Îndrumător proiect/Coordonator științific, Titlul academic Prenume NUME Absolvent, Prenume NUME Galați 2017 SPECIALIZAREA: TITLUL… [310061]

PROIECT DE DIPLOMĂ

Îndrumător proiect/[anonimizat]: [anonimizat]

2017

SPECIALIZAREA:

TITLUL PROIECTULUI/[anonimizat]: [anonimizat] 1

Nr. _____/__________________

Aprobat,

Decan

DOMNULE DECAN

Subsemnata/Subsemnatul, _______________________________________________________________________, absolventă/absolvent a/[anonimizat], [anonimizat], domeniul __________________________________, specializarea (licență/master) ______________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________, promoția ______________, [anonimizat]/disertație sesiunea _________________________________________________.

Am ales proiectul de diplomă/lucrarea de disertație cu titlul _________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________sub îndrumarea ___________________________________________________________________________.

Am citit cu atenție REGULAMENTUL DE ÎNTOCMIRE A PROIECTELOR DE DIPLOMĂ ȘI LUCRĂRILOR DE DISERTAȚIE și l-am respectat integral.

Data: __________________________ Semnătura ____________________________

Viza îndrumătorului proiectului/coordonatorului lucrării__________________________

Viza Directorului de departament ce coordonează programul __________________

Anexa 2

DECLARAȚIE

Subsemnata (ul), _________________________________________________________ absolventă/absolvent a/[anonimizat], [anonimizat] “Dunărea de Jos” [anonimizat] ____________________, specializare _____________________________________________________________________________________________________________, declar pe proprie răspundere că proiectul de diplomă/lucrarea de disertație cu titlul „________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________”este elaborat/elaborată de mine și nu a mai fost prezentat/prezentată niciodată la o altă facultate sau instituție de învățământ superior din țară sau străinătate. [anonimizat], [anonimizat]/lucrare, cu respectarea regulilor de evitare a plagiatului.

“Plagiatul: [anonimizat], procedurilor, tehnologiilor, [anonimizat], prezentându-le drept creație proprie.”

Am luat la cunoștință că prezentarea unui/unei proiect/lucrări plagiate va conduce la anularea diplomei de licență/master.

Data: ________________ Semnătura ____________________________

Anexa 3

ACORD PRIVIND TRANSFERUL REZULTATELOR PROIECTULUI DE DIPLOMĂ/LUCRĂRII DE DISERTAȚIE

Subsemnata (ul), _________________________________________________________, absolventă/absolvent a/[anonimizat], [anonimizat] “Dunărea de Jos” [anonimizat] _______________________, specializare _____________________________________________________________________________________________________________,

(NU) SUNT DE ACORD * să cedez rezultatele software și hardware – aferente proiectului de diplomă/lucrării de disertație – în favoarea Facultății de Automatică, Calculatoare, Inginerie Electrică și Electronică, din cadrul Universității “Dunărea de Jos” din Galați, pentru creșterea dotării materiale a facultății și în folosul exclusiv al studenților.

Proiectul/lucrarea conține următoarele:

Partea hardware compusă din:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Partea software compusă din:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Data: ________________ Semnătura ____________________________

Notă:

* Se taie (bifează), după caz

Rezumat

Rezumatul, de maxim o pagină, reprezintă o redactare concisă și precisă a conținutului proiectului/lucrării, a ideilor esențiale, urmată de o scurtă sinteză a rezultatelor, a concluziilor și a recomandărilor. Va cuprinde scopul temei, soluțiile personale, principalele metode adoptate pentru finalizarea acestora, concluziile la care s-a ajuns în urma studiului precum și propunerile făcute.

CUPRINS

Introducere 1

Capitolul 1. Date de proiectare, analiza soluțiilor posibile, alegerea soluției 2

1.1. Instrucțiuni de redactare (Heading 2 style) Error! Bookmark not defined.

1.1.1. Contextul proiectului (Heading 3 style) Error! Bookmark not defined.

Capitolul 2. Proiectare hardware 7

2.1

Capitolul 3. Denumirea capitolului 19

Capitolul 4. Denumirea capitolului 22

Concluzii 23

Bibliografie 24

Anexa 1 25

LISTA FIGURILOR

Fig. 1 Schema echivalentă a mașinii asincrone în regim staționar Error! Bookmark not defined.

LISTA TABELELOR

Tabelul 1 Titlul tabelului Error! Bookmark not defined.

Introducere

Introducerea va fi limitată la maximum 2 pagini.

Se vor arăta clar și concis obiectivele și scopul proiectului/lucrării, problemele care au trebuit să fie analizate și rezolvate în proiect/lucrare și modul general de soluționare a acestora.

Se vor face scurte referiri la măsura în care proiectul/lucrarea contribuie la rezolvarea sau îmbunătățirea problemelor, respectiv soluțiilor studiate.

CApitolul 1. DAtE DE PROIECTARE, ANALIZA SOLUȚIILOR POSIBILE, ALEGEREA SOLUȚIEI

Scopul acestei lucrări este de a proiecta un consumator programabil, în impulsuri, pentru testarea surselor de alimentare.

