Sistem de alimentare cu energie electrică prin inducție electromagnetică [302545]
Universitatea “Politehnica” [anonimizat]: Absolvent:
Ș.l. Dr. Ing. Lucian Andrei PERIȘOARĂ Oana Alina HOLBAN
2016
Listă figuri
Fig.1.1 Schema unui sistem de alimentare prin inducție 15
Fig.1.2 Bobina cu cele 2 contacte conectate la telefon 17
Fig.1.3 Mecanismul obținut după desfacerea celor 4 șuruburi din spatele piciorușelor de cauciuc 17
Fig.1.4 Stație de încărcare wireless pentru vehicule 18
Fig.1.5 Componența stației de încărcare wireless 18
Fig.1.6 Ceas Apple cu încărcare inductivă 19
Fig.1.7 Arhitectura sistemului Wit-5000C3 20
Fig.1.8 Schema modulului Wit-5000 21
Fig.1.9 Schema modulului Wit-3300 22
Fig.1.10 Etapele simulării WICAD 23
Fig.1.11 Pasul 1:Proiectarea bobinei 23
Fig.1.12 Pasul 2: Sistemul de proiectare 24
Fig.1.13 Pasul 2: Siguranța și emisiile 24
Fig.1.14 Pasul 3: Reglarea fină 25
Fig. 2.1 [anonimizat] 27
Fig.2.2 Configurația pinilor la LM555 28
Fig.2.3 Schema electrică a redresoarelor monofazate monoalternanță 28
Fig.2.4 Schemă electrică a redresorului monofazat dublă alternanță cu priză mediană 29
Fig.2.5 Redresor monofazat dublă alternanță în punte 30
Fig.2.6 Redresor trifazat în punte semicomandată: 31
a)Schema 31
b) Forme de undă pentru α>π/3, γ≠0 31
Fig.2.7 Redresoare monofazate monoalternanță comandate 31
Fig.2.8 Formele de undă pentru redresoarele monofazate monoalternanță comandate 32
Fig.2.9 [anonimizat] 33
Fig.2.10 [anonimizat] 34
Fig.3.1 Schema bloc a sistemului 35
Fig.3.2 Emițătorul 36
Fig.3.3 Receptorul 36
Fig.3.4 Portul Micro USB de tip B 37
Fig.3.5 Schema bloc ATMEGA 328P 38
Fig.3.6 Pinout-ul microcontrolerului ATMEGA 328P 39
Fig.3.7 Display 16×2 caractere cu fundal verde 40
Fig.3.8 Pinout-[anonimizat] 2×16 40
Fig.3.9 [anonimizat] 41
Fig.3.10 Schema senzorului de temperatură 41
Fig.3.11 Configurația pinilor vazută de jos 41
Fig.3.12 [anonimizat] 4056 42
Fig.3.13 Schema încărcării pentru TP4056 42
Fig.3.14 Aplicație tipică pentru TP4056 43
Fig.3.15 Pinii capsulei TP4056 43
Fig.3.16 Schema electrică a sistemului de alimentare 44
Fig.3.17 Forma de undă pentru Rx 46
Fig.3.18 Forma de undă pentru Tx 46
Fig. 3.19 Graficul tensiunii de ieșire în funcție de tensiunea de alimentare 47
Fig.3.20 Macheta- vedere traseu imprimat 47
Fig.3.21 Macheta sistemului 48
Fig.3.22 Cazul 1: Baterie încărcată 49
Fig.3.23 Cazul 2: Lipsă baterie 49
Fig.3.24 Cazul 3: [anonimizat] 49
Fig.3.25 Cazul 4: [anonimizat] 49
Fig.4.1 Mediul de dezvoltare Arduino IDE 51
Fig. 4.2 Organigrama programului 52
Listă acronime
A – [anonimizat] (Energie de Curent Alternativ)
ADC – Analog to Digital Converter ( Convertor Analog Digital)
CISC – Complex instruction set computer (Set complex de instrucțiuni pentru calculator)
cm – [anonimizat] (Unitate Centrală de Procesare)
DC – Direct Current(Energie de Curent Continuu)
EEPROM – Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (Memorie numai pentru citire care poate fi ștearsă electric)
GND – Ground (Împământare)
I/O -In/Out (intrare/ieșire)
I2C -Interface to Communicate (Interfață de Comunicare)
k – kilo
KB – KiloByte
LCD -Liquid Crystal Display (display cu cristale lichide)
LED – Light Emitting Diode (Diodă Emițătoare de Lumină)
m – metru
MHz – Mega Hertzi
NTC -Negative Temperature Coefficient (Coeficient Negativ de Temperatură)
PWM – Pulse Width Modulation (Modulație în impulsuri)
RAM – Random Access Memory (Memorie cu acces aleatoriu)
RISC – Reduced Instruction Set Computing (Set redus de instrucțiuni pentru calculator)
ROM Read – Only Memory (Memorie numai pentru citire)
SPI -Serial Peripheral Interface (Interfață Periferică Serială)
SRAM – Static Random Acces Memory (Memorie Statică cu Acces aleatoriu)
uF -micro Farad
uH -micro Hanry
uC -Microcontroler
UART -Universal Asynchronous Receiver and Transmitter (Magistrală Universală Asincronă Receptor și Emițător
USART -Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter (Magistrală Universală Sinconă/Asincronă Receptor/Emitor
