REGLAREA TURAȚIEI UNUI MOTOR DE CURENT CONTINUU CU UN MICROCONTROLER [310342]
UNIVERSITATEA “DUNĂREA DE JOS” [anonimizat],
Inginerie Electrică și Electronică
Specializarea: Electronică Aplicată
PROIECT DE LICENȚĂ
Absolvent: [anonimizat]: Conf. dr. ing. ILIEV Mircea
– 2012 –
UNIVERSITATEA “DUNĂREA DE JOS” [anonimizat],
Inginerie Electrică și Electronică
Specializarea: Electronică Aplicată
PROIECT DE LICENȚĂ
REGLAREA TURAȚIEI UNUI MOTOR DE CURENT CONTINUU CU UN MICROCONTROLER
Absolvent: [anonimizat]: Conf. dr. ing. ILIEV Mircea
Cuprins
Capitolul 1. Introducere
1.1 Caracteristici generale………………………………………………………………………………….5
Capitolul 2. Analiza actuală a temei
2.1 Motorul de curent continuu ……………………………………………………………………….8
2.1.1 Principiul de funcționare……………………………………………………………..10
a) T.e.m. indusă…………………………………………………………………………………….11
b) Cuplul electromagnetic al mașinii de curent continuu…………………………….11
2.1.2 Regimurile motorului de curent continuu……………………………………..12
a) Regimul de generator………………………………………………………………………….12
b) Regimul de motor………………………………………………………………………………13
c) Regimul de frână……………………………………………………………………………….13
2.1.3 Caracteristicile mașinii de curent continuu…………………………………..14
a) Caracteristicile generatorului de curent continuu……………………………………14
b) Caracteristicile motorului de curent continuu………………………………………..16
2.1.4 Pornirea și reglarea turației motorului de curent continuu……………17
a) Pornirea motorului de curent continuu………………………………………………….17
b) Reglarea turației motorului de curent continuu………………………………………17
2.1.5 Frânarea motorului de curent continuu………………………………………..20
2.2 Microcontrolerul……………………………………………………………………………………….20
2.2.1 Generalități………………………………………………………………………………….20
2.2.2 Porturi folosite …………………………………………………………………………….23
a) PORTA……………………………………………………………………………………………..23
b) PORTB……………………………………………………………………………………………..24
c) PORTC……………………………………………………………………………………………..24
d) PORTE……………………………………………………………………………………………..25
2.2.3 Sistemul de întreruperi…………………………………………………………………25
2.2.4 Oscilatorul……………………………………………………………………………………26
2.2.5 [anonimizat]………………………………………………………..30
2.2.6 Comanda PWM……………………………………………………………………………35
2.2.6.1 Ieșiri ECCP și configurare…………………………………………………………….35
2.2.6.2 Modurile Captură și Comparare…………………………………………………….36
2.2.6.3 Mod PWM îmbunătățit…………………………………………………………………36
2.2.6.4 Perioada PWM…………………………………………………………………………….37
.
Capitolul 3. Proiectarea circuitului
3.1 Proiectarea hardware………………………………………………………………………………..38
3.1.1 Sursa de alimentare……………………………………………………………………..38
3.1.1.1 Dimensionarea transformatorului………………………………………………….39
3.1.1.2 Proiectarea transformatorului……………………………………………………….40
3.1.2 Motorul de curent continuu………………………………………………………….42
3.1.3 Microcontrolerul………………………………………………………………………….43
3.1.4 Conectorul ICSP………………………………………………………………………….44
3.2 Implementarea software……………………………………………………………………………45
3.3 Afișarea informațiilor……………………………………………………………………………….46
Capitolul 4. Concluzii
4.1 Măsurarea PWM-ului……………………………………………………………………………….49
4.2 Fiabilitatea și calculul economic a montajului…………………………………………….50
4.2.1 Fiabilitatea……………………………………………………………………………………….50
4.2.2 Calculul economic………………………………………………………………………..51
Opis………………………………………………………………………………………………………………..53
Anexe……………………………………………………………………………………………………………..55
Bibliografie……………………………………………………………………………………………………..61
Capitolul 1. Introducere
1.1 Caracteristici generale
Un motor electric (sau electromotor) este un dispozitiv electromecanic ce transformă energia electrică în energie mecanică. Transformarea în sens invers, a energiei mecanice în energie electrică, este realizată de un generator electric. Nu există diferențe de principiu semnificative între cele două tipuri de mașini electrice, același dispozitiv putând îndeplini ambele roluri în situații diferite.
Majoritatea motoarelor electrice funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat in câmp magnetic. Există însă și motoare electrostatice construite pe baza forței lui Coulomb, dar și motoare piezoelectrice.
Fiind construite într-o gamă extinsă de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multe aplicații: de la motoare pentru componente electronice (hard disc, imprimantă) până la acționări electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale).
Motoarele electrice pot fi clasificate după tipul curentului electric ce le parcurge în:
motoare de curent alternativ
motoare de curent continuu
În funcție de numărul fazelor curentului cu care funcționează, motoarele electrice pot fi clasificate în:
motoare monofazate
motoare polifazate (cu mai multe faze)
Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zenobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că mașina se rotește, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator. Astfel el a constatat, că generatorul inițial era de fapt o mașină electrică reversibilă, care putea lucra ca un convertizor de energie bidirecțional.
Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici și bobinele polare concentrate care creează câmpul magnetic de excitație. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul curentului prin infășurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitație să exercite în permanență o forță față de rotor.
Pentru acționări electrice de puteri mici și medii, sau pentru acționări ce nu necesită câmp magnetic de excitație variabil, în locul înfășurărilor statorice se folosesc magneți permanenți.
Turația motorului este proporțională cu tensiunea aplicată înfășurării rotorice și invers proporțională cu câmpul magnetic de excitație. Turația se reglează prin varierea tensiunii aplicată motorului până la valoarea nominală a tensiunii, iar turații mai mari se obțin prin slăbirea câmpului de excitație. Ambele metode vizează o tensiune variabilă ce poate fi obținută folosind un generator de curent continuu, prin înserierea unor rezistoare în circuit sau cu ajutorul electronicii de putere (redresoare comandate, choppere).
Dacă un rotor se învârte între doi poli magnetici staționari, curentul din rotor circulă într-o direcție pe parcursul unei jumătăți de rotație și în cealaltă pe parcursul celeilalte jumătăți. Pentru a produce o trecere constantă, într-o singură direcție a curentului dintr-un astfel de dispozitiv, este necesară furnizarea unui mijloc prin care curentul rezultat să aibă același sens pe parcursul întregii rotații. La mașinile mai vechi aceasta este realizată cu ajutorul unor plăcuțe colectoare, un inel de metal împărțit în două, montat pe axul rotorului. Cele două jumătăți sunt izolate și sunt bornele bobinei. Perii fixe de metal sau carbon sunt ținute pe plăcuțele colectoare în timp ce acestea se rotesc, conectând electric bobina la fire exterioare. În timp ce rotorul se învârte, fiecare perie intră în contact alternativ cu plăcuțele colectoare, schimbându-și poziția în momentul când curentul din bobină își schimbă sensul. Astfel circuitul exterior la care generatorul este conectat este alimentat cu un curent continuu. Generatoarele de curent continuu sunt de obicei folosite la tensiuni mici pentru a evita scânteile dintre perii și plăcuțe care rezultă la tensiuni mari. Cel mai mare potențial obținut în general de astfel de generatoare este de 1500 de volți. În unele mașini mai noi această inversare se face folosind dispozitive electronice de mare putere, cum ar fi de exemplu diode redresoare.
Generatoarele moderne folosesc rotoare cilindrice care, de obicei sunt constituite dintr-un număr mare de bobinaje așezate longitudinal în lăcașuri speciale și conectate la plăcuțe colectoare. Într-un bobinaj în care este un număr mic de lăcașuri, curentul produs va crește și scădea în funcție de partea de câmp magnetic prin care rotorul trece. Un bobinaj compus din mai multe segmente și un rotor circular conectează în permanență circuitul aproape constant deoarece întotdeauna un bobinaj longitudinal se deplasează printr-o suprafață cu un câmp magnetic intens. Câmpurile de la generatoarele moderne sunt de obicei din patru sau mai mulți poli, pentru a crește mărimea și puterea câmpului magnetic. Câteodată poli mai mici sunt adăugați pentru a compensa distorsiunile din fluxul magnetic cauzat de efectul magnetic al rotorului.
Schimbarea sensului de rotație se face fie prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare, fie prin schimbarea sensului câmpului magnetic de excitație. La motorul serie, prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare se realizează schimbarea sensului ambelor mărimi și sensul de rotație rămâne neschimbat. Așadar, motorul serie poate fi folosit și la tensiune alternativă, unde polaritatea tensiunii se inversează o dată în decursul unei perioade. Un astfel de motor se numește motor universal și se folosește în aplicații casnice de puteri mici și viteze mari de rotație (aspirator, mixer).
Figura 1. Motorul de curent continuu
Cuplul dezvoltat de motor este direct proporțional cu curentul electric prin rotor și cu câmpul magnetic de excitație. Reglarea turației prin slăbire de câmp se face, așadar, cu diminuare a cuplului dezvoltat de motor. La motoarele serie același curent străbate înfășurarea de excitație și înfășurarea rotorică. Din această considerație se pot deduce două caracteristici ale motoarelor serie: pentru încărcări reduse ale motorului, cuplul acestuia depinde de pătratul curentului electric absorbit; motorul nu trebuie lăsat să funcționeze în gol pentru că, în acest caz, valoarea intensității curentului electric absorbit este foarte redusă și implicit câmpul de excitație este redus, ceea ce duce la ambalarea mașinii până la autodistrugere.
Motoarele de curent continuu cu excitație serie se folosesc în tracțiunea electrică urbană și feroviară (tramvaie, locomotive).
Capitolul 2. Analiza actuală a temei
2.1 Motorul de curent continuu
Motoarele cu curent continuu, sunt similare în construcție cu generatoarele de curent continuu. Ele pot, de fapt să fie descrise ca generatoare care „funcționează invers”. Când curentul trece prin rotorul unui motor, este generat un câmp magnetic care generează o forță electromagnetică, și ca rezultat, rotorul se rotește. Acțiunea periilor colectoare și a plăcuțelor colectoare este exact aceiași ca la generator. Rotația rotorului induce un voltaj în bobinajul rotorului. Acest voltaj indus are sens opus voltajului exterior aplicat rotorului. În timp ce motorul se rotește mai rapid, voltajul rezultat este aproape egal cu cel indus. Curentul este mic, și viteza motorului va rămâne constantă atât timp cât asupra motorului nu acționează nici o sarcină, sau motorul nu efectuează alt lucru mecanic decât cel efectuat pentru învârtirea rotorului. Când asupra rotorului se aplică o sarcină, voltajul va fi redus și un curent mai mare va putea să treacă prin rotor. Astfel, motorul este capabil să primească mai mult curent de la sursa care îl alimentează, și astfel să efectueze mai mult lucru mecanic.
Deoarece viteza rotației controlează trecerea curentului prin rotor, mecanisme speciale trebuie folosite pentru pornirea motoarelor cu curent continuu. Când rotorul se află în repaus, el, efectiv, nu are nici o rezistență, și dacă voltajul normal este aplicat, va trece un curent mare, ceea ce ar putea avaria periile colectoare sau motorul. Mijloacele obișnuite pentru prevenirea acestor accidente este folosirea în serie a unei rezistențe, la început, împreună cu rotorul, pentru a limita curentul până când motorul începe să dezvolte un curent suficient. Pe parcurs ce motorul prinde viteză, rezistența este redusă treptat, fie manual ori automat.
Viteza cu care un motor cu curent continuu funcționează, depinde de puterea câmpului magnetic care acționează asupra rotorului, cât și de curentul rotorului. Cu cât este mai puternic câmpul magnetic, cu atât este mai mică rata rotației necesare să creeze un curent secundar necesar pentru a contracara curentul aplicat. Din acest motiv viteza motoarelor cu curent continuu poate fi controlată prin variația câmpului curentului.
Mașina de curent continuu poate fi reprezentată schematic, într-o secțiune transversală care evidențiază cele două părți constructive de bază:
– statorul (2) – partea fixă a motorului
– rotorul (5) – partea mobilă a motorului
Figura 2. Părțile constructive și colectorul motorului de curent continuu
Statorul, partea imobilă a mașinii, joacă rol de inductor și are ca elemente constructive principale: – carcasa (1);
– polii de excitație împreună cu înfășurarea de c.c. (2);
– poli de comutație (auxiliari) cu înfășurarea corespunzătoare (3);
– talpa de prindere (4);
– rotorul, care joacă rol de indus (5);
– perii (6).
Carcasa (jugul statoric) reprezintă partea imobilă pe care se fixează polii de excitație și cei de comutație.
Polii de comutație (auxiliari) constau dintr-un miez și din bobina înfășurată pe miez. Polii auxiliari se așează exact în axa de simetrie (axa neutră) dintre polii principali. Se construiesc din tole de otel electrotehnic de forma circulară cu dinți si crestături, izolate între ele și este plasat pe arborele rotorului. Crestăturile longitudinale se constituie în sediul înfășurării rotorice.