Datele de proiectare sunt următoarele:

tensiune sursa testată: 3 V-30 V

curent absorbit de la sursa testată: 0.2 A-2 A

perioada de repetiție a impulsurilor: 10 ms-100 ms

Pentru acest tip de lucrare sunt necesare următoarele cunoștințe:

de electronică de putere, pentru a proiecta un convertor de putere mică

de microcontrolere și programare, pentru a proiecta un sistem de comandă pentru partea de convertor de putere mică

Această lucrare va avea două părți specifice:

partea de putere

partea de comandă

Pentru partea de putere trebuie proiectat un convertor de putere mică. Aceste convertoare au la bază dispozitive semiconductoare, având comportare asemănătoare unui întrerupător sau comutator electronic. Aceste elemente de comutație nu lucrează niciodată în zona lor liniară în regim stabilizat, comportându-se ca o rezistență variabilă. Aceste dispozitive semiconductoare de putere din structura convertorelor vor lucra în comutație, având doar două stări: starea de conducție sau ON, atunci când este permisă circulația curentului electric și starea de blocare sau OFF, atunci când circulația curentului nu este permisă sau este întreruptă.

Există mai multe criterii de clasificare a dispozitivelor semiconductoare de putere în funcție de modul în care pot fi controlate:

dispozitive necontrolabile: din această categorie fac parte diodele de putere. Aceste dispozitive sunt alcatuite din doar două terminale de forță (anod și catod), neavând terminal de comandă. Stările de conducție, respectiv blocare sunt date de modul în care aceste dispozitive sunt polarizate în circuit.

dispozitive cu amorsare controlată: acestă categorie este alcatuită din tiristoare și triace. Tiristorul este alcătuit din trei terminale, două de forță (anod și catod) și un terminal de comandă care se mai numește grilă sau poartă. Tiristorul intră în conducție in momentul în care este polarizat direct și se aplică între grilă și catod un impuls de curent. “Odată amorsată conducția, curentul de grilă poate să dispară deoarece dispozitivul rămâne “agățat” în această stare până cănd sunt întrunite condițiile de blocare, respective o polarizare inversă și o anulare a curentului prin acesta. Nu poate fi indusă starea de blocare prin comandă și din acest motiv se poate afirma că tiristorul este un dispozitiv semiconductor de putere pe jumătate controlat. “ Există și dispozitive semiconductoare de putere asemănătoare cu tiristorul care pot fi blocate prin comandă, numite tiristoare cu blocare pe poartă de tip GTO (Gate Turn-Off Thyristor). Triacul este structura echivalentă a două tiristoare conectate antiparalel.

dispozitive controlabile: aceste dispozitive pot comuta de la starea de conducție la starea de blocare prin aplicarea unei comenzi. Semnalul de comandă trebuie aplicat continuu pentru ca starea de conducție să se mențină, iar blocarea survine atunci când semnalul de comandă este îndepărtat sau când acest semnal scade sub o anumită valoare stabilită. Dispozitivele semiconductoare de putere controlabile pot fi separate în două grupuri în funcție de tipul semnalului de comandă:

dispozitive comandate în curent: din aceasta categorie fac parte:

tranzistoarele bipolare de putere sau BJT (Bipolar Junction Transistor). Au avantajul unor pierderi mici în conducție și dezavantajul unor pierderi mari în comutație.

tiristoarele cu blocare pe poartă sau GTO (Gate Turn-Off Thyristor) se folosesc în circuite de mare putere. Comanda acestor dispozitive se face prin aplicarea unor impulsuri de curent, pentru deschidere aplicandu-se un impuls pozitiv de amplitudine mică, iar pentru blocare un impuls de amplitudine mare.

dispozitive comandate în tensiune: mai poartă și denumirea de dispozitive semiconductoare de putere cu grilă MOS (Metal-Oxide-Semiconductor). Cele mai importante dispozitive semiconductoare de putere din această categorie sunt următoarele:

tranzistoarele MOSFET de putere (MOS Field Effect Transistor). Aceste dispozitive au ca avantaj pierderile mici în comutație, iar ca dezavantaj, creșterea rapidă a valorii rezistenței de conducție rDS(on), ceea ce conduce la pierderi importante pe durata conducției.

tranzistoarele bipolare cu grilă izolată sau IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Aceste tranzistoare sunt o combinație între BJT și MOSFET. Acest tranzistor a preluat calitatea conducției unor curenți mari fără pierderi de la IGBT, iar de la MOSFET a preluat viteza mare de comutație.

Partea de putere trebuie să conțină un sistem de comandă pentru dispozitivele semiconductoare de putere. Cea mai bună variantă ar fi ca sistemul de comandă sa fie proiectat cu un microcontroler.

“Un microcontroler este un microcircuit care încorporează o unitate centrală (CPU) și o memorie împreună cu resurse care-i permit interacțiunea cu mediul exterior.” Deosebirea dintre un microcontroler și un microprocesor este că microcontrolerul, față de microprocesor are integrată memoria de program, memoria de date sau alte interfețe de intrare-ieșire.

Strucura internă a unui microcontroler este alcătuita din următoarele:

unitate centrală de procesare sau procesor, care poate avea o arhitectură pe 8, 16, 32 sau 64 de biți;

memorie de date RAM (Random Acces Memory), care este o memorie volatilă, neavând de regulă o capacitate mai mare de câțiva zeci de Kb;

memorie de program Flash, fiind o memorie nevolatilă și suportă un număr maxim de 10 000 de scrieri;

memorie salvare date EEPROM (Electrically Erasable Programable Read-Only Memory), această memorie suportând un număr maxim de 100 000 de scrieri și având o capacitate nu mai mare de 500-1 000 Kb;

porturi de intrare-ieșire digitale;

porturi de intrare analogice;

convertoare analogic-digitale;

timere;

generatoare PWM (Pulse Width Modulation);

interfețe seriale seriale RS232, I2C, SPI, CAN, RS485.