USB – Universal Serial Bus (Magistrală Universală Serială)
V – Volt
VCC – Power Supply Pins (Pin de alimentare)
W – Watt
° C – grad Celsius
° F – grad Fahrenheit
Introducere
Conceptul de alimentare cu energie electrică prin inducție electromagnetică, deși este vechi și într-o mare măsură simplu, este destul de recent disponibil pe piața actuală deoarece smartphone-urile nou lansate de producătorii de telefoane mobile beneficiază de această nouă metodă de încărcare a bateriei. Încărcarea wireless a smartphone-urilor se realizează pe baza unei tehnologii numite încărcare inductivă, care presupune un transfer de energie între două obiecte prin intermediul unui câmp electromagnetic.
Tema acestui proiect este realizarea practică, sub formă de machetă de laborator, a un sistem de încărcare fără fir, pentru bateria unui dispozitiv portabil.
Sistemul este alcătuit dintr-un emițător și un receptor. Emițătorul are rolul de a transforma energia electrică preluată de la o sursă de energie, în unde electromagnetice ce vor fi captate de receptor, care la rândul lui le convertește în energie electrică care este înmagazinată într-un acumulator.
În cadrul acestui proiect mi-am propus următoarele obiective generale:
Realizarea unei părți hardware alcătuită din circuitul de alimentare, convertor DC-AC și convertor AC-DC, bobine, baterie, circuit de management al bateriei reîncărcabile, placă de dezvoltare Arduino pentru controlul receptorului, afișaj, senzori pentru monitorizarea temperaturii, curentului și tensiunii, și un circuit de ieșire pentru consumator.
Realizarea unei părți software care constă în programul pentru controlul funcționării receptorului și afișarea parametrilor monitorizați( tensiunea și curentul de încărcare a bateriei , temperatura bateriei, precum și prezența sau absența acesteia).
Am ales această temă datorită faptului că aplicabilitatea acestui proiect este de actualitate, în continuă dezvoltare, și cu o multitudine de aplicații în viața de zi cu zi: telefoane mobile, automobile, ceasuri inteligente.
Capitolul 1. Sisteme actuale de alimentare prin inducție electromagnetică
Introducere generală privind sistemele cu inducție
Inducția electromagnetică este un fenomen fizic utilizat pentru obținerea curentului electric, prin variația câmpului magnetic, având nenumărate aplicații practice în prezent. Acest fenomen este utilizat pentru generarea curentului electric și pentru transmisie, precum și în funcționarea bobinelor.
„ Legea lui Faraday afirmă că, prin schimbarea fluxului magnetic se va produce un câmp electromagnetic la nivelul unei bobine. Dacă două bobine sunt așezate în paralel și dacă prin prima bobină va trece un curent care va genera un câmp magnetic, un flux magnetic va trece și prin a doua bobină. Prin schimbarea curentului la nivelul primei bobine se va schimba și fluxul în cea de-a doua, inducând astfel un câmp magnetic electric, care va fi proporțional cu schimbarea de la nivelul fluxului, care, la rândul său, este proporțional cu schimbarea de la nivelul curentului electric din prima bobină Acest fenomen poarta numele de inductanță mutuală, fenomen care poate fi folosit în practică, în cazul transformatoarelor și al ampermetrelor. ”[1]
Schema bloc generală a unui sistem
Fig.1.1 Schema unui sistem de alimentare prin inducție [2]
Controlul este realizat cu ajutorul a două tranzistoare cu efect de câmp, conducând către un condensator și o bobină în serie. O frecvență de rezonanță este setată intern, prin intermediul grupului bobină-condensator.
Transmițătorul este alimentat de la o intrare de curent continuu de 5 V, dintr-un port USB, sau dintr-un adaptor de alimentare AC-DC, fiind alcătuit dintr-o bobină care transferă puterea prin inducție electromagnetică. Puterea indusă este cuplată la receptorul de alimentare fără fir, care are o bobină similară pentru a colecta puterea de intrare.