Înfășurarea rotorică realizată din bare sau sârmă de cupru, este formată din secții a căror capete se leagă la colector.
Colectorul are forma cilindrică, fiind construit din lamele de cupru izolate una față de cealaltă printr-un strat de micanită și, de asemenea, izolate față de suport. Legătura electrică dintre înfășurarea rotorică si bornele mașinii se realizează prin intermediul periilor colectoare care alunecă pe colector.
Polii de excitație (principali) se construiesc din tole de oțel electrotehnic de (0,5 ; 1)mm grosime, strânse pachet cu ajutorul unor buloane nituite pe care se fixează înfășurările de excitație.
În funcție de modul de modul de conectare a înfășurării de excitație, motoarele de curent continuu se clasifică în:
– motoare cu excitație independentă – unde înfășurarea statorică și cea rotorică sunt conectate la două surse separate de tensiune;
– motoare cu excitație paralelă – unde înfășurarea statorică și cea rotorică sunt legate în paralel la aceeași sursă de tensiune;
– motoare cu excitație serie – unde înfășurarea statorică și cea rotorică sunt legate în serie
– motor cu excitație mixtă – unde înfășurarea statorică este divizată în două înfășurări, una conectată în paralel și una conectată în serie
Înfășsurarea rotorică parcursă de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenți. Rotorul se deplasează în câmpul magnetic de excitație până când polii rotorici astfel încât se aliniază în dreptul polilor statorici opuși. În același moment, colectorul schimbă sensul curenților rotorici astfel încât polaritatea rotorului se inversează și rotorul va continua deplasarea până la următoarea aliniere a polilor magnetici.
Înfășurările mașinii se află pe stator sau pe rotor. La realizarea înfășurării, un conductor de ducere de sub un pol se leagă cu un conductor de întoarcere de sub polul vecin, de polaritate opusă, pentru ca t.e.m. induse să se adune. Pentru ca t.e.m. totală indusă să fie maximă, conductoarele trebuie să ocupe aceiași poziție în câmp, adică distanța dintre ele să fie egală cu t, numită pas polar. Bobinele se mai numesc și secții sau secțiuni și reprezintă ansamblul spirelor cuprinse între două lamele de colector succesive. Toate spirele ce se parcurg plecând de la o perie la alta formează o cale de curent. Numărul total de căi de curent este 2a.
După modul de legare a capetelor secțiilor la lamelele colectoare deosebim două tipuri de înfășurări si anume înfășurarea buclată si înfășurarea ondulată, arătate în figura 3.
Figura 3. Înfășurări de curent continuu
Înfășurarea de c.c. este o înfășurare închisă, adică ultima legătură de întoarcere revine la lamela la care s-a legat capătul de început al primei secții.
2.1.1 Principiul de funcționare
Majoritatea motoarelor electrice funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic. Există însă și motoare electrostatice construite pe baza forței Coulomb și motoare piezoelectrice.
Considerăm o spiră care se rotește cu viteza W într-un câmp magnetic constant de inducție B creat de un magnet permanent. Fluxul magnetic care străbate suprafața spirei este dat de relația:
φ=AB cos α =AB cos ωt, unde A este suprafața spirei.
Prin inducție electromagnetică, în spiră apare tensiunea: e = dφ/dt = AB ωsinωt = Em sin ωt
Figura 4a. Principiul generatorului de c.c Figura 4b. Generator de c.c cu redresor
Dacă v este viteza liniară a conductoarelor active a-b și c-d de lungime Δl , sensul t.e.m. este dat de regula burghiului drept (se rotește v peste B pe drumul cel mai scurt, vârful burghiului înaintează în sensul t.e.m. induse). În figura de mai jos sunt prezentate 5 poziții ale spirei pentru fiecare rotație cu π/2.
Figura 5. Poziții intermediare ale spirei generatorului de c.c
Astfel, pentru pozițiile 1-5, fluxul și t.e.m. induse în spiră sunt:
1. φ1 = BA cos 0 = BA; e1 = BA ωsin 0 = 0
2. φ2 = BA cos(π/2) = 0; e2 = BA ωsin (π/2) = Em
3. φ3 = BA cos π = – BA; e3 = BA ωsin π = 0
4. φ4 = BA cos(3π/2) = 0; e4 = BA ωsin (3π/2) = – Em
5. φ5 = BA cos 2π = BA; e3 = BA ωsin 2π = 0
Reprezentarea grafică a celor două mărimi este dată în figura 6. Trebuie precizat că sensul curentului prin cele două ramuri ale spirei se schimbă și el, astfel că, la bornele AB ale spirei polaritatea este alternativă. Pentru obținerea unei tensiuni continue la bornele AB se înlocuiesc inelele la care sunt legate cele două conductoare, cu două semiinele (figura 4b).
Figura 6. Fluxul și tensiunea induse
a) T.e.m. indusă
Pentru calculul t.e.m. induse, considerăm că înfășurarea are S secții, iar secția are w spire, iar dacă N=2wS este numărul total de conductoare active, atunci unei căi de curent îi corespund wS/a conductoare, t.e.m. indusă fiind suma t.e.m. induse în căile de curent. Considerăm o valoare medie a t.e.m. în fiecare conductor activ de lungime l, care se mișcă cu viteza v în câmpul de inducție medie Bm:
em = Bm lv.
Într-o cale de curent t.e.m. indusă este E = (N/γa) * em
Cum Bm = Φ/A, A = τl, v = πDn/60 (n = turația în rot/min), rezultă: E = kenΦ, unde ke reprezintă constanta electrică a mașinii.
b) Cuplul electromagnetic al mașinii de curent continuu
Calculul cuplului electromagnetic se face prin însumarea momentelor date de forțele Laplace exercitate asupra conductoarelor plasate în crestături. Astfel, asupra fiecărui conductor parcurs de curent se exercită o forță Laplace F, cu sensul rezultat după regula burghiului drept.
Figura 7. Forțele Laplace care apar înconductoare parcuse de curent
Cele două forțe creează un cuplu de rotație, care pentru o putere electromagnetică Pe =EIa , la viteza Ώ, are o valoare: Me = Pe/ Ώ = EIa/ Ώ = (p/a* πn) * n * N * Φ * Ia sau Me = kmΦ Ia , unde km este constanta electromecanică a motorului
2.1.2 Regimurile motorului de curent continuu
a) Regimul de generator – rotorul este antrenat cu o turație n în câmpul magnetic de inducție B (fig. 3.28). În înfășurarea rotorică se induce o t.e.m. E prin bornele generatorului se debitează putere pe o rețea de c.c.
La funcționarea în gol, la bornele mașinii se măsoară o tensiune U0=E. Daca între bornele A1 si A2 conectam o rezistenta de sarcina oarecare Rs, t.e.m. E va da naștere unui curent I care va străbate înfășurarea rotorului, având același sens ca și t.e.m. E. Ecuațiile de tensiuni a generatorului de curent continuu se obțin aplicând teorema a II-a Kirchhoff: E =RaI + ΔUp + U, unde: ΔUp este căderea de tensiune la contactele perie-colector, iar relația poartă denumirea de ecuația de funcționare în regim de generator a motorului de curent continuu.
Dar ΔUp << RaI, iar ecuația de funcționare va fi: E =RaI +U
Cuplurile care acționează la generatorul de c.c. sunt:
– cuplul electromagnetic, Me =kmfI
– cuplul activ dat de motorul de antrenare Ma;
– cuplul rezistent datorat frecării rotorului cu aerul, frecărilor din lagărele mașinii si
pierderilor mecanice în ventilație, Mn;
– cuplul rezistent datorat pierderilor în fierul rotorului prin fenomenul de histerezis si prin
curenți turbionari, MFe;
Dacă Ώ=const., atunci: Ma =M + Mm + MFe
Figura 8. Regimul de generator de curent continuu
Puterea mecanica transmisa mașinii prin intermediul arborelui de către motorul primar va
fi: P1 =MaΏ +MmΏ +MFeΏ =P +Pm +PFe, unde:
P – putere electromagnetică,
Pm – pierderi datorate frecărilor;
PFe – pierderi în fierul rotorului.
Rezultă că puterea electromagnetică este: P = EI = UI + ΔUpI + RaI = P +ΔUpI +RaI unde:
P este puterea utilă, de natură electrică
Arborele de bilanț este prezentat în figura 9:
Figura 9. Bilanțul puterilor la generatorul de c.c.
b) Regimul de motor
În regimul de motor, mașina primește energie electrică de la rețea și o transformă în energie mecanică, prin intermediul câmpului electromagnetic.
Conductoarele înfășurării rotorice, fiind străbătute de curent și aflându-se în câmpul magnetic al polilor de excitație, vor fi solicitate de forțe electromagnetice, care vor da naștere unui cuplu, Me =kmΦI . Acest cuplu este mai mare decât cel rezistent și va rotorul în mișcare de rotație.
Datorită mișcării conductoarelor înfășurării rotorice în câmpul magnetic de excitație, acestea devin sediul unei t.e.m. E =kenΦ.
Dacă se aplică teorema a II-a a lui Kirchhoff pe traseul punctat din figura.10, se obține:
U =E +RaI +ΔUp.
Figura 10. Regimul de motor de curent continuu (ML = mașina de lucru)
Ecuația cuplurilor când mișcarea este uniformă (Ώ=ct. ): M =Mr +Mm +MFe.
c) Regimul de frână
În regim de frână electrică, mașina primește putere mecanică pe la arbore și putere electrică de la rețea de c.c. și le transformă ireversibil, în timp, în căldură, dezvoltând totodată,
un cuplu necesar frânarii unei instalații mecanice
În regim de frână electrică, mașina primește putere mecanică pe la arbore și putere electrică de la rețea de c.c. și le transformă ireversibil, în timp, în căldură, dezvoltând totodată, un cuplu necesar frânarii unei instalații mecanice.
Regimul de frânare se obține prin inversarea sensului tensiunii de alimentare si introducerea în circuitul rotorului a unei rezistențe RF.
Cuplul electromagnetic dezvoltat de motor își schimbă sensul odată cu curentul I, în comparație cu regimul inițial de motor electric și se opune vitezei de rotație întocmai ca un cuplu de frânare (rezistent).
Bilanțul de puteri în acest regim de funcționare este ilustrat în figura 11.
Figura 11. Bilanțtul puterilor la frâna de curent continuu
2.1.3. Caracteristicile mașinii de curent continuu
a. Caracteristicile generatorului de curent continuu
Funcționarea unui generator de curent continuu depinde de o serie de mărimi, cum ar fi t.e.m. E, tensiunea la borne U, curentul din înfășurarea rotorică I, curentul de excitație Ie, viteza de rotație Ώ (turația n). Dependența dintre două din mărimile enunțate, în ipoteza ca celelalte sunt constante, poarta numele de caracteristică.
În funcționarea unui generator de curent continuu interesează caracteristicile de mers în gol, în sarcină, caracteristica externă si caracteristica de reglaj pentru fiecare tip de excitație.
a1. Generatorul cu excitație separată
Caracteristica de mers în gol reprezintă dependenta U(0) = f (Ie) în condițiile în care curentul debitat este nul si turația este constantă.
Pe caracteristică se remarcă:
– saturația circuitului magnetic pentru Ie >IeN ;
– la Ie =0 , există o tensiune U0 = U0r datorată câmpului remanent;
– ramura descendentă are valori superioare pentru tensiuni datorită aceluiași câmp remanent al polilor de excitație.
Caracteristica externă reprezintă dependența U =f (I) pentru n=ct.
Din relația E =RaI +U , U =E – RaI, se observă că, pe măsură ce crește curentul de sarcină I, scade tensiunea la borne. La generatoarele de putere medie:
Figura 12a. Caracteristica de mers Figura 12b. Caracteristica externă
în gol
Caracteristica de reglaj reprezintă dependența Ie =f (I) pentru n=ct., U=ct. Această caracteristică arată cum trebuie modificat curentul de excitație pentru ca tensiunea la borne să rămână constantă, când crește curentul prin sarcină.
Caracteristica de mers în sarcină reprezintă dependența U =f (Ie) pentru n=ct., I=ct. Din figură se observă că la același curent de excitație, tensiunea la borne scade la creșterea curentului de sarcină.
Figura 13a. Caracteristica de reglaj Figura 13b. Caracteristica de mers în sarcină
a2. Generatorul cu excitație derivație
Dacă ținem cont că rezistența circuitului de excitație este mult mai mare decât rezistența circuitului rotoric ( adică curent de excitație mic în raport cu curentul de sarcină) ecuațiile generatorului de c.c. cu excitație derivație sunt identice cu cele ale generatorului cu excitație separată și devine evident faptul că, și caracteristicile acestui generator sunt similare cu cele prezentare anterior.
a3. Generatorul cu excitație serie
Deoarece la această mașină curentul debitat este și curent de excitație, rezultă că atât
caracteristica de mers în gol, cât și caracteristica de reglaj nu au sens.
