale.

Prin 1902 Reilly a proiectat un angrenaj butuc cu 3 viteze. El a despărțit companie cu producătorul de "Hub", dar a semnat departe de a le drepturile intelectuale pentru proiectele sale viitoare de viteze. Pentru a evita această problemă, s-au obținut brevete de Reilly 3 viteze în numele colegului său, James Archer. În același timp, bine-cunoscut jurnalist englez și inventator Henry Sturmey au inventat, de asemenea, un hub cu 3 viteze. În 1903 Frank Bowden, șef al companiei ciclu Raleigh, format trei Speed ​​Gear Sindicatului, după ce a obținut drepturile de atât Reilly / Archer și Sturmey 3-viteze. Hub Reilly a intrat în producție ca primul Sturmey Archer cu 3 viteze.

În 1902 Mikael Pedersen (care a produs, de asemenea, bicicleta Dursley Pedersen ) patentat un angrenaj butuc cu 3 viteze și acesta a fost produs în 1903. Acest lucru a fost declarat a fi bazat pe principiul "contra arbore", dar a fost, fără îndoială, un angrenaj planetar neobișnuit , în care un al doilea soare fost utilizată în locul unui angrenaj inel. În 1904 Fichtel & Sachs companiei (Germania, Schweinfurt ) a produs un angrenaj butuc sub licență de Wanderer , și prin 1909 s-au 14 hub diferite cu 3 viteze unelte de pe piata britanica.

Prin anii 1930 unelte de hub-au folosit pe biciclete peste tot în lume. Ei au fost deosebit de popular in Marea Britanie, Olanda, țările vorbitoare de germană și Scandinavia. Începând cu anii 1970, au devenit mult mai puțin frecvente în țările orbitoare de limba engleză. Dar, în multe părți din nordul Europei, unde bicicletele sunt utilizate cu regularitate ca transportul zilnic nu doar pentru sport sau de agrement, unelte butuc sunt încă utilizate pe scară largă. Sistemul de schimbător mai ieftin si mai puternic (dar mai puțin sigură) a început acum să apară și oferă o gamă largă de viteze.

Prin 1987 Sturmey Archer-a făcut doar 3 și 5-viteză hub-uri, și Fichtel & Sachs și Shimano făcut doar 2 și 3 de viteză hub-uri. În acel an a fost publicată prima carte (în afară de manuale de service) pentru aproximativ 80 de ani care se ocupă exclusiv cu unelte de biciclete epicicloidale. De atunci a existat o creștere lentă, dar constantă în interesul trepte butuc, reflectate în gamă mai largă de Produsele acum disponibil.

În 1995 Sachs și-a prezentat Elan , prima uneltele hub cu 12 viteze, precum și o gamă globală de 339%. Trei ani mai târziu Rohloff a iesit cu Speedhub 500/14 , un butuc de viteze cu 14 viteze și o gamă de 526%, comparabilă cu cea a unui sistem de transmisie schimbător de viteză de 27, și, de asemenea, suficient de solid și lumină greutate de ciclism montan . În 2007 NuVinci inceput productia de trepte ∞ viteză (FPC) noduri pentru biciclete de navetiști, cu o gamă de aproximativ 350%.

Din 2008, Sturmey Archer-a trimis 3-, 5- și 8 viteze butuci, SRAM (succesorul Fichtel & Sachs) face 3-, 5-, 7- și 9-viteze Shimano și face 3, 7- și 8 -speeds. În februarie 2010 Shimano a anunțat introducerea Shimano Alfine 700 , un model de 11-viteză.

Desi cele mai multe sisteme de transmisie hub utilizați un pinion spate, SRAM e duala Transmisie sistem combină o epicicloidal butuc cu un sistem schimbătorului spate multi-viteză pentru a oferi un tren de rulare amplu concentrat la roata din spate. În 2010 Canyon și-a prezentat 144 2 , un hub hibrid care foloseste o combinatie similara epicyclical / schimbător.

