Controlul Unui Motor Dc cu Ajutorul Unui Microcontroller Si a Unei Punti H

Controlul unui motor DC cu ajutorul unui microcontroller si a unei punti H

Tema propusa se refera la controlarea unui motor de curent continuu cu ajutorul unui microcontroller si a unei punti H. Prin controlul unui motor DC se intelege atat reglajul turatiei cat si sensului de rotatie. Gradul de dificultate al proiectului este scazut.

Scopul acestei teme este:

Initierea studentilor in sisteme electronice de tip embedded, precum si analiza unor factori ce tin de semnale.

Generarea software a semnalelor PWM de diverse frecvente si cu factor de umplere diferit pentru realizarea controlului turatiei

Intelegerea functionarii unei punti H.

Analizarea cerintelor de proiectare a unui sistem sau subsistem electronic ( impartirea acestuia in blocuri functionare si analiza acestora, in scopul de a ajunge la o schema optimizata ).

Pe parcursul proiectului, studentii participanti vor fi ghidati catre initierea in proiectarea unui sistem cu microcontroller, initiere in tehnici CAD si in programarea microcontollerelor. Se vor utiliza familiile de microcontrollere de la Microchip ( PIC18F45K20 ), si vor fi puse la dispozitie materiale si placi de devoltare pentru acestea. Controlul turatiei motorului va fi realizat in tehnica PWM. Motorul va fi un motor DC de mica putere cu o tensiune nominala de 9 V.

Ce cunostiinte sunt necesare ?

Cunostiinte elementare de electronica ( semnale simple, frecventa, masura cu osciloscopul )

Cunostiinte de ANSI C

Ce cunostiinte se vor dobandi ?

Initiere in proiectarea cu microcontollere ( proiectarea alimentarii, setarea pinilor – intrari/iesiri – pull-up/pull-down ).

Initiere in programarea microcontrollerelor folosind ANSI C.

Utilizarea tehnicii de calcul in proiectare ( OrCAD ).

Generarea de semnal dreptunghiular PWM.

Masurarea semnalelor cu ajutorul aparaturii de laborator ( osciloscop, multimetru )

Masurarea tensiunilor cu ajutorul convertorului analog-digital incorporat in microcontroller.

Intocmirea documentatiei tehnice.

Ce materiale se vor pune la dispozitie ?

Mediul de programare MPLAB ( site Microchip )

Versiune academica a compilatorului de C pentru microcontrollerul PIC

Module si placi de dezvoltare

Aparatura de masura pentru calibrarea freventelor aferente notelor muzicale

Componente necesare pentru realizarea circuitului ( placuta separata cu 8 butoane )

Tutoriale OrCAD, precum si varianta academica a OrCAD 9.2

Bibliografie ( site CETTI, biblioteca virtuala CETTI )

Figura 1 – Schema electrica proiectului

Circuitul va fi realizat tinand seama de urmatoarele restrictii in alegerea componentelor:

Sa se identifice rezistoarele R1 si R4 intr-un catalog al unui producator de rezistente. Acestea trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

RN ( rezistenta nominala ) R1 = 680 Ω, R2 = 10 KΩ

Tolerana maxima admisa este de 10%.

UN ( tensiunea nominala minima admisa ) este de 10 V.

PN ( puterea nominala ) de cel putin 0.1 W.

Intervalul temperaturilor de utilizare [-40, +85] oC

Sa se identifice cristalul de quartz Y1 intr-un catalog al unui producator de cristale. Acesta trebuie sa aiba frecventa de oscilatie f = 20,000 MHz, si sa functioneze fara abateri in intervalul de temperatura [-40,+85] oC

Sa se identfice condensatoarele electrolitice C5 si C6 intr-un catalog al unui producator de condensatoare. Aceste condensatoare au rol de filtraj pentru tensiunea de intrare ( 9V ), trecuta prin stabilizatorul de 5V. Parametri acestor condensatoare sunt:

CN ( capacitatea nominala ) de 10 µF

Toleranta maxima admisa de 10%

UN ( tensiunea nominala maxima de functionare ) de 16 V

RIZ ( rezistenta de izolatie ) de 10 GΩ

Sa se identfice condensatoarele ceramice C1 si C2 intr-un catalog al unui producator de condensatoare. Aceste condensatoare au rol de filtru pentru circuitul de filtrare aferent oscilatorului cu cuart. Parametri acestor condensatoare sunt:

CN ( capacitatea nominala ) de 22 pF

Toleranta maxima admisa de 5%

UN ( tensiunea nominala maxima de functionare ) de 16 V

RIZ ( rezistenta de izolatie ) de 10 GΩ

Sa se identfice condensatoarele ceramice C3 si C4 intr-un catalog al unui producator de condensatoare. Aceste condensatoare au rol de filtraj pentru tensiunea de 5V de la intrarea in microcontroller. In proiectarea PCB aceste condensatoare trebuiesc plasate cat mai aproape de pinii microcontrollerului. Parametri acestor condensatoare sunt:

CN ( capacitatea nominala ) de 100 nF

Toleranta maxima admisa de 10%

UN ( tensiunea nominala maxima de functionare ) de 16 V

RIZ ( rezistenta de izolatie ) de 10 GΩ

Sa se identfice condensatoarele didoda electroluminiscenta ( LED ) D1 intr-un catalog al unui producator de LED-uri. Acest LED are rol de martor pentru tensiunea de iesire. Parametri acestor condensatoare sunt:

UN ( tensiunea nominala maxima de functionare ) de 1.8 V

IN ( curentul nominal maxim acceptat de LED ) de 25 mA

Sa se proiecteze montajul din Figura 1 astfel incat:

Condensatoarele C3 si C4 sa fie cat mai aproape de terminalele VSS si VDD ale microcontrollerului.

Cristalul de cuart sa fie cat mai aproape de terminalele OSC1 si OSC2 ale microcontrollerului, iar condensatoarele C1 si C2, cat mai aproape de pinii cristalului, iar in jurul acestora sa se realizeze o zona „Copper Pour Area” legata la masa ( GND ), pentru a izola oscilatorul de zgomotul radio exterior.

In Figura 1 nu este proiectat un buton de RESET pentru microcontroller. Se cere sa se proiecteze acest buton, astfel: cand valoarea logica a pinului 1 al microcontrollerului ( bitul Non Memory Clear – MCLR negat ) este 1, microcontrollerul ruleaza in regim normal, iar cand valoarea logica este 0, microcontrollerul este in starea de reset. NOTA: in Figura 1, microcontrollerul este proiectat sa ruleze in regim normal tot timpul.

In Figura 1 avem proiectate toate elementele montajului ( alimentare, controller, punte H, motor ), dar pe StarterKit-ul primit de la Microchip, nu avem montata/prevazuta puntea H si diodele aferente acesteia. In figura 2 avem aceasta schema, care trebuie realizata separat, pentru a putea fi apoi conectata la placa de dezvoltare.

Figura 2 – Schema electrica de conectare a motorului

Deoarece puntea H folosita ( L298 ) reprezinta de fapt doua punti H in aceeasi capsula, vi se cere sa proiectati conectarea unui al doilea motor la aceasta punte, si de asemenea, conectarea partii aferente celui de-al doilea motor catre microcontroller. In acest fel vor putea fi controlate doua motoare independent unul de celalalt.