Un microcontroler poate realiza în pricipal următoarele funcții:

poate face prelucrări de la orice tip de senzor;

afișează date pe display-uri;

introducerea de comenzi cu ajutorul butoanelor, tastelor și encoderelor;

prelucrează rapid și facil datele de intrare;

memorează date;

poate crea semnale de ieșire PWM sau On/Off.

Pentru alegerea celei mai bune soluții am luat in calcul mai multe modele de la diferiți producători de microcontrolere. În continuare vor fi prezentați cei mai cunoscuți producători de microcontrolere.

Analog Devices-microcontrolerele de la Analog Devices pot fi folosite la o multitudine de aplicații, cum ar fi: industrie, industria auto, aplicații de instrumentație.

Cele mai cunoscute microcontrolere de la acest producator sunt:

ADU8XX- sunt microcontrolere pe 12, 16 sau 24 de biți;

ADUC7XXX- sunt microcontrolere pe 12, 16 sau 24 de biți;

ADSP-CM4XX- sunt microcontrolere pe 12 sau 14 biți;

ADUCM3XX sunt microcontrolere pe 12, 14, 16, 20 sau 24 de biți.

Texas Instruments-aceste microcontrolere se folosesc în industria auto și transporturi, în medicină, electronice portabile și de consum. Cele mai cunoscute familii de microcontrolere de la Texas Instruments sunt:

MSP430XX;

MSP432;

CC131X;

CC264X BLE;

CC32XX Wi-Fi;

Piccolo F2802x/3x/5x/6x/7x;

Delfino F2833X/F2837X;

F28M3X;

TM4C12X;

Hercules RM;

Hercules TMS570;

CC430.

Infineon- produce microcontrolere pentru industria auto si pentru aplicatii industrial. Cele mai populare modele de la acest producător sunt:

microcontrolerele pe 8 biți: XC800 I, folosit în aplicațiile industriale; XC800 A, pentru industria auto;

microcontrolere pe 16 biți: XE166, XC2700, XC2300, XC220;

microcontrolere pe 32 de biți: XMC1000, XMC400.

Intel – microcontrolere de la acest producator se gasesc sub denumirea de Intel Quark și sunt microcontrolere pe 32 de biți și frecvență intrena de lucru de 32 Mhz. Exista 3 modele de microcontrolere Intel Quark:

Intel Quark C1000;

Intel Quark D1000;

Intel Quark D2000;

Atmel – acest producator produce microcontrolere pentru industria auto, automatizări industriale, iluminare, telefoane mobile, periferice pentru PC.

Microchip – este un producător de microcontrolere care are în componență urmaătoarele familii

microcontrolere pe 8 biți PIC10, PIC12, PIC16, PIC18;

microcontrolere pe 16 biți PIC12F, PIC24H, PIC24E, dsPIC30, dsPIC33F, dsPIC33E;

microcontrolere pe32 de biți PIC32MK, PIC32MZ, PIC32MM, PIC32MX;

Capitolul 2. Proiectare hardware

2.1. Partea de comanda

A fost ales microcontrolerul PIC16F887 pentru a fi implementată această parte. PIC16F887 este un microcontroler care este alcătuit din 40 de pini, figurați în figura de mai jos.

Figura 1.1.1 Structura la nivel de pini microcontroler PIC16F887

Acești pini pot indeplini urmatoarele funcții:

pini alimentare: VDD și VSS

pini de intrare-ieșire: toți pinii de pe porturile RA, RB, RC, RD și RE

pini intrare în convertoare analog-numerice: pinii AN0, AN1, AN2, AN3, AN5, AN10, AN12,AN8, AN9,AN11, AN13,AN5, AN6, AN7

pini intrare în comparatoare: C12IN0-, C12IN1-, C2IN+, C1IN+

pini ieșire comparatoare: C1OUT, C2OUT

pini intrare oscilator extern: OSC1 și OSC2

pini ieșiri PWM : CCP1 și CCP 2

pini comunicație seriala RS232: TX și RX

pini interfață serială SPI: SCK, SDI și SDO

pini comunicație I2C: SCL și SDA

pini ICSP: MCLR, VDD, VSS, ICSPDAT și ICSPCLK

Acest microcontroler are următoarele caracteristici, extrase din foaia de catalog:

este un microcontroler care lucrează pe 8 biți

poate memora maxim 35 de instrucțiuni

tensiune de alimentare 2…5.5 V

oscilator intern de la 8 MHz la 32 KHz

consum: 220 μ A (2.0 V, 4MHz), 11 μ A (2.0 V, 32 KHz), 50 nA (2.0 V, stand by mode)

capacitate memorie EEPROM: 256B

capacitate memorie Flash: 8 KB

capacitate memorie SRAM: 368 B

Schema electrica completă a modulului de comandă se gasește în anexa 1.

Părțile componete ale modulului care interacționează cu microcontrolerul sunt:

stabilizator de tensiune;

conector ICSP;

afișor;

LED-uri;

butoane;

interfață comunicația serială RS 232.