Brompton Bicycle au propriile lor de design, cu un schimbător cu două viteze cuplat la o viteză de trei-raport la nivel Sturmey Archer-hub special, (Wide Ratio Brompton) "BWR". Sistemul este util pentru biciclete pliabile (în cazul în care un chainset față multiplu ar putea fault mecanism de pliere biciclete) și în biciclete culcate și biciclete de transport de marfă (în cazul în care roțile mici și / sau crestere in greutate necesita o gamă mai largă de unelte cu pași mai mici). Unelte Hub în trecut, de asemenea, a fost folosit pe motociclete , deși acest lucru este acum rar.

Principiul de funcționare

Cele mai simple butuci cu 3 viteze utiliza un singur gearset epiciclic planetar. Roata dințată solară (în galben de mai sus) este montat solid la axul și este astfel relativ fix pe cadrul bicicletei.

În treaptă de viteză inferioară, pinionul conduce inelul (în roșu de mai sus) și suportul planetă (în verde de mai sus) conduce centrul, oferind o reducere de viteze.

În unelte de mijloc, pinionul conduce hub direct.

În unelte mare, pinionul conduce transportatorul planetă și spațiul inelar conduce hub, rezultând o creștere de viteze.

Axul butucului a unui angrenaj butuc (spre deosebire de cea a unui sistem schimbătorului) va efectua un cuplu, în toate treptele, cu excepția priză directă, și așa trebuie să fie fixate în siguranță, împotriva rotirii. În timp ce șaibe anti-rotație între abandonului și piulița osie s-au dovedit de multe ori adecvate, sisteme moderne largă categoria de utilizat un braț de reacție aplicat tariful lanț. Roți spate cu frâne cu tambur (o caracteristica pe unele biciclete de navetiști) necesită un braț de reacție oricum.

Cele mai multe unelte butuc sunt exploatate într-un mod similar, cu o poftă de mâncare unic, declanșator sau degetul mare-schimbator. O excepție este stilul vechi de Sturmey Archer-5-viteză, care a folosit un cablu schimbare al doilea pentru a schimba între trepte de soare gamă largă de aproape și, dând efectiv două hub-uri cu 3 viteze într-o singură unitate. Uneltele de mijloc din ambele game fost priză directă, deci erau cinci trepte distincte. Ele ar putea fi controlate fie cu un schimbător special cu 5 trepte care a operat două cabluri, sau cu un regulat schimbator 3 viteze și un schimbător de frecare.

Gear Hub de utilizare de zi cu zi

Unelte hub tradiționale sunt indexate la operațiunea de luare schimbator dependent de tensiune cablu corecta (si lubrifiere ale acestora). În practică, unelte, sărituri și deteriorarea internă în consecință sunt neobișnuite, cu excepția în unități de mare kilometraj. Hub de viteze-unități moderne includă indexarea în unitatea de sine și, prin urmare, neafectate de trecerea defectiuni provocate în acest fel.

Cele mai Sturmey Archer și Fichtel & Sachs sisteme "Torpedo" default la treapta de viteză la slack-cablu, care ar putea face bicicleta utilizabil pentru călătorii pe distanțe lungi în teren plat, chiar dacă o defecțiune dezvoltat în mecanismul de schimbare (mai degrabă ca un sistem schimbător, care poate fi setată manual la o treaptă de viteză mare, în cazul unui defect similar). Cele mai vechi foarte butuci Sturmey Archer-, totuși, implicit treaptă de viteză inferioară. Unele sisteme de transmisie butuc moderne (de exemplu, 7-viteză Shimano), de asemenea, implicit de unelte de fund și sunt, astfel, mai dependente de cablu trage

Transmisie hibrid cu saboți

Unele sisteme combină orientat intern hub-uri cu saboți externe. Un hub mers în gol cu ​​un pinion adecvat pentru lanț îngust pot fi combinate cu un angrenaj dublu sau triplu și schimbătorului față, în scopul de a oferi o gamă mai largă și mai aproape de spațiere raportul de transmisie. Este nevoie de o tensionare lanț sau o schimbătorului spate pentru a prelua moale lanț, și este nevoie de grijă să nu supra-cuplu butucul prin utilizarea prea mic un raport foaie / pinion.