Caracteristica externă, singura ce poate fi trasată, este redată în figura de mai jos. Ea apare prin scăderea grafică a curbei E(I) (curba de magnetizare) și, respectiv, căderii proprii de tensiune (Ra +Re )I , conform ecuației: U = E – (Ra +Re )I
Figura 14. Caracteristica externă
a4. Generatorul cu excitație mixtă
La acest tip de generator, fluxul magnetic ce contribuie la crearea t.e.m. din mașină se datorează practic înfășurării de excitație derivație, înfășurarea serie având numai rolul de a modifica în limite relativ mici, fluxul de excitație principal, după cum se leagă: adițional sau diferențial.
Caracteristica externă, U =f (I) este arătată în figura 15a și ne arată două tipuri de curbe după cum excitația serie este legată adițional (curba 2) sau diferențial (curba 1). Totodată, se mai remarcă faptul că în condițiile caracteristicii externe ideale (2’), se obține o independență a tensiunii față de sarcină și, ca atare, este inutilă caracteristica de reglaj.
Caracteristica de reglaj, Ie =f (I) se obține funcție de aceeași condiție, legarea adițională
(curba 2) sau diferențială (curba 1) a circuitului de excitație iar caracteristica de reglaj se prezintă în figura 15b. Se poate remarca faptul că generatorul de c.c. cu excitație mixtă se recomandă pentru alimentarea consumatorilor foarte pretențioși la condiția de tensiune constantă independent de sarcină.
Figura 15a. Caracteristica externă Figura 15b. Caracteristica de reglaj
b) Caracteristicile motorului de curent continuu
În regim de motor, în timpul funcționării, următoarele mărimi prezintă variații importante, respectiv: U, I, Ie, n, M, cele mai importante două caracteristici capabile să ilustreze performanțele fiind caracteristica vitezei la mersul în sarcină n = f (I) la U = ct. și Ie = ct . și/sau caracteristica mecanică n = f (M) la Ie = ct . și U =c t.
Expresia analitică a acestor caracteristici se obține dacă în ecuația U = E +RaI se înlocuiește t.e.m. E = kenΦ și cuplul Me = kmΦI , adică kenΦ = URaI și:
Rezultă: n = n0 – kI și n = n0 – kmM unde n0 reprezintă turația ideală de mers în gol.
Caracteristicile mecanice ale motoarelor de c.c. cu excitație separată și derivație sunt caracteristici rigide (figura 16), gradul de rigiditate Δn fiind mic (sub 10%) si calculat cu relația:
Figura 16a. Caracteristica mecanică Figura 16b. Caracteristica externă (serie)
(separată și derivație)
La motoarele cu excitație serie, unde Ie =I , se poate considera că Φ=kI deci și prin înlocuire în relația se obține:
Din figura 16b se observă că, pentru cuplu mic, turația atinge valori periculoase, iar la funcționarea în gol, turația tinde la infinit ceea ce ar duce la deteriorarea mașinii. De aceea, motorul cu excitație serie se folosește numai cuplat cu sarcina.
2.1.4 Pornirea și reglarea turației motorului de curent continuu
a) Pornirea motorului de curent continuu
Procesul de pornire este caracterizat de valori variabile ale mărimilor specifice, n, I, M, începând din momentul inițial și până la stabilirea regimului de funcționare. Deoarece la pornire, n = 0 , rezultă E =kenΦ=0 . Din ecuația motorului de c.c. U =E +RaI rezultă curentul de pornire:
Figura 17. Pornirea motorului de curent continuu
Curentul de pornire are valoarea: , iar asigurarea cuplului de pornire se realizează prin creșterea curentului de excitație.
La motoarele cu excitație separată, la pornire, reostatul din circuitul de excitație RC se pune pe poziția corespunzătoare curentului de excitație maxim. Motoarele cu excitație serie și mixtă au cuplu de pornire bun și nu necesită limitarea curentului de pornire.
b) Reglarea turației motorului de curent continuu
Reglarea turației prin modificarea rezistentei rotorice. Pornind de la relațiile anterioare,
rezultă că prin modificarea rezistenței rotorice, turația de mers în gol nu se modifică, se modifică doar panta caracteristicii mecanice (figura 18). Caracteristicile astfel obținute se numesc artificiale, iar caracteristica motorului în condiții nominale se numește caracteristică mecanică naturală.
Figura 18. Caracteristica mecanică pentru motorul cu excitație separată și derivație
Randamentul sistemului scade prin introducerea de rezistențe suplimentare, datorită pierderilor Joule.
Reglarea turației prin variația tensiunii sursei de alimentare U. Prin variația tensiunii de
alimentare se modifică turația de mers în gol fără modificarea pantei caracteristicii mecanice.
Procedeul este eficient la orice sarcină a mașinii, observându-se că aceste caracteristici sunt relativ paralele.
Figura 19. Caracteristica mecanică pentru motorul cu excitație separată și derivație
Metoda presupune o sursă proprie de alimentare a motorului, reglabilă, și se folosește când este necesar un domeniu larg de reglare. Sursa poate fi:
– un generator rotativ de c.c.;
– o instalație de redresare cu tensiune reglabilă.
Cum ,
Se obține un domeniu larg de reglare a turației la .
Avantaje:
– reglarea continuă a turației în limite largi;
– posibilitatea frânărilor lente sau bruște (eventual cu recuperarea energiei);
– regimuri tranzitorii scurte;
– utilizarea unor reostate de mică putere cost redus și randament ridicat;
Dezavantaje:
– necesită cel puțin 3 mașini electrice;
– puterea este de circa 3 ori mai mare ca cea necesară la ;
– randament global redus.
Utilizări:
– mașini unelte mari;
– laminoare;
– macarale mari;
– ascensoare rapide;
– transport feroviar și maritim.
Reglarea turației prin variația fluxului de excitație. Metoda se bazează pe variația fluxului
de excitație prin introducerea unui reostat în circuitul de excitație. În acest fel, se modifică atât turația de mers în gol cât și panta caracteristicii mecanice. Familia de caracteristici artificiale obținută prin reducerea fluxului, este data în figura 19.
Fluxul magnetic poate fi crescut și peste valoarea nominală la motoarele de curent continuu cu excitație independentă sau derivație, caz în care turația la arbore va scădea, acest reglaj făcându-se la cuplu constant. Astfel, modificarea fluxului de excitație permite un reglaj al turației atât în sens crescător cât și descrescător în raport cu turația de mers în gol ideal (n0).
Figura 20. Caracteristica mecanică pentru motorul cu excitație separată și derivație
Reglarea se poate face în două moduri:
– cu reostat în circuitul IE, metodă aplicată la motoarele de puteri mici-mijlocii, cu excitație în derivație;
– prin utilizarea unei surse de tensiune reglabilă pentru alimentarea independentă a IE.
,
Cum: și
Observatie:
– cu scăderea se obțin caracteristici artificiale tot mai elastice;
– deoarece caracteristica naturală 2 se obține pentru turația poate fi reglată numai în sens crescător;
– pentru , fluxul de reacție a indusului poate influența mult de excitație și caracteristica poate să devină urcătoare (funcționare instabilă). Reglarea se limiteaza la domeniul: .
– deoarece cu , , acesta trebuie limitat din considerente termice trebuie să ne încadrăm în hiperbola de putere ct.: , deci cu , ;
– randament bun care scade puțin cu creșterea datorită pierderilor pe și .
2.1.5 Frânarea motorului de curent continuu
Mașina de curent continuu poate fi utilizată în acționări electrice și pentru frânarea sistemului acționat. În acest mod mașina poate funcționa în regim de generator care să debiteze pe rețea proprie (frânare dinamică) sau pe o rețea de tensiune constantă (frânare recuperativă), fie în regim de frână propriu-zisă (frânare contracurent).
Frânarea dinamică se realizează prin deconectarea indusului de la rețea și conectarea acestuia pe o rezistență de frânare. Schema unei astfel de frânări este data în figura 21a. În cazul motorului excitat și conectat pe o rezistență constantă RF, cuplul electromagnetic scade proporțional cu turația, ajunând ca la turații joase această metodă să nu mai fie eficientă. În acest caz este necesară combinarea cu o frânare mecanică.
Frânarea cu recuperare de energie. Dacă mașina de curent continuu, care funcționa în regim de motor este antrenată din exterior la o turație mai mare decât turația n0, mașina trece în regim de generator și debitează în rețea o putere electrică.
Figura 21a. Frânarea dinamică Figura 21b. Frânarea recuperativă
Frânarea contracurent se realizează prin inversarea polarității tensiunii de alimentare și introducerea în circuitul rotoric a unei rezistențe de limitare a curentului. Tensiunea la bornele motorului va fi negativă, curentul va fi și el negativ, iar cuplul produs va fi un cuplu de frânare. Prin introducere rezistenței suplimentare, se limitează și valoarea curentului. Ecuația caracteristicii mecanice, devine astfel:
Figura 22. Frânarea contracurent
2.2 Microcontrolerul
2.2.1 Generalități
La modul general un controler ("controller" – un termen de origine anglo-saxonă, cu un domeniu de cuprindere foarte larg) este, actualmente, o structură electronică destinată controlului unui proces sau, mai general, unei interacțiuni caracteristice cu mediul exterior, fără să fie necesară intervenția operatorului uman.
Primele controlere au fost realizate în tehnologii pur analogice, folosind componente electronice discrete și/sau componente electromecanice (relee). Cele care fac apel la tehnica numerică modernă au fost realizate inițial pe baza logicii cablate (cu circuite integrate numerice standard SSI și MSI) și a unei electronici analogice uneori complexe, motiv pentru care "străluceau" prin dimensiuni mari, consum energetic pe măsurăși, nu de puține ori, o fiabilitate slabă.
Aceste circuite sunt programabile prin soft, prin urmare la fel ca și DSP-urile au un timp scurt de implementare pe piață. Performanțele microcontrolerelor în ceea ce privește aplicațiile în timp real sunt modeste, ele având resurse de calcul matematic foarte limitate, de asemenea și frecvențele de lucru sunt mai reduse. După circuitele ASIC, microcontrolerele sunt cele mai ieftine circuite folosite în aplicațiile în timp real și de control. Consumul de putere al microcontrolerelor este considerat ca fiind satisfăcător.
Timpul de dezvoltare poate fi redus dacă se folosesc limbajele de nivel înalt și bibliotecile cu module standard. Există numeroși furnizori de microcontrolere și prin urmare o rețea de suport bine pusă la punct, deși în special experiența celor care oferă suport este mai degrabă în domeniul aplicațiilor integrate (embedded) decât în cel al aplicațiilor în timp real.
Un microcontroler tipic mai are, la nivelul unității centrale, facilități de prelucrare a informației la nivel de bit, de acces direct și ușor la intrări/ieșiri și un mecanism de prelucrare a întreruperilor rapid și eficient.
Utilizarea unui microcontroler constituie o soluție prin care se poate reduce dramatic numărul componentelor electronice precum și costul proiectării și al dezvoltării unui produs.
Utilizarea unui microcontroler, oricât de evoluat, nu elimină unele componente ale interfeței cu mediul exterior (atunci când ele sunt chiar necesare): subsisteme de prelucrare analogică (amplificare, redresare, filtrare, protecție-limitare), elemente pentru realizarea izolării galvanice (optocuploare, transformatoare), elemente de comutație de putere (tranzistoare de putere, relee electromecanice sau statice).
Resursele integrate la nivelul microcircuitului ar trebui să includă, cel puțin, următoarele componente:
a. o unitate centrală (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. I/O – intrări/ieșiri numerice (de tip port paralel)
e. un port serial de tip asincron și/sau sincron, programabil
f. un sistem de timere-temporizatoare/numărătoare programabile
Este posibil ca la acestea să fie 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 de conversie numeric analogic și/sau ieșiri PWM (cu modulare în durată)
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. un ceas de gardă (timer de tip watchdog)
m.facilități pentru optimizarea consumului propriu
Toate aplicațiile în care se utilizeazămicrocontrolere fac parte din categoria așa ziselor sisteme încapsulate-integrate (“embedded systems”), la care existența unui sistem de calcul incorporat este transparentă pentru utilizator.
Alegerea unui microcontroler pentru o aplicație specifică se face dupa următoarele criterii:
– să dispună de toate resursele de care este nevoie pentru realizarea proiectului;
– să fie ieftin și ușor de utilizat;
– consumul de energie să fie redus;
– testarea funcționării să se poată face și prin simulare software.
Pentru aplicația in cauză s-a folosit microcontrolerul PIC18F2520, cu 28 de pini. Acesta prezintă performanțe ridicate, fiind de tip flash (reprogramabil). În figura de mai jos este prezentată dispunerea pinilor:
Figura 23. Configurația pinilor
Aceasta familie ofera avantaje a toate microcontrollerele PIC18: putere mare de calcul, pret bun, memorie marita pentru program. In afara de toate acestea, familiile PIC18F2420/2520/4420/4520 adauga elemente noi de design pentru a face aceste microcontrolere o alegere buna atunci cand avem nevoie de perfomante ridicate, sau aplicatii de mica putere.