2.1.1. Stabilizator de tensiune

Figura 2.1.1.1 Schema electrică stabilizator de tensiune

În aceasta figură este reprezentat stabilizatorul de tensiune care va alimenta microcontrolerul. A fost ales circuitul LM7805. LM7805 este un stabilizator de tensiune liniar integrat, care furnizeaza la iesire o tensiune stabilizată de 5 V și necesită la intrare o tensiune de cel puțin 7 V. Tensiunea de intrare a stabilizatorului va fi furnizată de o sursă de tensiune externă sau de la sursa care se dorește a fi testată, selecția facându-se printr-un jumper. Acest stabilizator poate furniza un curent maxim de ieșire de 1.5 A. Rolul condensatoarelor de pe intrare și ieșire este de a da stabilitate circuitului și de a reduce riplul de tensiune de la ieșire. Au fost alese câte doua perechi de condensatoare. A fost aleasă o pereche de condensatoare electrolitice de 100 μF, unul pentru intare și unul pentru ieșire. Pentru cealaltă pereche au fost alese condensatoare nepolarizate de 0.1 μF, unul pentru intrare și unul pentru ieșire. Rolul diodelelor D1 și D2 de la intrare este acela de a proteja circuitul în momentul în care circuitul se alimentează cu tensiuni inverse.

1.1.2. Afișor

Pentru acest proiect am ales afișorul LCD Hitachi HD44780. Este un afișor LCD alfanumeric, 2×16 caractere, asta însemnând că poate afișa pe 2 rânduri caractere, fiecare rând putând afișa maxim 16 caractere. Acest afișor se folosește în general pentru afișarea unor infomații primite de la microcontrolere, cum ar fi: tensiune, curent, frecvență. Mai poate afișa și diferite mesaje, mesaje scrise în memoria microcontrolerului la programare, apoi transmise către afișorul LCD pentru a fi afișate.

Acest afișor are 8 pini de date , astfel existând două posibilități de conectare a acestuia la microcontroler:

modul de conectare atunci când se folosesc doar 4 pini de date: se folosește de obicei pentru a nu face risipă de pini, astfel ramând mai mulți pini liberi

modul de conectare atunci când se folosesc toți cei 8 pini de date: avantajul acestui mod de conectare este că viteza de transfer a datelor este mai mare față de modul de conectare pe 4 pini de date.

Unele afișoare LCD au iluminare din spate sau backlight, iar restul sunt fara iluminare din spate. Diferența dintre cele două afișoare este că cele cu backlight folosesc un număr total de 16 pini, iar cele fara iluminare din spate folosec un număr total de 14 pini.

Acest afișor are în total 16 pini, cu următoarele funcții:

VSS – este pinul de GND

VDD – este pinul care alimentează afișorul la tensiunea de +5 V

VO – pinul de contrast

RS – Register Select pin

R/W – Read/Write pin

E – Enable pin

DB0…DB7 sunt pini de date

A și K reprezintă pinii de alimentare a LED-ului pentru backlight, A reprezentând anodul (+) și K reprezentând catodul (-).

Figura 2.1.2.1 Conectare afisor

Dupa cum se poate vedea în imagine am ales modul de conectare la microcontroler a afișorului pe 8 pini de date, DB0…DB7. Am ales acest mod de conectare deoarece transmisia datelor se face mai rapid și mi-am “permis” să folosesc întreg portul RB în acest sens.

Pinul de contrast VO este legat la pinul din mijloc al unui rezistor semireglabil de 10 kΩ, celălalte două capete ale rezisorului semireglabil legându-se la VDD și VSS. Astfel, putem regla contrastul dorit, prin modificarea rezistenței rezistorului semireglabil.

Pinul R/W sau pinul de citire/scriere funcționează in felul următor: atunci cănd vrem sa citim date acest pin trebuie legat la tensiunea de +5 V, iar atunci când vrem să scriem date acest pin se leagă la tensiunea de 0 V. În cele mai multe cazuri acest pin se leagă la O V, deoarece în general se scriu date de către microcontroler în afișor, pentru a putea fi afișate. Cazurile în care acest pin se leagă la +5 V sunt atunci cand microcontrolerul are nevoie sa citească date de la afișor, cazuri mai rar întâlnite. Deci, după cum se poate vedea în imagine am legat acest pin la tensiunea de 0 V, deoarece în acest proiect este nevoie de afișare unor date trimise de microcontroler.

Pinul RS funcționează astfel: atunci când acesta este legat la 0 V, datele primite de afișor vor fi interpretate ca și instrucțiuni, iar atunci când este legat la +5 V, datele primite de afișor vor fi interpretate ca și caractere. Eu am ales ca acest pin să îl leg la pinul de ieșire din microcontroler RD6, deoarece în momentul inițializării afișorului pot set acest pin la tensiunea de 0 V sau +5 V.

Pinul E are rolul de a permite transferul datelor de la microcontroler la afișor. În momentul în care acest pin este pe 0 logic (0 V), afișorul nu vede ce se întâmplă cu ceilălalți pini, astfel nu poate primi date. În momentul în care acest pin este pe 1 logic (+5 V), afișorul poate vedea datele care sosec de la microcontroler pentru a le afișa. În acest sens acest pin a fost legat la pinul de ieșire al microcontrolerului RD7, acest pin putând transmite către afișor semnale de 0 logic sau 1 logic.