Alternativ, unele hub-uri poate accepta două pinioane de antrenare elipsoidale, între care biciclistul poate comuta cu un schimbător spate. Selecția pinion atentă poate permite rapoartele de transmisie disponibile atunci când se utilizează un pinion să cadă la jumătatea drumului dintre cele disponibile atunci când se utilizează doilea pinion, oferind jumătate de pas de îndatorare , ca pe Brompton 6 trepte de viteză bicicleta pliere. Acest concept este folosit și extins în sistemul SRAM dual Drive, în cazul în care o casetă convențional multe viteze este montat pe un butuc cu 3 viteze. O versiune similară a ce în ce mai populare hub AW este fabricat de Sturmey Archer. Acest sistem poate fi util pentru bicicletele care nu poate accepta o schimbătorului față. Compania germană Canyon a introdus 144 2 în 2010, un hub hibrid care foloseste o combinatie similara epicyclical / schimbător.

Când atât față și saboți spate sunt folosite cu un butuc cu reductor, rezultatul este un tren de rulare foarte amplu, în detrimentul creștere în greutate și complexitate.

O utilizare deosebit a sistemelor Dualdrive este pe biciclete culcate în cazul în care pornind de off de la o oprire, sau după frânare greu, este foarte greu, dacă un angrenaj mare este angajat. Pe o bicicletă în poziție verticală, în cazul în care un angrenaj mare este angajată, călărețul poate folosi un picior pentru a obține un impuls minim și să stea pe pedale și de a folosi corpul său de sus pentru a echilibra motocicleta; acest lucru nu este posibil, pe o bicicletă culcat de 2 roți. Aici configurarea Dualdrive permite trecerea la un impas sau la viteze mici, ceea ce nu este posibil cu unelte schimbătorului numai.

Motoare DC

Un motor de curent continuu este una dintre o clasă de mașini electrice care transformă energia electrică de curent continuu în energie mecanică. Cele mai comune tipuri baza pe forțele produse de câmpuri magnetice. Aproape toate tipurile de motoare de curent continuu au un mecanism intern, fie electromecanic sau electronic, pentru a modifica periodic direcția fluxului de curent în parte din motor. Cele mai multe tipuri produc mișcare de rotație; un motor liniar produce direct forță și mișcare în linie dreaptă.

Motoare de curent continuu au fost primul tip utilizate pe scară largă, deoarece acestea ar putea fi alimentat de la sistemele de distribuție a energiei electrice iluminat-curent continuu existente. Viteza Un motor de curent continuu poate fi controlată într-un domeniu larg, folosind fie o tensiune de alimentare variabilă sau prin schimbarea puterea curentului în înfășurări sale de teren. Motoarele mici de curent continuu sunt utilizate în instrumente, jucării, și aparate. Motorul universal poate funcționa pe curent, dar este un motor de ușor folosi in scule electrice portabile și aparate. Motoare mai mari de curent continuu sunt utilizate în propulsia vehiculelor electrice, lift și dispozitive de ridicare, sau în unități de mori de oțel de rulare. Apariția electronicii de putere a făcut înlocuirea motoare de curent continuu cu motoare de curent alternativ posibile în multe aplicații.

Motoare electromagnetice

O bobină de sârmă cu o funcționare curent prin ea generează un electromagnetic câmp aliniat cu centrul bobinei. Direcția și amploarea câmpului magnetic produs de bobina poate fi schimbat cu direcția și magnitudinea curent care curge prin ea.