Caracteristici ale microcontrolerului:
– tehnologia nanoWatt;
– oscilatoare multiple;
– un Watchdog Timer (WDT) extins, programabil cu durate între 4 ms și 131 s;
– o arhitectură optimizată pentru compilatorul C, cu un set extins de instrucțiuni;
– 100 000 de cicluri de scriere în memoria flash;
– moduri de management al consumului de energie, după cum urmează:
– în timpul funcționării normale, unitatea centrală de prelucrare (CPU) este pornită (ON), iar perifericele sunt pornite (ON);
– în modul idle, CPU-ul este oprit (OFF), iar perifericele sunt ON, cu un consum de curent de 5.8 µA;
– în modul sleep, CPU-ul este OFF, iar perifericele sunt OFF, cu un consum de curent de 0.1 µA;
– o structură flexibilă a oscilatorului, ce presupune:
– posibilitatea de conectare a două clock-uri externe, cu frecvență de până la 48 MHz;
– un oscilator intern, cu o bandă de frecvență ce poate fi accesată de utilizator, în gama de frecvență 31 kHz ÷ 8 MHz;
– un oscilator secundar, folosind Timer1 la 32 kHz;
– CAN (convertor analog-numeric) cu o rezoluție de până la 10 biți;
2.2.2 Porturile folosite
În funcție de dispozitivul selectat și funcțiile activate, există până la cinci porturi disponibile. O parte din pinii porturilor I/O sunt multiplexate cu alte funcții din funcțiile periferice ale dispozitivului. În general, când un periferic e activat, acel pin nu mai poate fi folosit ca un dispozitiv I/O .
Fiecare port are trei regiștri pentru operarea sa. Acești registri sunt :
– registrul TRIS (registru director de date)
– registrul PORT (citește nivelele de pe pinii dispozitivului)
– registrul LAT (latch de ieșire)
Latch-ul de date (registrul LAT) e util pentru operațiile de citire – modificare – scriere a valorii de pe pinii I/O.
Un model simplificat a unui port I/O, fără interfață sau alte periferice e arătat în figura 10.1.
Figura 24. Modelul simplificat al unui port I/O
a) PORTA, TRISA și registrele LATA
PORTA e un port bidirecțional, de 8 biți. Directorul de date corespunzător e TRISA. Punând un bit din TRISA pe valoarea 1 va acționa corespunzător asupra pinului din PORTA, ca intrare. Punând bitul din TRISA pe valoarea 0 va face pinul corespunzător din PORTA, o ieșire.
Citind registrul PORTA, se va citi statusul pinilor, pe când scrierea lor, se va face scriind în latch-ul portului.
Pinul RA4 e multiplexat cu modulul Timer0 , intrarea de clock și una din ieșirile comparatorului pentru a deveni RA4/T0CKI/C1OUT. Pinii RA6 și RA7 sunt multiplexați cu principalii pini ai oscilatorului. Sunt activați ca oscilator sau pini I/O selectând oscilatorul principal în regiștirii de configurare. Când nu sunt folosiți ca porturi, RA6 și RA7 și registrii asociati (LAT și TRIS) sunt citiți ca “0”.
Ceilalți pini ai PORTA sunt multiplexați cu intrările analogice, tensiunile de referință Vref+ si Vref- și ieșirile comparatoarelor. Utilizarea pinilor RA3:RA0 și RA5 drept convertoare A/D, e selectată setând sau stergând valoarea din biții de control din registrul ADCON1 (registrul de control 1 A/D)
Pinii RA0 până la RA5 ar putea deasemena, fi folosiți ca intrări și ieșiri pentru comparatoare, setând biții echivalenți în registrul CMCON. Pentru a folosi RA3:RA0 ca intrări digitale e necesar să oprim comparatoarele.
Obsevație: La Power on Reset, RA5 și Ra3:RA0 sunt configurați ca intrări analogice și citiți “0”. RA4 e configurat ca intrare digitală.
Pinul RA4/T0CKI/C1OUT e intrarea unui Trigger Schmitt. Toți ceilalți pini din PORTA au niveluri de intrare TTL și ieșiri CMOS.
Registrul de control TRISA controlează direcția pinilor din PORTA, chiar și atunci când sunt folosiți ca intrări analogice . Utilizatorul trebuie să se asigure ca biții din TRISA sunt setați când sunt folosite intrările analogice.
b) PORTB, TRISB și registrele LATB
PORTB e un port bidirecțional, de 8 biți. Directorul de date corespunzator este TRISB. Setand un bit din TRISB(1) va face pinul corespunzător din PORTB o intrare. Stergând un bit din TRISB(0) va face pinul corespunzător din PORTB o ieșire. Fiecare din pinii PORTB are un mic pull-up.
Un singur bit de control poate active toate pull-up-urile. Aceasta se realizează ștergând bitul RBPU (INTCON2<7>). Pull-up-ul e oprit automat când portul e configurat ca ieșire. Pull-up-ul este dezactivat la Power-on Reset.
Patru din pinii PORTB (RB7:RB4) dispun de o proprietate de întrerupere la schimbări. Doar pinii configurați ca intrări pot cauza întreruperi (oricare dintre RB7- RB4). Valorile din pinii de intrare sunt comparate cu valorile din latch-tul ultimei citiri a PORTB. Diferența de stare va genera o schimbare cu bitul de flag RBIF (INTCON<0>).
Această întrerupere poate activa dispozitivul din Sleep mode sau orice alt mod de așteptare. Utilizatorul, în ISR (Interrupt Service Routine) poate dezactiva întreruperea, după cum urmează:
a) Orice citire sau scriere a PORTB (exceptând MOVFF, PORTB)
b) Stergând bitul de flag, RBIF.
Întreruperea la schimbări e recomandată pentru operații de ieșire din stand-by și operații unde PORTB e folosit doar pentru întreruperi. Interogarea PORTB nu e recomandată când sunt folosite întreruperile.
RB3 poate fi configurat de bitul de configurare, CCP2MX ca un pin periferic pentru modulul CCP2.
c) PORTC, TRISC și registrele LATC
PORTC eu un port bidirecțional, de 8 biți. Registrul responsabil cu direcția datelor este TRISC.
Setarea unui bit TRISC (bit=1) va face bitul corespunzător din PORTC de intrare. Ștergerea unui bit din TRISC (bit=0) va face bitul corespunzător din PORTC de ieșire.
PORTC e multiplexat cu mai multe funcții periferice. Pinii au o intrare Trigger Schmitt. RC1 e configurat în mod normal de bitul de configurare CCP2MX, ca pin periferic standard a modulului CCP2 (standard / șters, CCP2MX=1)
Când se activează funcțiile periferice, trebuie acordată atenție în configurarea registrului TRIS pentru fiecare pin a PORTC. Unele periferice rescriu biții TRIS pentru a face pin-ul respectiv de ieșire, în timp ce altele îi rescriu pentru a face de intrare. Utilizatorul trebuie să verifice descrierea fiecărei secțiuni pentru mai multe informații.
Conținutul registrului TRISC sunt afectate de rescrierile făcute de periferice. Citirea registrului TRISC întotdeauna returnează valorile curente, chiar dacă perifericele ar putea rescrie unul sau mai mulți pini.
d) PORTE, TRISE și registrele LATE
În funcție de modelul microprocesorului folosit PIC18F2420/2520/4420/4520, PORTE e implementat în două moduri diferite. Pentru modelele cu 40/44 pini, PORTE e un port de 4 biți.
Trei pini (RE0/RD/AN5, RE1/WR/AN6 si RE2/CS/AN7) sunt configurați independent ca intrări sau ieșiri. Acești pini au intrări Trigger Schmitt. Când sunt selectați ca intrări analogice, acești pini sunt citiți ca ‘0’.
Registrul responsabil cu direcția datelor este TRISE. Setarea unui bit TRISE (bit=1) va face bitul corespunzător din PORTE de intrare. Ștergerea unui bit din TRISE (bit=0) va face bitul corespunzător din PORTE de ieșire.
TRISE controlează direcția pinilor RE, chiar și atunci cand sunt folosiți ca intrări analogice. Utilizatorul trebuie să se asigure ca acești pini sunt configurați ca intrări atunci când sunt folosiți ca intrări analogice.
Ultimii 4 biți superiori ai registrului TRISE controlează de asemenea funcționarea PSP (Parallel Slave Port).
Al patrulea pin al PORTE (MCLR/VPP/RE3) este exclusiv de intrare. Funcționarea acestuia este controlată de bitul de configurare MCLRE. Când este selectat ca pin port (MCLRE=0), functionează ca o intrare digitală. De aceea, nici un bit TRIS sau LAT nu e asociat funcționării. În caz contrar, funcționează ca intrare Master Clear. În oricare din configurații, RE3 funcționează și ca intrare de tensiune în timpul programării.
2.2.3 Sistemul de întreruperi
Microcontrolerul PIC18F2520 prezintă multiple surse de întreruperi și o caracteristică de prioritizare a întreruperilor care permite asignarea unei priorități ridicate sau a unei priorități scăzute majorității surselor de întreruperi. Vectorul aferent întreruperii cu prioritatea cea mai mare se găsește la adresa 0008h, iar întreruperea cu prioritatea cea mai mică are vectorul corespunzător la adresa 0018h. Întreruperile cu prioritate mare le pot întrerupe pe oricare din cele cu prioritate mică aflate în desfășurare.
Întreruperile sunt controlate cu ajutorul a 10 registre. Acestea sunt: RCON, INTCON, INTCON2, INTCON3, PIR1, PIR2, PIE1, PIE2, IPR1 și IPR2.
În general, sursele de întreruperi au 3 biți cu care controlează operarea lor. Aceștia sunt:
– bitul de flag, pentru a indica faptul că o întrerupere a avut loc;
– bitul de enable, ce permite programului în executie să se atașeze la vectorul de întrerupere când bitul de flag este setat;
– bitul de prioritate, pentru selectarea priorității ridicate sau scăzute.
Caracteristica de prioritizare a întreruperii este activată prin setarea bitului IPEN (RCON<7>). Când prioritatea întreruperii este activată, sunt doi biți care activează întreruperile la nivel global. Setarea bitului GIEH (INTCON<7>) activează toate întreruperile care au bitul de prioritate setat (prioritate ridicată). Setarea bitului GIEL (INTCON<6>) activează toate întreruperile care au bitul de prioritate pus pe 0 logic (prioritate scazută). Cand flag-ul de întreruperi, bitul de activare și bitul de activare a întreruperii globale sunt setați, vectorul de întreruperi va adresa imediat valorile 0008h sau 0018h, în funcție de prioritatea bitului setat. Întreruperile individuale pot fi dezactivate prin intermediul biților de activare corespunzători.
Când bitul IPEN este pus pe 0 logic (fiind valoarea implicită), caracteristica de prioritizare a întreruperii este dezactivată. Dacă unei întreruperi i se răspunde, bitul de activare a întreruperii globale este pus pe 0 logic pentru a dezactiva întreruperile ulterioare. Dacă bitul IPEN este pus pe 0 logic, acesta devine bitul GIE. În cazul în care nivelurile de prioritate sunt utilizate, acestea vor fi reprezentate fie de bitul GIEH, fie de bitul GIEL. Sursele de întrerupere cu prioritate ridicată le pot întrerupe pe cele cu prioritate scazută, care nu sunt procesate cât timp cele cu prioritate ridicată sunt în desfășurare.
Adresa returnată este introdusă în stivă, iar calculatorul este încărcat cu adresa vectorului de întreruperi (0008h sau 0018h). Odată intrate în rutină de întreruperi, sursele întreruperii pot fi determinate prin interogarea biților de flag. Biții de flag trebuie puși pe 0 logic din soft înainte de reactivarea întreruperilor, pentru a evita întreruperile recursive.
Instrucțiunea de “întoarcere din întrerupere” (RETFIE) determină ieșirea din rutina de întrerupere și setează bitul GIE (sau biții GIEH sau GIEL dacă nivelurile de prioritizare sunt folosite), care reactivează întreruperile.
Pentru întreruperile externe, precum pinii INT sau întreruperea pentru modificarea intrărilor în PORTB, perioada de latență va fi de 3-4 cicluri instrucțiune.
Figura 25. Schema internă a sistemului de întreruperi
2.2.4 Oscilatorul
Familia de microcontrolere din care face parte și microcontrolerul PIC18F2520 poate opera în 10 configurații diferite de oscilator.
Utilizatorul poate programa biții de configurare FOSC3:FOSC0, din registrii de configurare. Modurile disponibile sunt:
LP – Cristal de mică putere
XT – Cristal/rezonator
HS – Cristal/rezonator de mare viteză
HSPLL – Cristal/rezonator de mare viteză, cu bucla PLL activată
RC – Rezistență/capacitate externă având FOSC/4 la ieșirea lui RA6
RCIO – Rezistență/capacitate cu intrare/ieșire pe pinul RA6
INTIO1 – Oscilator intern cu frecvența FOSC/4 la ieșirea pinului RA6 și intrare/ieșire pe pinul RA7
INTIO2 – Oscilator intern cu intrare/ieșire pe pinii RA6 și RA7
EC – Ceas extern cu frecvența FOSC/4 la ieșire
ECIO – Ceas extern cu intrare/ieșire pe pinul RA6
Oscilator cu cristal / Rezonatoare ceramice
În configurațiile XT, LP, HS sau HSPLL, cristalul sau rezonatorul ceramic este conectat la pinii OSC1 și OSC2 pentru a putea stabili oscilațiile. Figura 2-1 prezintă modul în care trebuie efectuate conexiunile. Proiectarea oscilatorului impune folosirea unui cristal tăiat paralel.