Modul de funcționare al afișorului este următorul: se pun datele pe cei 8 biți de date, apoi se setează RS=1, pentru a transmite caractere, iar la urmă se transmite un impuls pinului E pentru a permite transferul datelor de la microcontroler către afișor.

2.1.3. Conectorul ICSP

Conectorul ICSP (In-Circuit Serial Programming) este conectorul care face legătura fizică dintre microcontroler si programator. Acest conector este alcatuit din 5 pini cu urmatoarele semnificații:

Pinul notat cu MCLR, care se leaga la pinul MCLR al microcontrolerului si la butonul de RESET, care mai are rezistența de pull-up și condensatorul

Pinul notat cu +V este legat la tensiunea Vdd de 5 Va microcontrolerului

Pinul notat cu GND este legat la tensiunea Vss de 0 V a microcontrolerului

Pinul notat cu DATA este legat la pinul PGD al microcontrolerului

Pinul notat cu CLOCK este legat la pinul PGC al microcontrolerului

Figura 2.1.3.1 Scheama electrică conector ICSP

2.1.4. LED-uri

Figura 1.1.4.1. Schema electrica conectare LED-uri

Au fost alese două LED-uri, LED1 și LED2. LED-urile sunt conectate fiecare la câte un pin de intrare/ieșire. Pentru configurația din schemă, pentru o funcționare corectă, pinii trebuie configurați ca pini de ieșire. Aceste LED-uri au culoarea roșie si au dimensiunea de 5mm. Au o tensiune de deschidere de 2 V și un curent maxim de 20 mA. Rezistoarele R1 și R2 au rol de a limita curentul care trece prin LED-uri. Deoarece aceste LED-uri au rol de semnalizare, nu e nevoie de o luminozitate așa de mare, astfel încat am ales ca rezistoarele sa aibă fiecare valoare de 1kΩ. Curentul care va trece prin rezistoare va fi calculat cu ajutorul teoremei II Kirchhoff :

= + (1)

de unde = 5 V, = 2 V. Atunci putem afla tensiunea .

= –

deci,= 5 V – 2 V= 3 V.

Știind tensiunea , putem afla curentul cu ajutor legii lui Ohm pe o porțiune de circuit:

=

deci = = 3 mA. Dat fiind faptul că LED-ul si rezistorul alcatuiesc un circuit serie, atunci prin circuit va circula un singur curent, deci curentul care va circula prin rezistor va fi egal cu curentul care va circula prin LED.

În acest fel = . Un curent = 3 mA este îndeajuns pentru a aprinde LED-urile.

2.1.5. Butoane

Figura 2.1.5.1. Schema electrică conectare butoane

Pentru acest proiect au fost alese trei butoane S1, S2 si S3. Fiecare buton este conectat la câte un pin de intrare/ieșire a microcontrolerului. Pinii la care sunt conectate butoanele trebuie configurați ca pini de intrare pentru ca ele să poată funcționa corect. Rezistoarele R5, R6 și R7 se mai numesc rezistoare de pull up. Modul de funcționare ale acestor butoane este următorul:

atunci când butonul nu este apăsat (contact deschis), la intrarea microcontrolerului se va vedea tensiunea de 5 V și va fi interpretată ca 1 logic;

atunci când butonul este apăsat (contact închis), curentul începe să circule prin rezistorul de pull up către VSS și pinul de intrare al microcontrolerului este „tras” la 0 V, astfel această valoare va fi citită ca 0 logic de către microcontroler.

Dacă nu ar exista rezistoarele R5, R6 și R7, atunci intrarea ar sta în „aer” și ar fi foarte instabilă la zgomot, astfel ar putea apărea citiri false ale microcontrolerului.

Cele trei rezistoare au valoarea de 10 KΩ. Curentul care va trece prin rezistor va fi:

=

Deci, = = = 0,5 mA. Puterea consumată se poate afla cu formula:

P = VDD *

P = 5 V * 0,5 mA = 0,0025 W sau 2,5 mW. În concluzie folosirea unui rezistor de pull up cu rezistența mai mare va scădea consumul de energie. Dar, folosirea unui rezistor de pull up cu rezistența prea mare ar putea face circuitul mai sensibil la zgomot, astfel un curent mic de zgomot poate genera o tensiune destul de mare, astfel încât la intrarea microcontrolerului să apară citiri eronate. Această valoare de 10 KΩ aleasă, este un compromis bun între puterea mică consumată și imunitatea la zgomot.

În momentul în care butoane sunt apăsate, din cauza componentelor mecanice, ele nu comută instant de la o stare la alta, astfel apar oscilații, care ar putea fi interpretate ca semnale de intrare de către microcontroler. Din această cauză, pentru a reduce oscilațiile au fost alese condensatoarle nepolarizate C3, C4 și C5, fiecare cu o valoare a capacității de 10 nF.

Interfață comunicație serială RS232

Figura 2.1.6.1 Schema electrică comunicație serială RS232

Această interfață este destinată comunicației dintre microcontroler și un computer. Datele vor fi transmise prin intermediul pinului TX, iar pentru recepționarea datelor se va folosi pinul RX. Circuitul integrat MAX232 este un convertor cu capacități comutate, care are rol în convertirea nivelurilor TTL în niveluri RS232, și viceversa.