Receptorul primește puterea prin intermediul unor diode redresoare, realizate cu tranzistoare cu efect de câmp pentru îmbunătățirea eficienței. Acumulatorul din interiorul dispozitivului portabil primește puterea și încarcă. Receptorul poate comanda transmițătorul pentru a regla curentul de încărcare sau de tensiune, și pentru a opri transmiterea de energie.
Avantaje și dezavantaje
Chiar dacă nu este nevoie de tradiționalul încărcător cu fir, încărcarea wireless a telefoanelor mobile este încă departe de a fi atât de lipsită de cabluri pe cât sugerează numele său, deoarece trebuie să ai asupra ta încărcătorul wireless și carcasa specială atașată telefonului.
Dacă comparăm cele două metode de reîncărcare a bateriei, cu fir și prin wireless, constatăm că am scăpat de o problemă și am dat de alta, fără a obține beneficii considerabile. Pe lânga acestă problemă, nu putem folosi telefonul mobil pe parcursul încărcării wireless, deoarece el trebuie să rămână “lipit” pe încărcătorul wireless, lucru care nu este valabil în cazul încărcării tradiționale cu fir. Încărcarea wireless limitează semnificativ posibilitatea de utilizare a telefonului pe parcursul operațiunii de încărcare. Datorită eficienței mai mici, dispositivele cu alimentare wireless au un timp de încărcare mult mai mare, în comparație cu dispozitivele cu încărcare prin fir.[3]
Un alt avantaj al încărcării wireless îl constituie conexiunile protejate deoarece nu are loc coroziunea atunci când componentele electronice sunt toate închise, departe de apă sau oxigenul din atmosferă, precum și lipsa necesității de conectare în mod constant și deconectare a dispozitivului, diminuându-se uzura pe soclu și pe cablul atașat.[4]
„În prezent, printre puținele smartphone-uri care sunt compatibile cu standardul Qi (standard de interfață dezvoltată de alimentarea wireless pentru transferul inductiv de energie electrică) pentru încărcarea wireless se numără Samsung Galaxy S4, Google Nexus 4, HTC 8X, Nokia Lumia 920 sau Nokia Lumia 820.
Producătorii acestor terminale pun la dispoziția utilizatorilor încărcătoare wireless, însă acestea au prețuri destul de piperate:
încărcător Wireless Charging Kit pentru Samsung Galaxy S4 cu încărcător wireless și carcasă pentru telefon la 50 USD (175 RON, preț neoficial);
încărcător Wireless Charger pentru Google Nexus 4 la 60 USD (210 RON);
încărcător Nokia Wireless Charging Stand la 69 USD (240 RON) și carcasa telefonului la 25 USD (90 RON) pentru Nokia Lumia 920 și Nokia Lumia 820;
Astfel, utilizarea încărcării wireless presupune în general costuri suplimentare de 5-15% din valoarea fără contract a telefonului mobil fără obținerea unor avantaje cu adevărat semnificative.” [5]
Am realizat o analiză a costului total pentru realizarea hardware a unui astfel de sistem de alimentare cu energie electrică prin inducție electromagnetică, la secțiunea „Analiză de costuri” din acest document.
Nu în ultimul rând, un alt avantaj al încărcării wireless îl reprezintă riscul redus de infecție în cazul dispozitivelor medicale integrate, deoarece transmisia se face prin intermediul unui câmp magnetic care trece prin piele, evitând astfel riscurile de infectare produse de firele care penetrează pielea.
Aplicații practice a sistemelor de alimentare wireless
Telefoane mobile
„Telefonul Lumia 830 vine din fabricație cu posibilitatea de încărcare wireless, în timp ce alte modele au nevoie de capac special sau o husă specială pentru a se încărca fără contact. Elementul special al acestui telefon îl constituie o bobină de cupru, suficient de subțire cât să aibă loc în carcasa telefonului, dar suficient de groasă cât să poată suporta un curent de 1A.”[6]
Fig.1.2 Bobina cu cele 2 contacte conectate la telefon
Fig.1.3 Mecanismul obținut după desfacerea celor 4 șuruburi din spatele piciorușelor de cauciuc
„În fig.1.3 este o altă bobină cu Litzwire, fiind un mănunchi de mai multe sârme foarte subțiri. Acest tip de bobină prezintă dezavantajul unui cost ridicat, dar are două avantaje față de o singură sârmă groasă. În primul rînd este mult mai ușor de îndoit și bobinat, ceea ce reduce costul de producție, iar în al doilea rând, efectul pelicular este redus substanțial. La curenți mari și frecvențe ridicate, curentul are tendința să meargă doar pe exteriorul conductorului, densitatea de curent fiind maximă la suprafață. Această bobină este montată pe un disc de ferită.”[6]
Autoturisme
Fig.1.4 Stație de încărcare wireless pentru vehicule [7]
Toyota colaborează cu firma WiTricity pentru a dezvolta un nou tip de încărcare fără fir pentru vehiculele electrice, care nu necesită un contact. Numita "rezonanță", această nouă tehnologie este mai eficientă decât inducția, o altă tehnologie fără fir care necesită ca un vehicul să atingă stația de încărcare. Rezonanță este deja utilizată în aplicații mai mici , cum ar fi încărcarea telefonului mobil.