Un motor de curent continuu simplu are un set staționar de magneți în stator și un armătură cu unul mai înfășurări de sârmă izolat înfășurat în jurul unui miez moale de fier care se concentrează câmpul magnetic. Înfășurările au de obicei mai multe ture în jurul miezului, iar în motoare mari pot exista mai multe căi de curent paralele. Capetele de lichidare firului sunt conectate la un comutator . Comutatorul permite fiecare bobina armatura să fie sub tensiune, la rândul său și se conectează bobinele se rotesc cu sursa de alimentare externă prin perii. (Motoare fără perii de curent continuu au electronica care trece curent DC la fiecare bobină și de oprire, nu au perii.)

Valoarea totală a curentului trimis la bobina, dimensiunea bobinei și ce e înfășurat în jurul dicta intensitatea câmpului electromagnetic creat.

Secvența de a transforma un anumit bobină on sau off dicteaza ce direcție eficiente câmpurile electromagnetice sunt evidențiate. Prin pornirea și oprirea bobine în ordine un câmp magnetic rotativ poate fi creat. Aceste câmpuri magnetice rotative interacționează cu câmpurile magnetice ale magneților (permanenți sau electromagneți ) în partea staționară a motorului (statorului) pentru a crea o forță asupra armăturii care face să se rotească. În unele motor de curent continuu planuri stator câmpuri folosi electromagneți pentru a crea câmpuri magnetice care permit un control mai mare asupra motorului.

La un nivel ridicat de putere, motoare de curent continuu sunt aproape întotdeauna răcite cu aer forțat.

Număr diferit de câmpuri stator și armatura, precum și modul în care acestea sunt conectate ofere diferite caracteristici de viteză de reglementare / cuplu inerente. Viteza unui motor de curent continuu poate fi controlat prin modificarea tensiunii aplicate armăturii. Introducerea de rezistență variabilă în circuitul circuitul armatura sau domeniu permis de control al vitezei. Motoarele moderne de curent continuu sunt adesea controlate de electronice de putere sistemele care reglează tensiunea de "tocare" curent continuu în și în afara ciclurilor care au o tensiune mai mică eficace.

Având în vedere că motorul DC înfășurată-seria dezvoltă cuplul maxim la viteza mica, este adesea folosit în aplicații de tracțiune, precum locomotivele electrice și tramvaie . Motor de curent continuu a fost de temelie a electrice unități de tracțiune pe ambele electrice si locomotive diesel-electrice , strada-masini / tramvaie și diesel instalatii de foraj electrice pentru mai mulți ani. Introducerea de motoare de curent continuu și un electrică grilă sistem pentru a rula mașini începând din anii 1870 a început o nouă doua revoluție industrială . Motoare de curent continuu poate opera direct de la baterii reincarcabile, oferind forța motrice pentru primele vehicule electrice și astăzi masini hibride si masini electrice , precum și de conducere o serie de fără fir instrumente. Astăzi motoare de curent continuu sunt încă găsite în aplicații ca mici jucării și unități de disc, sau în dimensiuni mari pentru a opera laminoare de oțel și mașini de hârtie. Motoare mari cu câmpuri separat excitate au fost, în general, folosite cu unități de bobinaj pentru trolii de mină , pentru un cuplu ridicat, precum și de control al vitezei buna folosind unități tiristor. Acestea sunt acum înlocuite cu motoare AC mari cu comenzi cu frecvență variabilă.

Dacă alimentare externă este aplicat pe un motor de curent continuu se comportă ca un generator de curent continuu, un dinam . Această funcție este utilizată pentru a încetini și reîncărca bateriile pe masina hibrid și mașinile electrice sau pentru a reveni energie electrică înapoi la rețeaua electrică utilizată pe o masina stradă sau electrica linie de tren alimentat atunci când acestea încetinesc. Acest proces este numit de franare regenerativa pe masini hibride si electrice. În locomotive diesel electrice pe care o folosesc, de asemenea, motoare de curent continuu de drept generatoare de a încetini, dar disipa energia în rezistor stive. Modele mai noi sunt adăugarea de pachete mari de baterii să recupereze o parte din această energie

Conexiunile electrice între stator și rotor pentru motor DC

Există trei tipuri de conexiuni electrice între stator și rotor posibil pentru motoare electrice de curent continuu: serie, derivație / paralel și compus (diferite amestecuri de serie și derivație / paralele) și fiecare are caracteristici unice viteza / cuplu adecvate pentru diferite profiluri de încărcare de cuplu / semnături.