Figura 26. Conectarea capacităților la PIC18F2520
Dacă se utilizează rezonatoare ceramice, în funcție de frecvența de oscilație pe care o dorim, trebuie conectați condensatori de capacități diferite. Valorile condensatoarelor, în funcție de frecvența de oscilație sunt prezentate în tabelul următor.
Tabelul 1. Valori condensatoare pentru rezonatoare ceramice
Dacă se folosesc oscilatoare cu cristal, atunci valorile condensatoarelor trebuie să fie conforme cu tabelul următor:
Tabelul 2. Valori condensatoare pentru oscilatoare cu cristal
Totuși, se poate conecta un ceas extern chiar dacă microcontrolerul funcționează cu oscilator de tipul HS. În acest caz, pinul OSC2/CLKO este neconectat, ca în figura de mai jos:
Figura 27. Conectarea clock-ului extern la PIC18F2520
Configurațiile EC și ECIO necesită conectarea unui semnal de clock extern la pinul OSC1. În acest caz, oscilatorul nu necesită timp de start-up după power-on reset sau după ieșirea din modul sleep.
La oscilatorul EC, frecvența acestuia, împarțită la 4, este disponibilă la pinul OSC2. Acest semnal poate fi utilizat pentru teste sau pentru a sincroniza alte circuite logice. Figura de mai jos prezintă conectarea pinilor la oscilatorul EC.
Figura 28. Conectarea pinilor la oscilatorul EC
Oscilatorul ECIO funcționează asemenea celui de tip EC, cu excepția pinului OSC2, care devine un pin adițional de intrare/ieșire, de uz general. Aceasta conexiune este prezentată în urmatoarea figură:
Figura 29. Conectarea pinilor la oscilatorul ECIO
Oscilatorul RC
Pentru aplicațiile ce nu necesită unități de timp mici, oscilatoarele RC și RCIO oferă reduceri ale costului de implementare. Frecvența oscilatorului este rezultatul a mai multor factori:
tensiunea de alimentare;
valorile rezistenței externe (REXT) și a condensatorului extern (CEXT);
temperatura la care operează microcontrolerul;
Dat fiind același microcontroler, aceeași tensiune de alimentare și temperatură de operare, și aceleași valori ale componentelor, tot va exista o variație a frecvenței. Acest lucru se datorează unor factori precum:
dispersia parametrilor în timpul procesului de fabricație;
diferențe în valorile reale ale condensatoarelor;
variații în limita toleranțelor ale rezistenței și condensatorului exterior;
În configurația pentru oscilatorul RC, frecvența acestuia, divizată cu 4 este disponibilă la pinul OSC2. Acest semnal poate fi folosit pentru teste sau pentru a sincroniza alte circuite logice. Configurația pentru oscilatorul RC este prezentată în figura următoare:
Figura 30. Oscilatorul RC
Valori recomandate pentru rezistență și condensator: R cuprinsă între 3KΏ și 10KΏ, iar CEXT > 20 pF.
Oscilatorul RCIO funcționează asemenea celui de tip RC, cu excepția faptului că, pinul OSC2 devine pin adițional de intrare/ieșire de uz general. Pinul devine astfel bitul 6 al PORTA. Configurația este prezentată în figura următoare:
Figura 31. Oscilatorul RCIO
Valori recomandate pentru rezistență și condensator: R cuprinsă între 3KΏ și 10KΏ, iar CEXT > 20 pF.
Multiplicatorul de frecvență PLL
Microcontrolerul PIC18F2520 este echipat cu un circuit PLL pentru utilizatorii care doresc sa folosească un circuit oscilator cu frecvență mică, sau pentru a calibra circuitul integrat la frecvența maximă pe care o poate oferi un cristal oscilator.
Configurația HSPLL a oscilatorului se folosește de configurația HS pentru frecvențe de până la 10 MHz. Circuitul PLL multiplică ulterior această frecvență cu 4, obținându-se o frecvență maximă de 40 MHz. Bitul PLLEN nu este disponibil în această configurație. Circuitul PLL este disponibil doar pentru cristalul oscilator atunci când biții de configurare FOSC3:FOSC0 sunt programați pentru modul HSPLL (=0110). Schema bloc a circuitului PLL este prezentată în figura următoare:
Figura 32. Circuitul PLL
Configurațiile INTIO
Folosind oscilatorul intern ca semnal de ceas sursă, se elimină nevoia a doi pini externi pentru oscilator, care pot fi folosiți pentru intrări-ieșiri digitale. Două configurații distince sunt disponibile:
în modul INTIO1, pinul OSC2 este pin la ieșirea căruia este disponibilă frecvența FOSC/4, în timp ce pinul OSC1 devine pin digital de intrare/ieșire pentru RA7
în modul INTIO2, pinul OSC1 funcționează ca RA7, iar pinul OSC2 ca RA6, ambii fiind intrări/ieșiri digitale.
2.2.5 Convertorul Analog-Numeric
Modulul convertor analog – digital are zece intrări pentru dispozitivele pe 28 pini și 13 intrări pentru cele cu 40/44 pini. Acest modul permite conversia semnalelor de intrare analogice într-un număr digital, pe 10 biți.
Modulul are cinci regiștri:
• A/D Result High Register (ADRESH)
• A/D Result Low Register (ADRESL)
• A/D Control Register 0 (ADCON0)
• A/D Control Register 1 (ADCON1)
• A/D Control Register 2 (ADCON2)
Registrul ADCON0 controlează funcționarea registrului A/D.
Figura 33. Registrul ADCON0
Registrul ADCON1, prezentat în registrul 19-2, configurează funcțiile pinilor portului. Registrul ADCON2 prezentat în registrul 19-3 configurează sursa clock-ului A/D și timpul programat de achiziție.
Tensiunea de referință este selectată din software, selectând tensiunile de alimentare (VDD și VSS) sau nivelul tensiunii pe pinii RA3/AN3/VREF+ și RA2/AN2/VREF-/CVREF
Convertorul analog numeric are o trăsătură unică, și anume de a fi capabil sa funcționeze atunci cand microprocesorul se află în modul Sleep. Pentru a funcționa în sleep mode, clock-ul convertorului trebuie să fie derivat din oscilatorul intern RC al convertorului.
Rezultatul conversiei este obținut prin aproximări successive.
Un reset al microcontrollerului forțează toți regiștrii să ia starea de reset. Aceasta forțează modulul A/D să fie oprit și orice conversie aflată în curs de desfășurare să fie abandonată.
Fiecare pin asociat convertorului A/D poate fi configurat ca intrare analogica sau intrare/ieșire digitală. Regiștrii ADRESH și ADRESL conțin rezultatul conversiei A/D. Când conversia A/D e completă, rezultatul este încărcat în perechea de regiștri ADRESH: ADRESL, bitul GO/DONE (registrul ADCON0) este șters (0L) și bitul flag de întrerupere A/D, ADIF e setat (1L).
Schema bloc a modului A/D este prezentată în figura de mai jos:
Figura 34. Schema bloc a convertorului A/D
Valoarea din regiștrii ADRESH:ADRESL nu e modificată pentru Power-on-Reset. Regiștrii ADRESH:ADRESL vor conține date necunoscute după Power-on-Reset.
Dupa ce modulul A/D a fost configurat, canalul selectat trebuie să fie pregătit înainte de a începe conversia. Canalele de intrare analogice au biții TRIS corespondenți, configurați ca intrare. Dupa ce timpul de achiziție a trecut, conversia A/D poate fi pornită. Un timp de achiziție poate fi programat să apară înainte ca bitul GO/DONE să fie setat sau de startul propriu-zis al conversiei.
Pentru a face o conversie A/D, trebuiesc respectați următorii pași:
a) Configurarea modulului A/D.
– configurarea pinilor analogici, tensiunilor referință și intrărilor/ieșirilor digitale (ADCON1)
– selectarea canalului de intrare A/D(ADCON0)
– selectarea timpului de achiziție (ADCON2)
– selectarea clock-ului de conversie (ADCON2)
– pornirea modulului A/D (ADCON0).
b) Configurarea intreruperilor A/D (dacă se dorește acest lucru):
– ștergerea bitului ADIF
– setarea bitului ADIE
– setarea bitului GIE
c) Așteptare în funcție de timpul de achiziție (dacă este necesar).
d) Pornirea conversiei:
– setarea bitului GO/DONE (registrul ADCON0)\
e) Așteptare pentru conversia A/D să fie completă, prin:
– testarea bitului GO/DONE și așteptând să se facă 0
– asteptând întreruperea A/D
f) Citirea regiștrilor cu rezultatul conversiei A/D(ADRESH:ADRESL), ștergerea bitului ADIF, dacă este necesar.
g) Pentru următoarea conversie, se trece la pasul a sau b. Timpul de conversie A/D pe bit e definit ca Tad. Un minim timp de așteptare de 2 Tad este necesar înainte ca următoarea achiziție să pornească.
Cerințe pentru conversia A/D
Pentru ca modulul A/D să atingă precizia specificată, condensatorul de sarcină trebuie să poate să se încarce complet. Modelul de intrare analog este prezentat în figura de mai jos:
Figura 35. Modelul de intrare al CAN
Impedanța sursei (Rs) și impedanța comutatorului intern (Rss) afectează direct timpul necesar pentru a încărca condensatorul Chold. Impendanța comutatorului intern (Rss) variază în funcție de tensiunea de alimentare (Vdd). Impendanța sursei afectează tensiunea offset la intrările analogice. Impedanța maximă recomandată pentru sursele analogice e 2.5KΏ. După ce este selectat canalul de intrare, trebuie eșantionat un timp minim (Tacq) înainte de a porni o nouă conversie.
Pentru a calcula timpul minim de achiziție se folosește ecuația de mai jos.
TACQ = Tamp + Tc + Tcoff. Această ecuație presupune că folosim eroare ½ LSb. Eroarea ½ LSb e eroarea maximă permisă pentru ca acest convertor să corespundă rezoluției specificate.
Selectarea și configurarea timpului de achiziție
Registrul ADCON2 permite utilizatorului să selecteze un timp de achiziție care pornește de fiecare dată când bitul GO/DONE este setat. Registrul permine de asemenea utilizatorului, să folosească un timp de achiziție determinat automat.
Timpul de achiziție poate fi setat cu biții ACQT2:ACQT0 (ADCON2<5:3>) care asigură un interval de 20 Tad. Când bitul GO/DONE e setat (1L), modulul A/D continuă să eșantioneze intrarea pentru timpul de achiziție selectat, apoi începe automat conversia.
Deoarece timpul de achiziție e programat, e posibil să nu mai fie nevoie de o așteptare pentru achiziție între selectarea unui canal și setarea bitului GO/DONE.
Achiziția manuală e selectată când ACQT2:ACQT0 = 000. Când bitul GO/DONE e setat, eșantionarea e oprită și începe conversia. Utilizatorul trebuie să asigure un timp suficient între selectarea intrării dorite și selectarea bitului GO/DONE. Această opțiune este aleatoare. Un reset al regiștrilor ACQT2:ACQT0 va face dispozitivul compatibil cu cele care nu oferă timpi de achiziție programabili.
În oricare din cazuri, când conversia e completă, bitul GO/DONE este șters (0L), flag-ul ADIF e setat (1L), și convertorul începe să eșantioneze canalul selectat. Dacă un timp de achiziție este programat, nu există nimic care să indice dacă timpul de achiziție s-a sfârșit sau dacă conversia a început.
Selectarea clock-ului de conversie A/D
Timpul de conversie A/D per bit este definit ca Tad. Conversia A/D necesită 11 Tad pentru conversia pe 10 biți. Sursa clock-ului de conversie A/D este selectabilă software. Există 7 opțiuni posibile pentru Tad:
2 Tosc
4 Tosc
8 Tosc
16 Tosc
32 Tosc
64 Tosc
Oscilator RC intern
Pentru conversii A/D corecte, clock-ul de conversie A/D (Tad) trebuie să fie cât mai scurt posibil, dar mai mare decat minimul Tad.
Configurarea porturilor analogice
Regiștrii ADCON1, TRISA, TRISB și TRISE, configurează pinii porturilor A/D. Pinii port folosiți ca intrări analogice trebuie să aibe biții TRIS corespondenți setați (intrare). Dacă bitul TRIS este șters (ieșire), nivelul de ieșire digital (Voh sau Vol) va fi convertit.
Functionarea A/D e independentă de starea biților CHS3:CHS0 și TRIS.
Conversii A/D
Figura următoare arată funcționarea convertorului A/D după ce bitul GO a fost setat și biții ACQT2:ACQT0 sunt șterși (0L).