Fig.1.5 Componența stației de încărcare wireless [8]
În figura 1.5 este reprezentată componența stației de încărcare wireless cu următoarele notații:
1. Alimentare electrică;
2. Suport de transmisie;
3. Energie electrică wireless și transfer de date;
4. Suport de recepție;
5. Controler de sistem;
6. Baterie;
În cazul în care Toyota și WiTricity au succes în dezvoltarea tehnologiei de încărcare de rezonanță, alimentarea mașinii electrice ar putea fi foarte simplă, fără a fi nevoie de conexiuni suplimentare. Un încărcător de putere ar putea alimenta, teoretic, o întreagă gospodărie de dispozitive electronice, similare cu internetul wireless la care se conectează mai multe computere într-o gospodărie.[9]
Compania HaloIPT este cea care a planificat partea electrică a autostrăzii M25 din Anglia prin utilizarea de inducție magnetică. Sistemul de alimentare inductiv permite ca o mașină dotată cu un suport- receptor integrat, să se încarce automat atunci când este oprită sau acționată pe drumuri cu tampoane de tarifare speciale HaloIPT de pe suprafața carosabilă.
IPT (transferul de putere prin inducție) este proiectat pentru a fi compatibil cu toate vehiculele (inclusiv eBikes și vehiculele grele de marfă), și a fost gândit pentru a funcționa în orice condiții meteorologice, chiar și în cazul în care conducătorul auto nu aliniază mașina corect cu tampoanele încastrate în asfalt. Sistemul a fost testat de HaloIPT pe un Citroen C1, numit Evie, pentru a vedea performanța de încărcare a IPT. A fost nevoie de șase ore pentru a încărca complet de la o capacitate de 20%, cu energia provenind dintr-o priză de uz casnic regulat. Compania afirmă că sistemul lor se poate încărca chiar și la distanțe de până la 40 de centimetri.[10]
Apple Watch
Apple Watch este un ceas inteligent dezvoltat de firma Apple Inc. Acesta încorporează un dispozitiv de urmărire a activității de fitness și sănătate, pe baza sistemului de operare mobil iOS. Apple Watch se bazează pe o conectare wireless la iPhone pentru a efectua multe dintre funcțiile sale implicite, cum ar fi apelarea și mesajele text, fiind compatibil cu iPhone5. Ceasul a devenit rapid unul dintre cele mai ușor de purtat dispozitive, funcționând prin conectarea Bluetooth la telefon și accesând orice aplicație compatibilă, stocată pe dispozitivul mobil.
Ceasul include o "coroană digitală ", care poate fi rotită pentru a derula sau mări și pentru a reveni la ecranul de start, un mecanism care să permită curelei să fie schimbată și un ecran tactil care dispune de tehnogia de apăsare forțată, ceea ce îl face sensibil la presiune și capabil să distingă între un apăsat și o presare. Ceasul are de asemenea , un buton lateral , care poate fi folosit pentru a afișa o listă de contacte sau pentru acces la magazinul Apple. Bateria fuctionează timp de 18 ore de utilizare mixtă, fiind alimentat prin intermediul încărcării inductive , folosind un cablu similar cu MagSafe, cablul de la Apple MacBook de laptopuri (MagSafe este un serial cu proprietate magnetică, astfel încât în cazul în care este tras – de exemplu, dacă cineva se împiedică de cablu- acesta se va scoate din priză fără a deteriora conectorul sau mufa de alimentare, și fără a trage dispozitivul de pe suprafața pe care este localizat).
Dacă bateria ceasului este epuizată la mai puțin de 10 procente, utilizatorul este avertizat și poate trece la modul "rezervă de putere", care permite utilizatorului să continue să citească timpul pentru încă 72 de ore. Ceasul revine apoi la modul său original atunci când este reîncărcat. [11]
Fig.1.6 Ceas Apple cu încărcare inductivă [12]
WiTricity
WiTricity este o companie Americană de inginerie producătoare de dispozitive de transfer de energie fără fir, utilizând transfer de energie rezonantă bazată pe câmpuri magnetice oscilante.