Conexiune Seria

O serie motor de curent continuu legătura între armatura și teren înfășurări în serie cu o comună sursă de curent continuu. Viteza motorului variază ca o funcție neliniară a cuplului de sarcină și curentul armătură; curent este comun la pătrat (I ^ 2) comportamentul curent atât stator și rotor rezultând [ necesită citare ] . Un motor serie are un cuplu foarte mare de pornire și este frecvent utilizat pentru pornire sarcini mari inerție, cum ar fi trenuri, lifturi sau dispozitive de ridicare. Această viteză / caracteristică cuplul este util în aplicații cum ar fi excavatoare cu draglină , în cazul în care instrumentul de săpat se mișcă rapid atunci când descărcate dar încet atunci când transportă o sarcină grea.

Cu nici o sarcină mecanică la motor de serie, curentul este scăzut, contra-EMF produs de înfășurarea domeniu este slab, iar astfel armătura trebuie să se întoarcă mai repede pentru a produce suficient contra-EMF pentru a echilibra tensiunea de alimentare. Motorul poate fi deteriorat de viteze excesive. Aceasta se numește o stare fugar.

Motoare cu excitație serie numitele "motoare universale" poate fi folosit pe curent alternativ. Deoarece tensiunea armătură și direcția câmpului inversă la (substanțial [ clarificare necesară ] ), în același timp, cuplul continuă să fie produse în aceeași direcție. Având în vedere că viteza nu este legată de frecvența de linie, motoare universale pot dezvolta viteze mai mare decat sincron, ceea ce le face mai ușoare decât motoare asincrone de aceeași ieșire mecanic nominală. Aceasta este o caracteristică valoros pentru scule electrice portabile. Motoare universale pentru comerciale utilitatea sunt, de obicei, de capacitate mică, de ieșire nu mai puțin de 1 kW. Cu toate acestea, motoare universale mult mai mari au fost utilizate pentru locomotivele electrice, alimentate de speciale de joasă frecvență rețelele electrice de tracțiune , pentru a evita problemele cu comutație în conformitate cu sarcini grele și diferite.

Conexiune Pompare

Un motor de curent continuu șunt legătura între armătură și teren înfășurări în paralel sau șunt cu o sursă de alimentare comună DC. Acest tip de motor are regulament viteza buna, chiar în funcție de încărcătură, dar nu are cuplul de pornire al unei serii motor de curent continuu. Acesta este de obicei folosit pentru aplicații de viteză reglabile industriale, cum ar fi mașini-unelte, lichidare / Mașini de depanare și pretensionare.

Conexiune Compusul

Un motor de curent continuu compus legătura între armătură și câmpurile înfășurări într-un șunt și o combinație serie sa-l dea caracteristicile atât un șunt și o serie motor de curent continuu. Aceasta motor este utilizat atunci când este nevoie de atât un cuplu ridicat de pornire și reglarea vitezei bun . Motorul poate fi conectat în două modalități: cumulativ sau diferențiat. Motoare compuse cumulate conecta câmpul de serie pentru a ajuta domeniu șunt, care ofera un cuplu de pornire mai mare, dar mai puțin reglarea vitezei. Compuse diferențială motoare de curent continuu avea regulament viteză bună și sunt exploatate de obicei, la viteză constantă.