Figura 36. Funcționarea CAN cu bitul GO setat
Figura de mai jos arată funcționarea convertorului A/D după ce bitul GO a fost setat (1L) și biții ACQT2:ACQT0 sunt setați ‘010’ și selectând un timp de achiziție de 4 Tad, înainte de a începe conversia.
Figura 37. Funcționarea CAN cu biții ACQT2:ACQT0 setați ‘010’
Ștergând bitul de GO/DONE în timpul unei conversii va determina abandonul conversiei curente. Perechea de regiștri ai rezultatului A/D nu va fi rescrisă cu un rezultat parțial al conversiei. Rezultă că regiștrii ADRESH:ADRESL vor contiuna să conțină valoarea ultimei conversii (sau ultima valoare scrisă în regiștrii ADRESH:ADRESL). După ce conversia A/D este completă sau întreruptă, este necesară o pauză de 2 Tad, înainte ca următoarea achiziție să fie pornită. După această pauză, achiziția pe canalul selectat este pornită automat.
Folosirea Triggerului CCP2
O conversie A/D poate fi pornită de SET (Special Event Trigger) al modulului CCP2. Este nevoie ca biții CCP2M3:CCP2M0 (CCP2CON<3:0>) să fie programați ca ‘1011’ și modulul A/D să fie activat (bitul ADON e setat (1L)). Când triggerul este activat, bitul de GO/DONE va fi setat, pornind conversia și achiziția A/D și numărătorul Timer1 (sau Timer3) va fi resetat la zero.
Trebuie selactat un canal de intrare analoc adecvat și timpul minim de achiziție este selectat ori de utilizator, ori selectat un timp Tacq înainte ca SET să seteze bitul GO/DONE (și să înceapă o conversie nouă).
Dacă modulul A/D nu e activat (ADON este 0L), SET va fi ignorat de modulul A/D, dar va reseta în contiunuare numărătorul Timer1 (sau Timer3).
2.2.6 Comanda PWM
În microprocesoarele PIC18F4420/4520, CCP1 e implementat ca modul standard CCP cu posibilități PWM îmbunătățite. Asta include două sau patru canale de ieșire, polaritate selectabilă, bandă de oprire, control, închidere automată și restart.
Trăsăturile îmbunătățite sunt discutate în detaliu în secțiunea 16.4 – “Mod PWM îmbunătățit”. Capturarea, compararea și ieșirea-singulară PWM a modulului ECCP sunt descrise la fel pentru modulul standard CCP.
Registrul de control pentru modulul CCP îmbunătățit este arătat în Registrul 16-1. Diferă de regiștrii CCPxCON în PIC18F2420/2520 prin faptul că cei doi biți superiori sunt implementați în controlul PWM.
Figura 38. Registrul de control pentru modulul CCP
2.2.6.1 Ieșiri ECCP și configurare
Modulul îmbunătățit CCP ar putea avea până la patru ieșiri PWM, în funcție de modul de funcționare selectat. Aceste ieșiri, numite P1A până la P1D sunt multiplexate cu pinii de intrare/ieșire a PORTC și PORTD. Ieșirile care sunt active depinde de modul de funcționare CCP. Pentru a configura pinii I/O ca ieșiri PWM, modul PWM corespunzător trebuie selectat, setând biții P1M1:P1M0 și CCP1M3:CCP1M0. Valori corespunzătoare trebuie scrise în regiștrii TRISC și TRISD, pentru ca pinii să devină ieșiri.
Modulul ECCP și Resurse Timer
Ca și modulul standard CCP, modulul ECCP poate utiliza Timer 1,2 sau 3, în funcție de modul selectat. Timer1 și Timer3 sunt disponibile pentru module în modurile de captură sau comparare, pe când Timer2 e disponibil pentru module în mod PWM. Interacțiuni între modulele standard CCP și ECCP sunt la fel ca cele descrise pentru modulul CCP standard.
Figura 39. Schema bloc a modululuii PWM
2.2.6.2 Modurile Captură și Comparare
Cu excepția funcționării SET (Special Event Trigger), discutat mai jos, modurile Captură și Comparare sunt identice în funcționare cu cele ale CCP2. Nu sunt necesare schimbări la trecerea de la dispositive pe 28 pini la cele pe 40/44 pini.
Trigger pentru Evenimente Speciale (Special Event Trigger)
Ieșirea SET a modulului ECCP1 resetează perechea de regiștri TMR1 sau TMR3, în funcție de resursele selectate în mod curent. Asta permite registrului CCPR1 să fie un programator eficient de 16 biți pentru Timer1 sau Timer3.
2.2.6.3 Modul PWM îmbunătățit
Atunci când e configurat în mod Ieșire singular (Single Output), modulul ECCP funcționează identic cu modulul CCP standard, în mod PWM. E numit uneori și mod “Compatibil CCP”
Modul PWM îmbunătățit asigură ieșiri adiționale PWM pentru un mai bun control al aplicațiilor. Modul e compatibil cu modulul standard CCP și oferă până la patru ieșiri, numite P1A până la P1D. Utilizatorii au posibilitatea de asemenea să selecteze polaritatea semnalului. Modul de ieșire și polaritatea sunt configurate setând biții în regiștrii P1M1:P1M0 și CCP1M3:CCP1M0 ai registrului CCP1CON.
Toți regiștrii de control dispun de bufere duble și sunt încărcați la început cu un nou ciclu PWM, pentru a evita erorile la ieșire. Excepția este registrul de Delay PWM, PWM1CON, care e încărcat ori în ciclul de limită ori în perioada limită (oricare apare prima). Din cauza buferelor, modulul așteaptă până ce timerul desemnat se resetează, în loc să pornească imediat. Asta înseamnă că semnalul PWM îmbunătățit nu se potrivește perfect cu cele PWM standard, dar sunt decalate cu un ciclu de instrucțiune (4 Tosc). Ca și înainte, utilizatorul trebuie să configureze manual biții TRIS pentru ieșire
2.2.6.4 Perioada PWM
Perioada PWM e specificată scriind în registrul PR2. Perioada PWM e calculată folosind urmatoarea ecuație:
perioada PWM = [(PR2) + 1] * 4 * TOSC * (valoarea prescalerului TMR2)
Frecvența PWM e definită ca 1/[perioada PWM]. Când TMR2 e egal cu PR2, urmatoarele trei evenimente au loc:
TMR2 este șters
Pinul CCp1 e setat (1L) (dacă ciclul PWM = 0%, CCP1 nu va fi setat)
Ciclul PWM e copiat din CCPR1L în CCPR1H
Ciclul PWM e specificat scriind în registrul CCPR1L și în BIȚII CCP1Con<5:4>. Sunt disponibile rezoluții de până la 10 biți. CCPR1L conține cei 8 biți superiori și CCP1CON<5:4> îi conține pe ceilalți 2, inferiori. Această valoare de 10 biți este reprezentată de CCPR1L:CCP1CON <5:4>. Ciclul PWM e calculat cu următoarea ecuație:
Ciclul PWM = (CCPR1L:CCP1CON<5:4>) * TOSC * (valoarea prescalerului TMR2)
CCPR1L și CCP1CON<5:4> pot fi scriși la orice moment dat, dar valoarea ciclului nu e copiată în CCPR1H până nu apare potrivirea între PR2 și TMR2. În mod PWM, CCPR1H poate fi doar citit.
Registrul CCPR1H și un latch intern de doi biți sunt folosiți ca buffer dublu pentru ciclul PWM. Acest buffer dublu este esențial pentru erorile din funcționarea PWM.
Configurarea Ieșirii PWM
Biții P1M1:P1M0 din registrul CCP1CON permit una din patru configurații:
Single output
Half bridge output
Full bridge output. Mod normal.
Full bridge output. Mod invers
Capitolul 3. Proiectarea circuitului
3.1 Proiectarea hardware
Scopul lucrării este acela de a regla turația unui motor de curent continuu prin comanda PWM, în scopuri industriale sau de uz casnic. Din ce în ce mai des, în cadrul proceselor tehnologice din diverse activități, se folosesc motoare de curent continuu la care turația poate fi modificată în funcție de cerință. Pentru a realiza un circuit care masoară turația unui motor de curent continuu este nevoie, în principal, de un motor, un senzor (care pate fi optocuplor sau senzor Hall), dar și de un microcontroler care achiziționează și afișează datele pe un display. În scopul realizării proiectului, s-a pornit de la următoarea schemă bloc:
Figura 40. Schema bloc a montajului
3.1.1 Sursa de alimentare
Sursa de alimentare a fost creată deoarece montajul este alimentat de la rețeaua alternativă de 220V, iar elementele montajului funcționează la 5V tensiune continuă.
Schema electrică a sursei este prezentată în figura următoare:
Figura 41. Sursa de alimentare
3.1.1.1 Dimensionarea transformatorului
Transformatorul electric este un aparat electromagnetic static, având două sau mai multe înfășurări electrice cuplate magnetic care transformă parametrii (uzual curentul și tensiunea, dar și numărul de faze, frecvența) energiei electrice de curent alternativ. Deci atât la intrare cât și la ieșire întâlnim aceiași formă de energie (electrică), dar cu parametri diferiți.
Transformatoarele electrice se pot clasifica după următoarele criterii:
a.1) După destinație:
– transformatoare de putere mono sau trifazate, utilizate în transportul și distribuția energiei electrice ca ridicătoare sau coborâtoare de tensiune.
– autotransformatoare, utilizate pentru interconectarea rețelelor de tensiuni diferite sau pentru reglajul tensiunii.
– transformatoare de măsură de curent sau de tensiune, utilizate pentru adaptarea diverselor aparate de măsură (ampermetre, voltmetre, wattmetre, etc.).
– transformatoare cu destinație specială (transformatoare de sudură, pentru cuptoare electrice, pentru modificarea numărului de faze, etc.).
a.2) După felul mărimii transformate:
– transformatoare de tensiune;
– transformatoare de curent.
a.3) După sensul transformării:
– transformatoare ridicătoare;
– transformatoare coborâtoare.
Elemente constructive ale transformatorului electric
La baza funcționării transformatorului electric stă fenomenul inducției electromagnetice; din acest motiv este necesară obținerea câmpurilor magnetice intense cu ajutorul miezurilor din fier, pe care se află înfășurările electrice realizate din conductoare de cupru, aluminiu sau aliaje.
Principalele elemente constructive ale transformatorului electric sunt: miezul de fier, înfășurările, carcasa, rezervorul de ulei, releul de gaze, izolatorii de trecere.
Transformatorul monofazat are două înfășurări și anume:
– înfășurarea primară – care primește energie electrică de curent alternativ;
– înfășurarea secundară – care cedează energie de curent alternativ transformată.
Randamentul transformatorului
Energia preluată din circuitul primar se regăsește în circuitul secundar în proporție de 80-90%, diferența de 10-20% fiind “pierdută” sub formă de căldură sau câmp electromagnetic radiat în mediul înconjurător.
Prin definiție randamentul unui transformator este: =P2
P1
în care P1 și P2 sunt respectiv puterile active măsurate la bornele secundarului și primarului.
Randamentul atinge valoarea maximă la încercarea (I2) pentru care pierderile în fier sunt egale cu pierderile în înfășurările transformatorului, conform ecuației:
PFe=PCu
În mod uzual, caracteristica randamentului se trasează grafic pe baza datelor obținute prin încercări experimentale. Practica a arătat că valoarea maximă a randamentului se obține în jurul valorii curentului I2=0,7 I2n . În general, randamentul transformatorului este mai ridicat decât cel al mașinilor rotative neintervenind pierderile mecanice. La transformatoarele de putere medie și mare (10-1000kVA), randamentul este 0,95-0,97; la transformatoarele de foarte mare putere poate depăși 0,99, iar la transformatoarele foarte mici randamentul scade chiar sub 0,70 .
3.1.1.2 Proiectarea transformatorului de rețea
În proiectarea transformatorului de rețea se pleacă de la cerințele de proiectare și anume: asigurarea în secundarul transformatorului a unei tensiuni Us (în cazul nostru de 12V) și a unui curent minim impus (în cazul nostru Is=0,1A).
Pentru a exprima cantitativ legea de bază a transformatoarelor, vom nota cu N1, U1, I1, respectiv N2, U2, I2, numărul de spire, tensiunea și curentul din înfășurarea primară, respectiv secundară ale transformatorului de rețea.
Experiența arată că raportul dintre numărul de spire din primar si din secundar este egal cu raportul dintre tensiunile respective U1 și U2. Deci:
=raportul de transformare
Daca am neglija pierderile de energie din transformator, raportul dintre curentul în primar și cel din secundar ar fi egal cu inversul raportului de transformare:
Randamentul transformatorului depinde de numeroși factori, printre care se numără calitatea și geometria miezului utilizat, forma și dimensiunile înfășurărilor, diametrul conductoarelor folosite, etc.