2.2. Partea de putere

Pentru implementarea părții de putere au fost alese tranzistoare MOSFET de putere.

Aceste tranzistoare MOSFET de putere sunt comandate în tensiune și au pierderi mici în comutație. Au o viteză de comutație mare și un randament bun la tensiuni mici. Uneori pot controla tensiuni mai mici decât tensiunea de comandă. Aceste dispozitive se folosesc îndeosebi la construcția surselor de alimentare, convertoarelor curent continuu-curent continuu și în controlul motoarelor de putere mică.

Figura 2.2.1 Simbol tranzistor MOSFET de putere cu canal n

G, D și S reprezintă terminalele tranzistorului, având următoarele semnificații:

G – grilă, terminalul pe unde se aplică semnalul de comandă

D – drenă, numit terminal de forță, este terminalul pe unde se aplică tensiunea pozitivă de la sursa de alimentare

S – sursă, numit terminal de forță, este terminalul pe unde se aplică tensiunea negativă de la sursa de alimentare

Tensiunea se numeste tensiune de comandă, care trebuie aplicată între grilă și sursă. Pentru a intra în conducție, tranzistorul are nevoie ca această tensiune să fie pozitivă. Datorită acestei tensiuni, se poate controla curentul prin tranzistor, numit și curent de drenă . Pentru ca tranzistorul să funcționeze corect, terminalele de forță drenă și sursă, trebuie să fie polarizate exact ca în figură, pentru a putea apărea o tensiune .

Figura 2.2.2 Schema electrică conectare tranzistoare în circuit

Tranzistoarele Q1, Q2, Q3 și Q4 sunt tranzistoare IRF630. Datele extrase din foaia de catalog pentru aceste tranzistoare sunt:

tensiune maximă = 200 V

curent maxim = 9 A, pentru = 10 V

rezistența internă = 0.4 Ω , pentru = 10 V

putere maximă disipată = 74 W

Fiecare tranzistor primește un semnal de comandă de 5 V în grilă, de la partea de comandă.

Rezistoarele R1, R2, R3, R4, R5 și R6 din drenele tranzistoarelor au rolul de a limita curentul care trece prin tranzistor. Au fost alese valori diferete ale rezistoarelor pentru a obține cât mai multe valori ale curentului consumat. Astfel au fost alese urmatoarele valori:

R1 || R2 = 10 Ω, s-a ales să se puna două rezistențe în paralel deoarece prin tranzistorul Q1 va trece curentul cel mai mare, astfel puterea disipată totală se va împărți prin fiecare rezistor.

R3 || R4 = 20 Ω, de asemenea și aici știind că prin tranzistorul Q2 va trece al doilea curent ca valoare, s-a ales punerea rezistențelor în paralel pentru reducerea puterii disipate pe rezistoare

R5 = 47 Ω

R6 = 100 Ω

Figura 2.2.3. Schema electrică conectare INA195 în circuit

INA 195 este un circuit integrat specializat în citirea tensiunii de pe rezistorului ȘUNT, iar ca mai apoi să o amplifice. Necesitatea acestui integrat este datorată faptului că tensiunea care cade de-a lungul șuntului este prea mică pentru a putea fi citită de către microcontroler, apoi convertită intr-o valoare numerică. Pentru rezistorul ȘUNT a fost aleasă valoarea de 0.01 Ω. Dacă aș fi ales o valoare mai mare, tensiunea care cădea pe rezistorul ȘUNT ar fi fost mai mare și datorită amplificării în tensiune a INA195 exista riscul ca la intrarea în microcontroler să ajungă o tensiune mai mare de 5 V, astfel se putea pune microcontrolerul în pericol. Datele extrase din foaia de catalog a integratului sunt urmatoarele:

gamă tensiuni de intrare -16 V…80 V

tensiune de alimentare 2.7…18 V

amplificare 100 V/V

Pinii 3 și 4 ai integratului au următoarea semnificație:

pinul 3, denumit și reprezintă intrarea dinspre sursa de alimentare

pinul 4, denumit și reprezintă intrarea dinspre sarcină

Pinul 2 reprezintă pinul de GND al alimentării integratului.

Pinul 5 reprezintă pinul de V+ al alimentării integratului.

Pinul 1 reprezintă ieșirea OUT.

Capitolul 3. Proiectare software

3.1 Mediul de dezvoltare

Mediul de dezvoltare ajută la scrierea completă a unui program, printr-un set de programe specifice. Un mediu de dezvoltare pune la dispoziție toți pașii pentru a crea un program, într-un singur soft, cum ar fi: editare cod sursă, compilare, depanare.

Pentru acest proiect am ales ca mediul de dezvoltare softul mikroC. MikroC este un soft dezvoltat de MikroElectronica, specializat în programarea unor microcontrolere cum ar fi: PIC, PIC32, dsPIC, AVR, 8051, FT90x, PSoC, STM32, Kinetis, Tiva, CEC, MSP 432. În cele ce urmează o să descriu două dintre cele mai importante componente ale unui mediul de dezvoltare, și anume:

limbajul de programare

compilatorul

3.2 Limbajul de programare

Un microcontroler este un sistem digital, deci poate recunoaște numai 0 și 1. Astfel, microcontrolerul poate primi doar secvențe de 0 și 1, specifice unui limbaj, numit cod mașină. Noi oamenii folosim un limbaj format din cifre, litere, semne de punctuație. În acest caz ne-ar fi greu să scriem un program în cod mașină. Pentru această problemă s-au inventat limbajele de programare specifice . “Un limbaj de programare este un set bine definit de expresii și reguli (sau tehnici) valide de formulare a instrucțiunilor pentru un computer. Un limbaj de programare are definite un set de reguli sintactice și semantice.”