Cercetatorii de la MIT (Massachusetts Institute of Technology) au demonstrat cu succes capacitatea de a alimenta un bec fără fir de 60 wați, cu ajutorul a două bobine de cupru de 60 cm (24 inch) diametru , situate la o depărtare de 2 m, cu un randament de 45%. O bobină a fost conectată inductiv la o sursă de alimentare, iar cealaltă la un bec.
Sistemul este alcătuit din emițătoare și receptoare ce conțin antene cu buclă magnetică, reglate în mod critic la aceeași frecvență. Deoarece dispozitivele funcționează în câmpuri electromagnetice apropiate , receptorul trebuie să fie situat nu la mai mult de un sfert de lungime de undă depărtare de transmițător. În sistemul demonstrat în lucrarea din 2007 a acestei firme, aceasta a fost doar la câțiva metri, la frecvența aleasă. Dispozitivele WiTricity sunt cuplate aproape în întregime cu câmpuri magnetice (câmpurile electrice sunt limitate în mare măsură de condensatoarele din interiorul dispozitivelor), pe care le face mai sigure decât prin transfer de energie rezonantă folosind câmpuri electrice (din bobine Tesla , a căror câmpuri electrice înalte pot genera fulgere), deoarece cele mai multe materiale de cuplu sunt slabe la acțiunea câmpurilor magnetice. [13]
Kit-ul de dezvoltare WiTricity wit-5000C3
„Este un design pentru dezvoltarea de sisteme de încărcare fără fir și sisteme directe cu propulsie pentru alimentare wireless, bazat pe transferul de putere, care operează la 6,78 MHz, oferind o soluție eficientă pentru livrarea de energie la distanță. Rezonatoarele sunt proiectate pentru a maximiza performanța în zona de încărcare, obținînd o eficiență mare de transfer de putere, așa cum este arătat în figura 1.7 de mai jos.
Fig.1.7 Arhitectura sistemului Wit-5000C3
Wit-5000C3 este ideal pentru o gamă de produse electronice de larg consum, auto, industriale, medicale, și aplicații militare, printre care:
Telefonul mobil și încărcarea comprimată;
Setul cu cască Bluetooth de încărcare;
Dispozitive medicale portabile;”[14]
Kit-ul de dezvoltare WiTricity wit-5000
“Spre deosebire de covorașele de inducție sau alte încărcătoare care necesită un contact fizic și plasarea pe partea de sus a unui suprafețe, sursa wit-5000 poate fi aplicată sub o masă în timp ce furnizează energie dispozitivelor mobile. Orice birou poate fi transformat într-o încărcare "hotspot" wireless fără impedimente sau care să necesite tăiere în partea de dedesubt sau prin suprafață.
Sursa wit-5000 permite mai multor dispozitive să fie încărcate simultan, în timp ce minimizează costul încărcătorului. Pentru sistemele bazate pe încărcare prin inducție a mai multor dispozitive, sunt necesare mai multe bobine inductive, ceea ce crește costul și complexitatea sistemului de tarifare.
Fig.1.8 Schema modulului Wit-5000
Wit-5000 este proiectat pentru produse electronice de consum, pentru alimentare wireless, funcționând la o frecvență de 6,78 MHz, adoptată pentru aplicații electronice de larg consum și utilizată pe scară largă în aplicații industriale, medicale și științifice. La această frecvență, sistemul de încărcare fără fir are o interacțiune minimă cu obiecte străine metalice. Utilizarea Bluetooth LE pentru controlul sistemului, permite ca wit-5000 să realizeze infrastructura de comunicații existente, care ar putea fi deja în vigoare în dispozitivele de consum specifice, cum ar fi smartphone-uri, tablete și calculatoare personale.
Wit-5000 este ideal pentru o gamă de produse electronice de larg consum, auto, industriale, medicale, și aplicații militare, printre care:
Telefonul mobil;
În vehicul pentru dispozitivul mobil de încărcare;
Dispozitive medicale portabile;
Scanere / computere portabile pentru coduri de bare ;
Accesorii de iluminat cu LED-uri; ”[15]
Kit-ul de dezvoltare WiTricity wit-3300
“Este un sistem wireless, care oferă o soluție eficientă de transfer de energie fără fir pentru autovehicule. Acest sistem evită complet necesitatea ca șoferul să conecteze dispozitivul la alimentarea cu baterii electrice (EV) sau la vehicul electric hibrid ( HEV), și este prezentat în figura 1.9.
Wit-3300 este un sistem conceput pentru a încărca 3.3kW, la aceeași rată de încărcare, cât mai multe încărcătoare cu cablu și având o eficiență de până la 90%. Wit-3300 adaugă faptul că nu este nevoie să ne amintim să conectăm încărcătorul și elimină riscul de îndepărtare de dispozitiv. Prin adăugarea capacității de încărcare în condiții de siguranță în vehicule, fără a crește durata de încărcare, wit-3300 este gata pentru a face încărcătoarele cu fir un lucru al trecutului.