Arhitectura proiectului

Rezumat

Microcontroller Texas Instruments EXP MSP430FR5739

Descriere generală

Familia de microcontrolere Texas Instruments MSP430FR573x ultra-low-power este format din mai multe dispozitive care are încorporat memorie nevolatilă FRAM, ultra-low-power de 16-bit MSP430 ™ CPU și diferite periferice vizate pentru diverse aplicații. Arhitectura, FRAM, si perifericele, combinate cu șapte moduri low-power, sunt optimizate pentru a obține viață prelungită a bateriei în portabile și fără fir aplicațiilor de teledetecție(Fig. 1). FRAM este o nouă memorie nevolatilă care combina viteza, flexibilitatea și rezistenta de SRAM cu stabilitatea și fiabilitatea flash, toate la consumul total de energie mai mic(Fig. 2 and Fig 3). Perifericele includ un ADC de 10-biți, un comparator de 16 canale cu generarea de referință de tensiune și capabilități histerezis, trei canale de serie îmbunătățite capabile de I2C, SPI, sau protocoale UART, un DMA interior, un multiplicator hardware, un RTC, cinci timer-e de 16 biți, și porturi digitale I/O.

Fiecare dispozitiv oferă o structură de date în memorie, care permite o identificare fără echivoc a dispozitivului. Valabilitatea descriptorul dispozitiv poate fi verificată prin cec redundanței ciclice (CRC). Fig 4 arată ordinea logică și structura tabelului descriptor dispozitiv. Complet tabelul descriptor de dispozitiv și de Conținutul poate fi găsit în fișa tehnică-dispozitiv specifice.

Pin-out și descrierea semnalelor de intrare/ieșire

Descrierea de sistem

Microcontroller-ul MSP EXP430FR5739 este un dispozitiv încorporat pe 16 biți, cu periferice standard. Printre acestea se număra unitatea CPU(MSP430) descrisă pe scurt în capitolul 3.2, cu o frecvență de ceas de 24 MHz, memorie nonvolatilă FRAM (Ferroelectric RAM) de 16KB scriere rapidă de 125 ns pe cuvânt(16 KB în 1 ms), unitate de protecție a memoriei (MPU), multipicator Hardware de 32-bit, 3 canale interne de DMA, cinci timere de 16-bit și 3 registre capturare/comparare, 16 canale analogice comparatoare cu tensiune de referință și histerezis programabil, 14 canale de ADC pe 10-bit, 2 comunicații seriale care suportă UART cu detecție de baud-rate automat, IrDA encode și decode, Spi cu viteze până la 10 Mbps, o comunicație seriala ce suportă I2C cu adresare multiplă de slave si SPI cu viteze până la 10Mbps, ceas de sistem flexibil cu 6 frecvențe selectabile si ceas intern cu frecvență joasă și consum de curent mic (VLO).

Mai departe, voi prezenta o diagramă bloc a sistemului:

Scurtă descriere a blocurilor funcționale și modul lor de utilizare

În continuare voi prezenta într-o manieră teoretică și pe scurt fiecare dintre blocurile funcționale ale micrcontrollerului folosit, împreună cu o configurație de stare succintă a fiecărui bloc în parte.

Blocul CPU

Blocul funcțional CPU înglobează pe lângă unitatea centrală de procesare (UCP = CPU) și alte câteva subblocuri sau micro-unitati funcționale care îmbunătățesc performanțele sistemului său, permit configurarea a unei mai bune performanțe.

Setările blocului funcțional sunt:

Configurația de frecvență sistem, întreruperi

Modulul Sistemul de ceas suporta costul sistemului reduse și consum redus de energie. Selectând din semnalele interne ceas, utilizatorul poate selecta cel mai bun echilibru de performanță și consum redus de energie. Modulul de ceas poate funcționa fără componente externe, cu una sau două cristale externe, sau cu rezonatoare, sub control software complet.

Modulul Sistemul de ceas include până la cinci surse de ceas:

• XT1CLK: Low-frecvență sau de înaltă frecvență oscilator care poate fi folosit cu joasă frecvență 32768-Hz ceas cristale, cristale standard, rezonatoare, sau surse de ceas externe în intervalul 4 MHz la 24 MHz. Când opțional XT2 este prezent (vezi mai jos), modul de înaltă frecvență XT1 poate sau nu poate fi disponibile, în funcție de configurația aparatului. Vezi foaia de date dispozitiv specifice pentru funcțiile acceptate.