În marea majoritate a situațiilor practice, când se folosesc miezuri de forma E+I din tole de fier-siliciu, se poate lua în calcule un randament: =80%
Asta înseamnă că dacă dorim să obținem în circuitul secundar o putere P2 va trebui să furnizăm primarului o putere P1 mai mare:
P1=P2/; Deci:P1=1,25*P2
În această relație figurează puterea aparentă: P=U*I. În cazul nostru, când în secundar avem două înfășurări care trebuie să debiteze fiecare tensiunea maxima U2=12V și curentul maxim I2=0,1A, puterea unui secundar este:
Sn= P2=U2*I2=12[V]*0,1[A] = 1,2[VA]
Puterea maxima absorbita de primar va fi: P1= 1.25*2*1.2 = 3 [VA]
Calculul miezului transformatorului
Pentru alcătuirea miezului transformatorului, cel mai frecvent se folosesc tole de tipul E+I.
Secțiunea coloanei, Sc, se obține înmulțind grosimea c a pachetului de tole cu lățimea b a benzii centrale din tola E.
Se exprimă b și c în centimetri și deci Sc va rezulta în cm2. Cunoașterea secțiunii este obligatorie, deoarece puterea maximă pe care o transferă un transformator este dependentă de secțiunea miezului. Pentru materialele feromagnetice obișnuite, această dependență se poate exprima prin relația aproximativa: Sc =; unde Sc se ia in cm2, iar P1 in VA.
Atunci când miezul magnetic este realizat din tole de calitate inferioară, vom avea:
Sc’ = (1,1 … 1,6) * Sc
În cazul nostru, considerăm tolele confecționate din material feromagnetic obișnuit, și luam totuși un coeficient de siguranță de 1.1. Vom avea:
Sc=1.1*=1.1*1,73=1,903 cm2
În funcție de lățimea b a benzii centrale a tolei E se poate calcula acum grosimea c a pachetului de tole.
Se va căuta totuși ca forma secțiunii Sc sa fie aproape pătrată, deoarece în acest caz lungimea unei spire va fi minimă pentru secțiunea dată, ducând astfel la destul de importante economii de conductor.
Sc= kFe*b*c= kFe *b*b; va rezulta b= 1,47 cm
Sc= kFe*b*b= 0,95*1,47*1,47=2,057 cm2.
KFe= coeficient de umplere miez = 0,95
Secțiunea jugului Sj= 1/2*Sc= 2,057/2= 1,028 cm2.
Înălțimea coloanei Lc= = = 0,97 cm
e1 = 4.44*f*Sc*Bc= 4.44*50*2,057*1/10000= 0,045V; A= 80A/m; Bc= 1T;
A este pătura de curent, iar Bc este inducția în coloană.
Calculul înfășurărilor
E1= U1-= 220-= 209 V; ∆u= 5%;
E2= U2+= 14+ = 14,6 V
Numărul de spire:
– în primar n1=E1/e1= 209/0,045= 4644,4=4645 spire;
– în secundar n2= E2/e2= 14,6/0,045= 324,4= 325 spire;
Fluxul magnetic util: = = = 0,2 mWb
Inducția magnetică în coloană: Bc’= /Sc= 0,2*10-3/2,057*10-4= 0,9T;
Curenții nominali în transformator:
I1= = 17,6mA;
I2= == 0,1A;
Secțiunea conductoarelor:
– în primar sn1= I1/J1= 0,0176/2= 0,0088mm2; Aleg un conductor cu secțiunea
sn1= 0,0088 mm2 și diametrul d1= 0,105 mm;
– în secundar sn2= I2/J1= 0,1/2= 0,05mm2; Aleg un conductor având secțiunea sn2= 0,05mm2 și diametrul d2= 0,25 mm.
Cu aceste valori se recalculează densitățile de curent:
J1=I1/sn1= 0,0176/ 0,0088= 2 A/ mm2;
J2= I2/sn2= 0,1/ 0,05= 2 A/ mm2;
Dimensionarea înfășurărilor:
– Înălțimea bobinei Hb= Lc- 3mm= 9,7 – 3 = 6,7mm
– numărul de spire pe un strat:
– în primar nss1= Hb/ d1= 6,7/ 0,105= 63,8 sp./ strat;
-în secundar nss2= Hb/ d2= 6,7/ 0,25= 26,8 sp./ strat;
– numărul de straturi
– în primar ns1= n1/ nss1= 4645/ 63,8= 72,8 straturi;
– în secundar ns2= n2/ nss2= 325/ 26,8= 12,12 straturi;
Grosimea bobinei: a1= ns1*d1= 72,8*0,105= 7,64mm;
a2= ns2*d2= 12,12*0,25= 3,03mm;
Lățimea ferestrei: T= 1+2+a1+a2+3= 1+2+7,64+3,03+3=16,67 mm.
lmed1= 2*(0,5+b+b+2a1)= 2*(0,5+1,47+1,47+2*7,64)= 37,44 cm
lmed2= 2*(0,5+b+b+4a1+2a2)= 2*(0,5+1,47+1,47+4*7,64+2*3,03)= 80,12 cm
Masa conductoarelor înfășurărilor:
Gw1= cu*sn1*n1*lmed1= 8,9*103*88*10-4 *10-6*4645*0,3744= 0,1 Kg
Gw2= cu*sn2*n2*lmed2= 8,9*103*5*10-2*10-6*325*0,8012= 0,09 Kg
Masa netă a fierului:
Gfec= Sc*Lc*fe= 2,057 *10-4*0,0097*7,65*103= 0,015Kg
Gfej= 2Sj*(Lc+Lj)*fe=2*1,028*10-4 (0,0097+0,0062) *7,65*103= 0,025 Kg
Lj= 2*(b+T)= 2*(1,47+1,66)= 6,26 cm
Primarul transformatorului T1 este alimentat cu tensiune alternativă de la rețea, prin conectorul JP2. Secundarul transformatorului furnizează o tensiune de 12V alternativ, ceea ce ne indică faptul că, raportul de transformare este de 18,3. Tensiunea din secundar a fost redresată cu ajutorul punții de diode 2WM03 (D1) și rezultă tensiune continuă, apoi filtrată cu ajutorul condensatorului polarizat de 1000uF și deparazitată cu ajutorul condensatorului nepolatizat de 100nF.
Tensiunea astfel obținută este necesară pentru alimentarea stabilizatorului de tensiune LM7805, care la ieșire furnizează o tensiune de 5V. Tensiunea obținută este din nou filtrată prin condensatorul polarizat de 10uF.
Prezența tensiunii în circuit este semnalată de circuitul rezistență-led. Dacă tensiunea căzătoare pe led este de 2V, iar curentul aborbit de acesta este de 2mA, rezultă că, valoarea rezistenței R6, prin aplicarea legii lui Ohm este de 1KΏ.
Tensiunea continuă obținută este necesară pentru alimentarea microcontrolerului, dar și a motorului de curent continuu.
3.1.2 Motorul de curent continuu
Motorul de curent continuu este cea mai importantă componentă a montajului.
Se dorește reglarea turației unui motor de curent continuu prin comanda PWM. Modulul poate funcționa în două regimuri: manual sau automat.
a) Modul manual: în acest mod, turația va fi citită prin citirea poziției cursorului unui potențiometru. Valoarea tensiunii de pe cursor, în funcție de care modificăm factorul de umplere al semnalului PWM va fi transformată în informație numerică prin convertorul analog numeric din microcontroler.
b) Modul automat: se prescrie o anumită viteză de rotație a motorului de curent continuu, iar microcontrolerul va ajusta factorul de umplere al semnalului PWM pentru a menține turația dorită.
Citirea vitezei se face utilizând un optocuplor care generează un impuls pe rotație. În ambele moduri, pe un display LCD se face afișarea rotației prescrise, rotației reale și al factorului de umplere.
Figura 42. Motorul de curent continuu folosit în montaj
3.1.3 Microcontrolerul
Pentru a citi datele de la optocuplor, am folosit un microcontroler care ajustează factorul de umplere am semnalului PWM pentru a menține turația dorită. La ponirea microcontrolerului se stabilește partea de inițializare: se setează valori inițiale sau folosite, se setează diverși regiștri ai microcontrolerului prin intermediul cărora se activează sau nu anumite module folositoare. Registrul ADCON1 activează convertorul analog numeric pe pinul RA0, T0CON și T1CON activează sau dezactivează anumite întreruperi, se inițializează comunicația cu display-ul LCD, și nu în ultimul rând, se activează semnalul PWM. Am ales picul 18F2520 fabricat de Microchip. Acest circuit integrat oferă toate avantajele generației PIC18, în speță o putere mare de calcul la un preț economic, cu adăugarea unei memorii program flash. În completarea acestor precizări, PIC18F2520 este proiectat astfel încât acest microcontroler să fie o alegere logică pentru multe aplicații sensibile, ce impun performanțe ridicate, precum cele discutate în aceasta lucrare. Tensiunea de alimentare pentru acest circuit integrat este de 5V.
Pentru vizualizarea informațiilor referitoare la motor, a fost folosit un modul LCD. Registrul de comandă memorează comenzile primite de către LCD. Comanda este o instrucțiune primită de către LCD pentru a realiza o sarcină predefinită precum inițializarea, ștergerea informației de pe display, ajustarea cursorului.
Figura 43. Microcontrolerul folosit în montaj
Rezistența R1 este folosită pentru reglarea contrastului display-ului LCD. Valoarea ei nu trebuie să fie prea mică deoarece va trece prin ea un curent mare. O valoare optimă este considerată 10KΏ.
Rezistențele R2, R3, R4 și R5 sunt rezistențe de pull-up care mențin intrările RA1, RA2, RA3, RA4 ale microcontrolerului la potențialul de 5V. Valorile acestora sunt alese similar cu R1.
Potențiometrul R6 reglează viteza de rotație a motorului de curent continuu prin citirea valorii cursorului. Valoarea tensiunii de pe cursor, în funcție de care modificăm factorul de umplere al PWM va fi transformată în informație numerică prin convertorul analog numeric din microcontroler.
Optocuplorul este format dintr-o diodă și un tranzistor. Pe diodă cade o tensiune de 2V, iar curentul absorbit este de 10mA. Valoarea rezistenței R7 a fost stabilită prin aplicarea legii lui Ohm: 3V / 10mA = 300Ώ.
Rezistența R8 din baza tranzistorului Q1 a fost calculată cu legea lui Ohm: (5-0.6)V / 10mA = 440Ώ. O valoare nominală apropiată acestei rezistențe este 470Ώ.
Rezistența R9, plasată pe pinul – Master Clear Reset – realizează menținerea la tensiunea de 5V, nivel 1 logic al semnalului, pe pinul 1 cu funcția de al microcontrolerului, activ pe 0 logic care ar reseta dispozitivul.
3.1.4 Conectorul ICSP
Microcontrolerele sunt circuite integrate, care de regulă, sunt lipite direct pe cablaj, și nu sunt prevăzute cu conectori adiționali prin care se conectează la un calculator. Pentru a fi conectate la un calculator, la un port al acestuia, este imperativ sa aibă o componentă hardware, numită programator.
Cel mai versatil programator este reprezentat de ICSP (In-Circuit Serial Programmer). Acesta prezintă o serie de avantaje, dintre care putem enumera dimensiunea mică, disponibilitatea de conectare la un port al calculatorului, sau tensiunea de alimentare. Datorită variației de interconectare în diferitele scheme electrice ce înconjoara microcontrolerul, nu există un programator care sa fie compatibil cu toate microcontrolerele și configurațiile schemelor electrice aferente.
Microcontrolerele PIC sunt programate prin intermediul a 5 pini (este prevăzut și un al șaselea pin, auxiliar, dar care nu este utilizat).
Datele sunt transferate prin intermediul a două fire, în mod serial, sincron. Prin ceilalți 3 pini se programează și se alimentează cu tensiune microcontrolerul. Semnalul de ceas este întotdeauna controlat de programator.
Semnalele prezente în programatorul serial ICSP:
a) Vpp – tensiunea de programare; acest prin trebuie conectat la pinul al microcontrolerului. Pentru a trece microcontrolerul în modul programare, aceasta magistrală trebuie să fie cuprinsă într-o gamă de tensiuni care variază de la un microcontroler la altul. Pentru PIC-urile alimentate la 5V, tensiunea de programare trebuie să fie peste această valoare, ajungând uneori și la 13.5V. Pentru PIC-urile alimentate la 3.3V, intrarea în modul de programare se face printr-o semnatură specială, unde Vpp este un semnal digital, fiind ori masă (GND), ori tensiunea de alimentare (VDD). Nu există o tensiune de programare care să fie într-o gamă acceptată de toate PIC-urile.
Vdd – este tensiunea de alimentare pozitivă a PIC-ului. Unele programatoare necesită ca această tensiune să fie furnizată de circuit.
Vss – este tensiunea de alimentare negativă a PIC-ului, și reprezintă referința de 0V pentru celelalte semnale ale programatorului.
ICSPCLK – este magistrala ce furnizează semnalul de ceas. Nivelurile acestei linii oscilează între referința 0V (GND) și tensiunea de alimentare (Vdd), fiind întotdeauna comandate de programator.
ICSPDAT – este magistrala de date. Aceasta este bidirecțională, putând fi comandată, fie de către programator, fie de către PIC, în funcție de curent. În ambele cazuri, palierele oscilează între GND și Vdd. Datele sunt transmise pe frontul descrescator al semnalului de ceas.