Cu Wit-3300, sistemul de transfer de energie nu necesită ca sursa de captare și perechile rezonatoare să fie perfect aliniate, cu scopul de a obține un transfer eficient de energie. In plus, prin transfer de energie de rezonanță, oferă produse care sunt mult mai ușoare și mai eficiente decât soluțiile bazate pe inducție magnetică tradițională. ” [16]
Fig.1.9 Schema modulului Wit-3300
Software-ul WiCAD
„Mediul de simulare WiCAD este o soluție software pe care WiTricity a personalizato și dezvoltato pentru proiectarea și construirea unor sisteme de transfer de putere fără fir. Software-ul WiCAD oferă o interfață pentru o bibliotecă de algoritmi de modelare puternic dezvoltată care permite proiectarea și simularea un sistem complet.
Software-ul WiCAD oferă un set complet de simulatoare electromagnetice și algoritmi de circuit care calculează:
Cuplarea rezonantă între rezonatoare (până la 4 bobine pe sistem);
Parametrii de circuit echivalent;
Rețele optime de potrivire;
Curenți și tensiuni (de la mW la kW);
Procesul de modelare și simulare WiCAD implică trei pași principali (a se vedea figura 1.10).
Fig.1.10 Etapele simulării WICAD
Pasul 1: Proiectarea bobinei
Caracteristica de proiectare a bobinei oferă toți parametri de intrare necesari pentru a proiecta bobine de dispozitiv. Acestea includ capacitatea de a specifica geometria și compoziția materialelor pentru bobinat, și opțional, materialul magnetic și scutul.
Fig.1.11 Pasul 1:Proiectarea bobinei
Pasul 2: Proiectarea sistemului
Cu software-ul WiCAD, există posibilitatea de a accelera proiectarea electronicii pentru dispozitivele sursă și prindere. Acestea includ un amplificator și un redresor, precum și rețelele de adaptare de impedanță de potrivire, folosite pentru a conecta circuite rezonatoare externe.
Fig.1.12 Pasul 2: Sistemul de proiectare
Siguranța și emisiile
Odată ce variabilele de proiectare ale sistemului au fost introduse și simulate, WiCAD prevede opțiunea de a scoate predicția și parcelelor de emisii din depărtare.
Fig.1.13 Pasul 2: Siguranța și emisiile
Pasul 3: Reglarea fină
WiTricity poate construi un prototip fizic de sursă și de dispozitiv, desene sau modele, optimizând designul prototipului pentru performanțe optime .” [17]
Fig.1.14 Pasul 3: Reglarea fină
Din păcate acest soft al companiei WiTricity nu este disponibil fără acordul și licența acestora din motive de exclusivitate asupra descoperirilor din domeniul transferului de energie fără fir, al cuplării magnetice rezonante, cât și pentru îmbunătățirea sistemului de transfer de energie.
Capitolul 2: Elemente teoretice privind sistemele de conversie de energie electrică
2.1 Convertoare DC-AC
Convertoarele DC-AC, numite și invertoare, sunt dispozitive sau circuite electrice care transformă energia de curent continuu (DC) în energie de curent alternativ (AC). Invertoarele s-au dezvoltat în ultimul deceniu ca urmare a progreselor dispozitivelor semiconductoare de putere și a performanțelor superioare oferite de mașinile de curent alternativ în raport cu cele de curent continuu. Pentru sistemele de conversie electromecanică, se folosesc invertoare trifazate de tensiune sau de curent cu o mare varietate de tipuri de scheme și modulații. Tehnicile de comandă permit funcționarea acestor convertoare atât în regimul propriu-zis de invertor, conversie c.c. – c.a., cât și în regim de redresor, conversie c.a.-c.c.
„Invertoarele se pot clasifica după diferite criterii, cum ar fi:
numărul fazelor: monfazate și trifazate;
felul comutației: naturală și forțată (la tiristoare);
impedanța sursei de alimentare: de curent constant și de tensiune constantă;
forma tensiunii de ieșire: dreptunghiulară, în trepte, sinusoidală;
Schemele electrice ale invertoarelor ce utilizează tiristoare sunt similare cu cele ale redresoarelor, cu deosebirea că se schimbă între ele poziția sursei de alimentare și cea a sarcinii, deoarece funcția invertoarelor este inversă celei redresoarelor. “[18]
Fig. 2.1 Invertor AC-DC
Invertorul DC-AC din figura 2.1, produce o putere de curent alternativ la frecvența și tensiunea de linie. LM555 este configurat ca un oscilator de frecvență joasă, acordabil peste gama de frecvențe de la 50 până la 60 Hz, de potențiometrul de frecvență R4 de valoare 50K.