• VLOCLK: interna foarte low-power oscilator de frecvență joasă cu 10 kHz frecvență tipică

• DCOCLK: Internal oscilator controlat digital (OCD), cu trei frecvențe fixe selectabile

• XT2CLK: Optional oscilator de înaltă frecvență, care poate fi folosit cu cristale standard de, rezonatoare, sau extern.

DCO este un oscilator integrat controlate digital. DCO are trei setări de frecvență determinate de biți DCOFSEL. Fiecare frecvență este bordurata la fabrica.DCO poate fi folosit ca o sursă de ACLK, MCLK, sau SMCLK. Vezi foaia de date dispozitiv specific pentru caracteristicile DCO.

Frecvența DCO poate fi schimbată în orice moment, dar ar trebui să fie luate de îngrijire pentru a se asigura nici un alt sistem constrângerile de frecvență ceas sunt depășite cu noua selecție de frecvență. Orice modificare a DCOFSEL sau biți DCORSEL cauzează DCOCLK va avea loc timp de patru cicluri de ceas înainte de a elibera noua valoare în sistemul. Acest lucru permite să se stabilească în mod corespunzător DCO.

Modulul de ceas de sistem încorporează caracteristică de siguranță pentru oscilator-defect. Această caracteristică detectează o defecțiune a oscilatorului pentru XT1 XT2 așa cum se arată în Fig. 3. Condițiile de eroare sunt disponibile:

• Defect de joasă frecvență a oscilatorului (XT1OFFG) pentru XT1 în modul LF

• Defect de înaltă frecvență a oscilatorului (XT1OFFG) pentru XT1 în modul HF

• Defect de înaltă frecvență a oscilatorului (XT2OFFG) pentru XT2

• Defecte externe la semnalul de ceas pentru toate modurile de by-pass; adică, XT1BYPASS = 1 sau XT2BYPASS = 1

Cele oscilator cristal biți de eroare XT1OFFG și XT2OFFG sunt stabilite în cazul în care oscilatorul de cristal corespunzătoare este pornit și nu funcționează corespunzător. Odată stabilit, biții de eroare rămâne stabilit până resetare software, chiar dacă defecțiune nu mai există. Dacă utilizatorul șterge biții de eroare și starea avarie încă există, vina biți sunt setate automat din nou, altfel rămân șterse.

Porturi I/O

Porturile 1 & 3

Porturile 1, respectiv 3 au fost concepute ca și porturi cu multipe funcționalități, fiindu-le asociate linii de adresă pentru ADC și comparatoare(Fig. 1). Dacă aceste linii nu sunt folosite ca și linii externe de adresă, aceste 2 porturi pot fi folosite ca și porturi de date I/O. Astfel, prin configurarea registrelor aferente de direcție (Intrare/Ieșire), configurarea rezistenței de Pull device (Pull Up, Pull Down).

Porturi pentru comanda Direcție – PWM (Următorul Subcapitol)

Portul 1

Din portul 1 au fost folosiți doar biții 1 și 6 datorită poziției lor pe placa de evaluare , port care este legat la blocul generator de semnal PWM. Acesta este caracterizat de un registru de stare, un registru de direcție, un registru de push-pull resistor registru de date. Biții portului 1 sunt folosiți pentru a seta direcția motoarului componentei în proiect.

Blocul PWM

Blocul PWM (Pulse Width Modulation) permite configurarea și folosirea a 5 canale separate, generatoare de semnal PWM. Blocul PWM are access la 3 contoare dedicate, care pot fi divizate fie hardware, fie software pentru a obține frecvența dorită.