Figura 44. Dispunerea pinilor conectorului ICSP
3.2 Implementarea software
Pentru a funcționa în bune condiții, microcontrolerul trebuie programat. Programarea se face cu ajutorul platoformei PicKit2, prin conectorul ICSP (In-Circuit Serial Programmer), aflat pe montaj. Metoda de programare este simplă, deoarece microcontrolerul nu trebuie scos din soclu și programat separat. Este nevoie doar de conectarea platformei și de scrierea programului în sine.
Organigrama circuitului este prezentată în figura de mai jos:
Figura 45. Organigrama circuitului
3.3 Afișarea informațiilor
Informațiile citite de microcontroler se pot afișa pe un display LCD (Liquid Crystal Display). Afișajul cu cristale lichide este un dispozitiv de afișare pentru litere, cifre, grafică și imagini, fiind constituit dintr-o matrice de celule lichide care devin opace sau își schimbă culoarea sub influența unui curent sau câmp electric. Se prezintă sub forma unui ecran afișor care este comandat electronic printr-un decodificator de caractere numerice și alfabetice. Este folosit frecvent în construcția ceasurilor digitale, la afișările de date la mașini CNC, echipamente de uz casnic, inscripții și semnalizări electronice.
Cristalele lichide reprezintă o stare intermediară între solidul cristalin și lichid. Moleculele în cristale lichide se pot mișca relativ ușor, ca și moleculele într-un lichid. Totuși, toate moleculele dintr-un cristal lichid tind să se orienteze în aceeași manieră, asemănător cu aranjamentul molecular din cristalele solide.
Cristalele lichide sunt combinații chimice de natură organică aflate în stare lichidă. Ele au proprietatea de a putea fi comandate de o tensiune electrică, astfel încât își ordonează moleculele trecând de la stare „transparentă” la stare „netransparentă”. Concret, este vorba de o polarizare electrică a unor molecule lichide care în contrast cu restul câmpului formează o imagine vizibilă.
Cristalele lichide folosite în LCD-uri sunt structurate nematic. Fiecare pixel dintr-un LCD este alcatuit dintr-un strat de molecule perpendiculare aranjate între doi electrozi transparenți și două filtre de polarizare, gradul de polaritate a celor perpendiculare una față de alta.
Primul factor care face afișoarele cu LCD mult mai avantajoase decât alte tipuri de afișoare este dimensiunea redusă și greutatea mică a acestora care-l fac ideal pentru aplicațiile compacte și de greutate redusă. Al doilea avantaj îl constituie energia consumată care este mult mai mică în comparație cu cea consumată de ecranele CRT.
Figura 46. Funcționarea cristalelor lichide
Una din proprietățile cristalelor lichide este faptul că sunt influențate de câmpul electric care-l străbat. Un anumit tip de cristal lichid, numit Twisted Nematic (TN), are moleculele răsucite în starea lor naturală. Prin aplicarea unui câmp electric, aceste molecule se orientează în direcția câmpului lăsând lumina polarizată să treacă. Unghiul de răsucire al moleculelor este de până la 90o. Din acest motiv informația afișată nu poate fi vizualizată la unghiuri mai mari de 45o față de normala dusă pe afișor, acesta constituind unul din principalele dezavantaje.
Figura 47. Display LCD 2×16 caractere
Dispunerea pinilor unui Display 2×16 caractere este prezentată în figura și tabelul următor:
Figura 48. Dispunerea pinilor afișajului digital
Tabelul 3. Dispunerea pinilor afișajului digital
Capitolul 4. Concluzii
Funcțiile speciale deținute de microcontrolerul PIC18F2520 face din acest dispozitiv un adevărat ajutor în implementarea sistemelor de control al motoarelor de curent continuu și implicit al turației acestora făcând totodată ca elementele externe să se reducă simțitor, acesta implicând o putere consumată mai mică și un cost redus al întregului sistem.
Programarea versatilă a acestui dispozitiv oferă posibilitatea de îmbunătățire continuă a funcțiilor dorite a se obține lăsând la latitudinea utilizatorului complexitatea software-ului cât și interconectarea cu diferite dispozitive de afișare și memorare.
4.1 Măsurarea PWM-ului
Din măsurătorile practice se pot scrie următoarele valori ce au rezultat la diferite valori ale factorului de umplere, după cum urmează:
– la un factor de umplere de 25%, viteza de rotație este 0; f = 5KHz
Figura 49. PWM = 25%
– la un factor de umplere de 50%, viteza de rotație este 9 rot/min; f = 5KHz
Figura 50. PWM = 50%
– la un factor de umplere de 75%, viteza de rotație este 32 rot/min; f = 5KHz
Figura 51. PWM = 75%
– la un factor de umplere de 100%, viteza de rotație este 60 rot/min. f = 5KHz.
Figura 52. PWM = 100%
4.2 Fiabilitatea și calculul economic am montajului
4.2.1 Fiabilitatea
a) Determinarea indicatorilor de fiabilitate s-a facut conform STAS 10307/75 "Fiabilitatea produselor industriale-indicatori de fiabilitate". În calculul ce urmează s-a adoptat o lege de distribuție exponențială pentru intensitatea de defectare, pe considerentul numărului ridicat de componente.
b) Indicatorii au fost determinați ținând cont atât de componentele electronice cât și de cele mecanice ale dispozitivului.
c) Calculul a fost făcut pe baza considerațiilor:
– dispozitivul este nereparabil, nu este alcătuit din module ce pot fi schimbate, deci s-a luat în considerare timpul de funcționare până la defectare.
– regimul de lucru a fost considerat continuu.
– pentru asigurarea funcțiilor dispozitivului, componentele sale se consideră în conexiune serie.
d) Calculul este prezentat în tabelul următor:
Tabelul 4. Calculul fiabilității
total=17.5 * 10-6 ore-1
normalizat = 18 * 106 ore-1
MTBF până la primul defect: 1/ λ =1/(18*10-6) = 55555 ore
Pentru t=1000 ore rezultă:
R(t)= exp(-*t) = exp(-0.032) = 0.971
F(t)=1-R(t) = 0.29
4.2.2 Calculul economic
Valoarea aparatului se calculează cu relația următoare:
unde:
I = investiția, = prețul aparatului, = cheltuieli de montaj, = cheltuieli pentru transport.
Tabelul 5. Calculul economic
Preț componente: 192.3 lei.
Preț șuruburi, plexiglas, cablaj imprimat: 30 lei.
Preț total = 192.3 + 30 = 222.3 lei.
Opis
Proiectul are ca temă “ Reglarea turației unui motor de curent continuu”, și dispune de un volum de 61 de pagini, un număr de 52 de figuri și 5 tabele.
Lista figurilor cuprinse în proiect este dată în următorul tabel :
Lista tabelelor cuprinse îm proiect sunt prezentate în continuare:
Anexe
Schema montajului:
Cablajul și dispunerea componentelor pe placă
Montajul
Programul folosit:
// LCD module connections
sbit LCD_RS at RB6_bit;
sbit LCD_EN at RB7_bit;
sbit LCD_D4 at RB3_bit;
sbit LCD_D5 at RB2_bit;
sbit LCD_D6 at RB1_bit;
sbit LCD_D7 at RB0_bit;
//
sbit LCD_RS_Direction at TRISB6_bit;
sbit LCD_EN_Direction at TRISB7_bit;
sbit LCD_D4_Direction at TRISB3_bit;
sbit LCD_D5_Direction at TRISB2_bit;
sbit LCD_D6_Direction at TRISB1_bit;
sbit LCD_D7_Direction at TRISB0_bit;
// se definesc variabilele folosite in program
char pwm1, pwm1a, oldstate, oldstate1;
char txt2[10],k,j, manual_pwm, step;
unsigned int adc_temp, cont;
int frecv, temp, timp, rot;
void interrupt(void)
{ //
//la fiecare activare a intreruperii generate de TMR1
//se incrementeaza Frecv
delay_ms(1);
delay_us(110);
timp++;
if(timp==15)
{
timp=0;
//se transfera valoarea lui TMR1L in registrul temp
temp=TMR0L;
// se calculeaza numarul de impulsuri numarat din cele trei registre in care este tinut
for(k=1;k<=TMR0H;k++) temp=temp+256;
frecv=temp;
TMR0H=0;
TMR0L=0;
}
//se sterge bitul care semnalizeaza aparitia intreruperii
PIR1=0b00000000;
PIR2=0b00000000;
TMR1H=0;
TMR1L=0;
//PIE1=0b00000000;
}
void main() {
ADCON1=0b00001110;
ADCON2=0b00000000;
TRISB=0b00000000;
PORTB=0b00000000;
TRISA=0b11111111;
TRISC=0b00000001;
CMCON=0b00000111;
PWM1_Init(5000); // Initialize PWM1 module at 5KHz
PWM1_Start(); // start PWM2
PWM1_Set_Duty(0); // Set current duty for PWM1
//se initializeaza comunicatia cu diplayul
Lcd_Init(); // Initialize LCD
// se sterge diplayul
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); // Clear display
//se stinge cursorul
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); // Cursor off
Lcd_Out(1,1,"Cda PWM motor cc");
delay_ms(2000);
pwm1=0;
rot=0;
cont=0;
step=1;
frecv=0;
timp=0;
temp=0;
//se activeaza intreruperile
INTCON=0b11000000; //activam intreruperile
INTCON2=0b00000000; //activam intreruperile
INTCON3=0b00000000; //activam intreruperile
PIE1=0b00000001;
TMR0L=0;
TMR0H=0;
TMR1L=0;
TMR1H=0;
T0CON=0b10101000;
T1CON=0b11001101;
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
start:
//se testeaza starea pinului RA3: daca este in manual sau automat
if (PORTA.F3==0)
{
Lcd_Out(1,2,"Automat ");
//se testeaza butoanele + si –
// daca s-a apasat + se incrementeaza variabila rot
// daca s-a apasat – se decrementeaza variabila rot
if (Button(&PORTA, 1, 1, 1)) oldstate = 1;
if (oldstate && Button(&PORTA, 1, 1, 0))
{
oldstate=0;
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); // Clear display
if (rot<60) rot++;
}
if (Button(&PORTA, 2, 1, 1)) oldstate1 = 1;
if (oldstate1 && Button(&PORTA, 2, 1, 0))
{
oldstate1=0;
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); // Clear display
if (rot>0) rot–;
}
}
else
{
// in modul manual se regleaza numarul de rotatii direct cu ajutorul unui potentiometru
Lcd_Out(1,1," Manual ");
// se converteste valoarea analogica a tensiunii pe intrarea RA0 intr-o valoare numerica
adc_temp=ADC_Read(0);
// rezultatul conversiei este pe 10 biti.
//Vom face o converie din 10 biti in 8 biti prin shiftare spre dreapta pierzand bitii cei mai putin semnificativi
manual_pwm=adc_temp>>2;
pwm1=manual_pwm;
}
// pentru o reglare rapida si fina a factorului de umplere se calculeaza diferenta dintre valoarea reala si cea impusa
// si in functie de rezultat se seteaza corespunzator pasul de incrementare respectiv decrementare
if (cont>30)
{
if ((rot-frecv)>10) step=1;
if ((rot-frecv)>20) step=5;
if ((rot-frecv)>40) step=10;
if ((frecv<rot) && (pwm1<245)) pwm1=pwm1+step;
if ((frecv>rot) && (pwm1>10)) pwm1=pwm1-step;
cont=0;
}
// se convertesc din valoare numerica in sir de caractere si se afiseaza valorile dorite
bytetostr((pwm1*100)/255, txt2);
Lcd_Out(2,1,txt2);
bytetostr(rot, txt2);
Lcd_Out(1,12,txt2);
inttostr(frecv, txt2);
Lcd_Out(2,9,txt2);
// se seteaza factorul de umplere al semnalului
PWM1_Set_Duty(pwm1);
cont++;
goto start;
}
Bibliografie
1.http://ece.ubm.ro/clp/index_files/Curs_1_Introducere%20circ%20digitale%20_%20complexe.pdf
2. http://www.ppic.go.ro/indexro.htm
3. http://facultate.regielive.ro/download-149547.html
4. http://facultate.regielive.ro/proiecte/automatica/reglarea-vitezei-motoarelor-electrice-de-actionare- 164831.html?s=regl%20viteze
5. http://ro.wikipedia.org/wiki/Motor_electric
6. http://www.referat.ro/referate/download/Motorul_electric_cu_curent_continuu_599.html
7. Oancă Marcel – Electronică și Electrotehnică
8. Foaia de catalog a microcontrolerului PIC18F2520 – http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en010277
9. http://ro.wikipedia.org/wiki/Afi%C8%99aj_cu_cristale_lichide
10. http://www.scribd.com/doc/46274038/cristale-lichide
11. http://en.wikipedia.org/wiki/In-circuit_serial_programming
12. Laurențiu Frangu, Sergiu Caraman, „Electronică Industrială”, Ed. Academica, Galati, 2001
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: REGLAREA TURAȚIEI UNUI MOTOR DE CURENT CONTINUU CU UN MICROCONTROLER [310342] (ID: 310342)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.