LM555 comandă tranzistorul Q1 NPN TIP41 și tranzistorul Q2 PNP TIP42A de la intrarea transformatorului T1 (un transformator de alimentare conectat invers pentru a mări raportul de transformare). Condensatorul C4 de valoare 2700uF și bobina L1 de 1uH, filtrează tensiunea de la intrarea în transformatorul T1, asigurând că aceasta este efectiv o undă sinusoidală.
Tensiunea de intrare provine de la orice sursă, de la + 5V la + 15V DC, iar ieșirea depinde de selectarea componentelor de către utilizator. [19]
LM555 este un circuit integrat extrem de stabil, utilizat pentru a genera întârzieri precise de timp sau oscilație, iar configurația pinilor este reprezentată în figura 2.2.
Fig.2.2 Configurația pinilor la LM555 [20]
Convertoare AC-DC
Convertoarele AC-DC, numite și redresoare, transformă energia de curent alternativ (AC) în energie de curent continuu (DC). Energia electrică se transmite de la rețeaua de alimentare de c.a.. la receptorul (sarcina) de c.c.
În funcție de dispozitivele de redresare utilizate, redresoarele se clasifică în trei clase:
Redresoare necomandate – realizate cu diode, și care au tensiunea de ieșire fixă;
Redresoare semicomandate – realizate cu diode și tiristoare, care asigură la ieșire o tensiune continuă reglabilă;
Redresoare complet comandate – realizate cu tiristoare, și care au tensiunea de ieșire reglabilă;
Redresoare monofazate necomandate
„a)Redresoare monofazate monoalternanță- redresează doar o alternanță a tensiunii monofazate.
Fig.2.3 Schema electrică a redresoarelor monofazate monoalternanță
b) Redresoare monofazate dublă alternanță
Redresor monofazat dublă alternanță cu priză mediană
În alternanța pozitivă, când tensiunea are polaritatea fără paranteze (vezi figura 2.4), conduce D1 (polarizată direct), iar D2 este blocată și Us >0. În alternanța negativă conduce D2 , D1 fiind blocată și Us >0.
Rezultă Us >0 în ambele alternanțe.
Fig.2.4 Schemă electrică a redresorului monofazat dublă alternanță cu priză mediană
Redresor monofazat dublă alternanță în punte
Fig.2.5 Redresor monofazat dublă alternanță în punte
Redresoare semicomandate
„Redresoarele semicomandate sunt conexiuni de tip hibrid, care conțin atât diode cât și tiristoare. Schema de principiu și formele de undă sunt reprezentate în figura 2.6. Deoarece curentul de sarcină trece prin două elemente redresoare legate în serie, este suficientă comanda numai unuia dintre elemente pentru a realiza reglajul tensiunii redresate.
Această punte reprezintă două grupe de redresare cu trei pulsuri conectate în serie: grupa de tiristoare folosește reglaj de fază, iar în grupa de diode se realizează transferul de curent în punctele de comutație naturală, pentru care tensiunea catodului unei diode devine mai negativă decât catodul diodei aflate în conducție. La intrarea în conducție a tiristorului T1 la un unghi de comandă α, tiristorul T3 și dioda D3 conduc ca diodă de nul. După finalizarea comutației, dioda D3 rămâne în conducție (deoarece tensiunea fazei u23 este cea mai negativă), împreună cu tiristorul comandat T1 până la momentul anulării tensiunii interfază (u21-u23). Astfel, are loc generarea tensiunii de autoinducție, care deschide dioda D1, pe intervalul de comutație γ2 fiind în conducție D1 și T1 ca DN și D3, care își termină conducția , blocându-se la sfârșitul comutației.
Tensiunea de ieșire, datorită faptului că se comandă numai una dintre grupele trifazate, devine asimetrică.” [21]
Fig.2.6 Redresor trifazat în punte semicomandată:
a)Schema
b) Forme de undă pentru α>π/3, γ≠0 [18]
Redresoare monofazate comandate
„Reglajul tensiunii redresate se poate realiza în mod continuu de la zero până la valoarea maximă, utilizând controlul de fază al elementelor redresoare comandabile (tiristoare). Acest mod de reglaj se realizează fără pierderi mari de putere activă.