Fiecare bloc captare /comparare conține o unitate de ieșire.Unitatea de ieșire este utilizat pentru a genera semnale de ieșire, precum și semnale PWM. Fiecare unitate de ieșire are opt moduri de operare care generează semnale(Fig. 2).

Canalele ADC

Microcontroller-ul dispune de un bloc ADC (Analog to Digital Converter), dispunând de 14 canale ADC configurabile pentru conversie de date cu o rezoluție pe maxim 10 biți și un timp minim de conversie/canal de peste 200 Ksps (Fig. 1).

Cele 12 extern și 4 semnale analogice interne sunt selectate ca canalul de conversie cu analogul multiplexor de intrare. Multiplexorul de intrare este un tip break-înainte de make-pentru a reduce zgomotul de injectare input-to-input care rezultă din schimbarea canalului (Fig. 2). Multiplexor de intrare este, de asemenea, un T-comutator pentru a minimiza cuplare între canale. Canalele care nu sunt selectate sunt izolate din A / D și intermediarul nod este conectat la sol analogic (AVSS), astfel încât capacitatea rătăcit este împământat pentru a elimina crosstalk.

Motor Driver L298n

Descriere genrală

L298 este un circuit monolitic integrat cu 15 pachete de direcție Multiwatt și owerSO20. Este driver dual full-bridge de înaltă tensiune și de curent mare proiectat să accepte un nivel standard de logica TTL și unitate sarcini inductive, cum ar fi relee, solenoizi, DC și Motoare pas cu pas. Două intrări de permitere sunt furnizate pentr a activa sau dezactiva dispozitivul independent de intrare Semnalele. Emițătorii tranzistorilor mici de pe fiecare punte sunt conectate împreună și terminalele externe corespunzătoare pot fi folosite pentru conectarea unui rezistor extern de detectare. O intrarea suplimentară de alimentare este prevăzută astfel încât logica funcționează la o tensiune mai mică.

Pin-out și descrierea semnalelor

Motor DC Maxon 2332.968-56.236-200

Descriere generală

Motoarele Maxon DC sunt motoare de înaltă calitate, dotate cu magneți permanenți puternici."Inima" motorului este rotorul nivel mondial ironless patentat. Pentru utilizator, acest lucru înseamnă tehnologie de vârf în unități compacte, puternice si inerții mici.

Planetarele gearheads adaptate la motoarele MAXON. Roțile dințate sunt avantajos adaptate direct la motoarele dorite în uzina de livrare. Pinionul motorului este o roată dințată de intrare pentru prima etapă și este rigid fixată pe arborele motorului.

Caracteristicile motorului

Motorul are o rezistență terminală de 7,94 Ω, o rezistență inductanță de 1,54 mH, cuplu constant de 39,3 mNm/A, viteză constant de 243 rpm/V, raport viteză/ cuple gradient de 49 rpm/mNm și inerție rotorul de 27,8 .

Gear Hub SRAM P5

Descriere generală

Fiabilitate dovedită. Extra confort. Fără precedent o performanță cu 5 trepte, cu un interval de angrenaj extins de 251%(Fig .1). Și un mini ClickBox(Fig. 2) cu trepte de viteză prestabilite asigurând o schimbarr rapidă a raportului de putere transmis la roată. Aceasta este un sistem complex pentru a ușura călătoriile pentru fiecare zi cicliștilor de oraș.

Date tehnice

Raport trepte viteză

Vedere explodată

Structura proiectului (Cum face?)

Rezumat

Partea Mecanică

Suport Gear Hub

Sistem acționare Gear Hub

Sistem angrenare Gear Hub

Ansamblu mecanic stand

Partea Electronica

Punte H (H-Bridge)

Senzori HALL

Accelerometrul

Partea Software

Architecture

Module implementate

-MCU, ADC, Timer(PWM), interrupt routines

Runtime Functions

Operating System

Tasks + flow diagrams

Rezultate obtinute

Concluzii și intenții (de dezvoltare)

Anexa 1. Schema electronica

Anexa 2. Cod sursa program microcontroller