Principalele categorii de limbaje de rogramare sunt:

limbaje cod mașină

limbaje de asamblare

limbaje de nivel înalt

După cum am spus mai sus, ne-ar fi foarte greu să scriem un program într-un cod mașină, de aceea nu ne-a rămas de ales decât între limbaje de asamblare și limbaje de nivel înalt.

Un limbaj de asamblare este destul de apropiat de limbajul cod mașină, deoarece amandouă fac parte din categoria limbajelor de nivel scăzut. Pentru a putea scrie un program în limbaj de asamblare, trebuie să cunoaștem foarte bine modul de funcționare a microprocesorului sau microcontrolerului, astfel fiecare microprocesor sau microcontroler având un limbaj de asamblare specific.

Un limbaj de nivel înalt este un limbaj care este apropiat mai mult limbajului natural al omului. Față de limbajele de asamblare, aceste limbaje folosesc concepte de nivel logic, deci utilizatorul nu trebuie să cunoască neapărat concepte de nivel fizic. Un dezavantaj al acestui limbaj este viteza de execuție a programului mai mică, față de limbajul de asamblare.Un avantaj al acestui limbaj de programare ar fi că un program într-un limbaj nivel înalt conține mai puține linii de program, față de un program în limbaj de asamblare, prin urmare reducându-se timpul de execuție. Cele mai cunsocute limbaje de nivel înalt sunt: BASIC, C, C++, Pascal, Cobol, FORTRAN, Java. Ca limbaj de programare eu am ales să folosesc limbajul C.

Atunci când scriem un program, tot ceea ce scriem, vom scrie intr-un cod sursă. Pentru a ajunge la codul mașină, acest cod sursă trebuie sa fie compilat de către un compilator.

3.3. Compilatorul

Dupa cum am spus mai sus, codul sursă a unui program scris într-un limbaj de nivel înalt trebuie compilat în cod mașină, pentru a putea fi citit de către microcontroler.

Pentru acest proiect eu am ales compilatorul mikroC PRO for PIC. Este un compilator care folosește limbajul de programare C și este destinat special microcontrolerele pe 8 biți PIC, de la Microchip. În cele ce urmează o să prezint modul în care se crează codul sursă a unui program sau proiect și cum se compilează într-un fișier tip cod mașină.

Figura 3.3.1 Crearea unui proiect

Pentru a crea un nou proiect trebuie să apăsăm în stânga sus pe File, apoi New și după aia New Project. După aia va apărea o fereastră ca în figura 3.3.2.

Figura 3.3.2. Alegerea tipului de proiect

Se selectează Standard project și apoi se apasă Next. Va apărea o ferestră ca în figura 3.3.3.

Figura 3.3.3. Setările proiectului

Se introduce numele proiectului în căsuța Project Name. Se selectează folderul în care se dorește a fi salvat apăsând pe Browse din dreptul Project folder. Apoi se selectează numele microcontrolerului din căsuța Device name. Se introduce frecvența de ceas internă a micrcontrolerului din căsuța Device clock. Se apasă Next. Va apărea o ferestră ca în figura 3.3.4.

Figura 3.3.4. Adăugarea de fișiere noi

Se apasă Next. Va apărea o fereastră ca în figura 3.3.5.

Figura 3.3.5. Selectarea bibliotecilor

Se selecteză Include All (Default). Se apasă pe Finish

Figura 3.3.6. Codul sursă unde urmează a fi scris programul

În momentul de față a fost creat proiectul dorit. LED_blink.c reprezintă codul sursă al programului. Următorul pas este scrierea programului.

Figura 3.3.7 Scrierea programului și salvare lui

În această imagine este prezentat codul programului. Programul se salvează ca în figura 3.3.7.

Figura 3.3.8. Compilarea codului sursă

Urmatorul pas este compilarea codului sursă ca în figura 3.3.8. prin apsărea pe Build. După apasărea pe Build trebuie să apară jos un mesaj cu „Finished successfully”, daca programul este corect și nu are erori. În caz contrar va aparea un mesaj cu „Finished( with errors)” ca în figura 3.3.9.

Figura 3.3.9. Eroare la compilarea codului sursă

Figura 3.3.10

În figura 3.3.10. se pot observa cele două fișiere, codul sursă și codul mașină. Fișierul cod sursă are extensia .c, iar fișierul cod mașină are extensia .hex.

3.4. Programatorul

Un programator are rolul de a programa, detecta erori și eventual a le corecta. Programatorul este mediul fizic prin care fișierul cod mașină ajunge la microcontroler. Acesta se conectează la microcontroler prin conectorul ICSP aflat pe aceeasi placa cu microcontrolerul. Pentru ca fișierul cu codul mașină din calculator să ajungă la microcontroler prin programator, calculatorul trebie să se conecteze și el la programator. Această conexiune a calculatorului cu programatorul se face prin intermediul unui cablu USB.

Am ales să folosesc programatorul PICkit 2, dezvoltat de Microchip. Acest programaor este prezentat în figura 3.4.1.. După cum se poate vedea în imagine programatorul PICkit 2 se conectează la conectorul ICSP de 5 pini, aflat exact în fața programatorului. Cablul USB din imagine se conectează la un port USB al calculatorului.

Figura 3.4.1. Programatorul

Pentru a putea încărca fișierul cod mașină din calculator în microcontroler prin intermediul programatorului avem nevoie de un program software care să facă această operație. În acest sens am ales să folosesc programul PICkit 2 Programmer. Interfața programului este prezentată în figura 3.4.2..

Figura 3.4.2. Interfață PICkit 2 Programmer

Figura 3.4.2 reprezintă interfața programului atunci când nu este conectat programatorul.

În figura 3.4.3. este reprezentată interfața programului atunci când este conectat programatorul la calculator.

Figura 3.4.3. PICkit 2 Programmer atunci când este conectat programatorul

În figura 3.4.4. este reprezentată interfața programului atunci când este conectat programatorul la calculator prin intermediul cablului USB, dar și la microcontroler prin intermediul conectorului ICSP.

Figura 3.4.4. PICkit 2 Pogrammer atunci când este conectat microcontrolerul

După ce am conectat programatorul la microcontroler și calculator, urmează să încărcăm fișierul cod mașină .hex în microcontroler. Primul pas în încăracarea acestui fișier este prezentat în figura 3.4.5.. Se apasă în stânga sus pe File și apoi pe Import Hex.

Figura 3.4.5. Modul de importare a fișierului .hex

După acest pas, va apărea o ferestră ca în figura 3.4.6.. Acum selectăm fișierul LED_blink.hex și apăsăm pe Open.

Figura 3.4.6. Importarea fișierului .hex

Dupa importarea fișierului .hex interfața va trebui să afișeze “Hex file successfully imported” ca în figura 3.4.7.. Se apasă pe Write pentru a scrie codul în memoria microcontrolerului.

Figura 3.4.7 Importare fișierului .hex cu succes

După scrierea codului în memoria microcontrolerului trebuie sa ne apară în interfață “Programming Successful” ca în figura 3.4.8. În acest moment microcontrolerul a fost programat cu succes și poate fi pus la “lucru”.

Figura 3.4.8. Programare microcontrolerului cu succes

Cu acest programator putem testa dacă programul scris în memoria microcontrolerului face ceea ce trebuie, alimentând microcontrolerul direct din programator. Modul prin care se face acest lucru este reprezentat în figura 3.4.9.. Mai întâi trebuie să setăm tensiuneala 5.0 V, exact cât ne-ar fi dat și stabilizatorul de tensiune, iar apoi bifăm On.

Acum microcontrolerul este alimentat și poate fi testat programul scris în memorie.

Figura 3.4.9. Alimentarea microcontrolerului cu ajutorul programatorului

Capitolul 4. Denumirea capitolului

Concluzii

Vor cuprinde într-o formă cât mai concisă principale rezultatele obținute în tema tratată, subliniindu-se contribuția adusă prin propriile cercetări. Se vor scoate în evidență elementele de noutate ale proiectului/lucrării. Dacă rezultatele obținute pot fi aplicate în activitatea de cercetare, producție sau în alte domenii de activitate, economică sau socială, se vor face recomandările corespunzătoare.

Un bilanț al aspectelor pozitive și negative din activitatea de dezvoltare a proiectului de diplomă sau a lucrării de disertație va încheia partea scrisă a lucrării.

Bibliografie

Bibliografia cuprinde cărți, capitole din cărți, articole tipărite, articole și lucrări prezentate la conferințe și disponibile on line, site-uri.

Redactarea se va face aplicând criteriul alfabetic numelor autorilor. Dacă același autor a scris mai multe lucrări care apar în bibliografie, acestea se vor include în ordine cronologică, de la cea mai veche spre cea editată recent. Vor fi menționate: numele autorului/autorilor, titlul integral al lucrării, editura, locul publicării, anul apariției lucrării.

Pentru articolele apărute în reviste, se menționează în ordine: numele autorului/autorilor, titlul articolului, titlul revistei, ISBN/ISSN, anul apariției, numărul.

Paginile web se vor ordona alfabetic și vor avea menționată data accesării lor. Această precizare va fi făcută deoarece există posibilitatea ca pagina citată de pe internet să fie ulterior ștearsă.

I. Voncilă, D. Călueanu, N. Badea, R. Buhosu, Cr. Munteanu, „Mașini Electrice”, Editura Fundației Universitare „Dunărea de Jos” din Galați, 2003;

I. Șușnea, M. Vlase, „A software instrument for the assessment of creativity in the educational environment”, The Annals of the University "Dunărea de Jos" of Galați Romania Fascicle III Electrotechnics Electronics Automatic Control Informatics, ISSN 1221-454X, 2016, Volum 39, Numărul 1;

https://ro.wikipedia.org/wiki/Tranzistor, 23-06-2016.

Anexa 1

Anexele (dacă există) – nu se numerotează ca și capitol, se numerotează crescător (Anexa 1, Anexa 2, etc).

Anexele vor conține elemente precum:

porțiuni de cod;

tabele de date;

tabele de rezultate de ieșire;

alte elemente specifice la care s-a făcut referire în cadrul proiectului/lucrării.