Principala utilizare a acestor redresoare este reglarea turației motoarelor de c.c. prin conectarea redresoarelor în circuitul de excitație al motoarelor de c.c. Turația se reglează prin variația tensiunii produsă de redresor și turația variază în același sens cu variația tensiunii de comandă. La conectarea redresorului în circuitul de excitație al motorului, turația se reglează prin metoda fluxului de excitație și variază în sens invers cu variația tensiunii de comandă. Cu toate că redresoarele comandate sunt mai scumpe față de cele semicomandate, ele se utilizează mai mult deoarece pot asigura și frânarea cu recuperare de energie în cazul motoarelor ce functionează în ambele sensuri de rotație.
Comutația directă a tiristoarelor din cadrul redresoarelor se face prin aplicarea unui impuls de comandă în circuitul poartă-catod atunci când tiristorul este polarizat direct de circuitul de forță. Astfel, prin controlul momentului amorsării pe durata polarizarii directe se obține un reglaj continuu al tensiunii de iesire. Această metodă se numește comanda în fază a tiristoarelor.
Comutația inversă a tiristoarelor se face prin micșorarea curentului prin circuit sub valoarea curentului de menținere sau prin aplicarea unei tensiuni inverse.
Redresoare monofazate monoalternanță comandate
Fig.2.7 Redresoare monofazate monoalternanță comandate
Unghiul de comandă al tiristorului este produsul dintre pulsația v și timpul care trece din momentul în care tiristorul respectiv ar intra în conducție daca ar fi diodă, și până când se aplică impulsul de comandă.
Fig.2.8 Formele de undă pentru redresoarele monofazate monoalternanță comandate
Tiristorul intră în conducție în alternanța fără paranteze din figura 2.7, după unghiul α. Când sarcina este pur rezistivă, Us ³ =0.
Când sarcina este rezistiv-inductivă Z=R+j*XL, Us este atât pozitivă cât și negativă. La sfarșitul alternanței pozitive ar trebui ca Us să se anuleze, însă datorită fenomenului de autoinducție generat în bobina Ls a consumatorului, apare o tensiune care menține tiristorul în conducție și în alternanță a tensiunii din secundar. Cu cât Ls este mai mare, cuu atât durata de conducție a tiristorului se mărește, iar Usmed se micșorează.
Redresoare monofazate în punte comandată
Când sarcina este pur rezistiva Zs = Rs (Ls = 0), Us ³ =0 pe toata durata funcționării.
Când sarcina este de tip RL, iar Ls este suficient de mare (α suficient de mic), tiristoarele aflate în conducție nu se blochează. Ele se mențin în conducție pe durata unghiului de comandă a grupului următor. Redresorul functionează în regim de curent neîntrerupt.”[21]
Sisteme de management a bateriilor
În prezent au fost fabricate mai multe tipuri de baterii, cu diverse utilizări și limitări, din punct de vedere al tehnologiei. Substanțele chimice aflate în interiorul bateriei produc electroni prin transformarea energiei chimice în energie electrică, astfel bateria este pusă în funcțiune. Prin conectarea unei baterii la un dispozitiv, electronii din interiorul acesteia se deplasează de la polul negativ, închizând circuitul prin polul pozitiv al bateriei.
Diferențele dintre diferitele tipuri de baterii sunt date de multitudinea de substanțe chimice aflate în interiorul acestora, care diferențiază tipurile de baterii, făcându-le bune pentru unele aplicații și mai puțin bune pentru altele.
Baterii cu plumb și acid sulfuric
Bateriile cu plumb și acid sulfuric sunt cele mai vechi baterii reîncărcabile, fiind ieftine, de încredere și utilizate pe scară largă în prezent. Cu toate acestea, ele sunt destul de grele, iar pentru sisteme cu spațiu de stocare limitat, acest lucru este considerat o problemă. De asemenea, durata de încărcare poate fi destul de lentă, bateriile fiind mai potrivite pentru aplicații de putere mai mare.[22]
Baterii cu Nichel-Cadmiu (Ni-Cads)
Bateriile Nichel-Cadmiu au o perioadă lungă de viață, acestea putând stoca în unele cazuri energie pentru până la cinci ani. Un avantaj al acestui tip de baterie este încărcarea rapidă și funcționarea bună în condiții riguroase, având o eficiență destul de ridicată, de 70-90%. Cu toate acestea, ele au o energie relativ scăzută a raportului de greutate și pot suferi de efect de memorie. Efectul de memorie este un fenomen observat în unele baterii reîncărcabile, și anume cele cu nichel-cadium biochimice. El apare atunci când bateria reîncărcabilă se încarcă în mod repetat, fără a fi descărcată în întregime. Acest fenomen face ca bateria să-și piardă capacitatea pe care a avut-o inițial, iar preformențele bateriei sunt reduse în mod semnificativ.[22]
Baterii Nichel-Metal Hibride (Ni-Mh)
Celule de baterii pe bază de Ni-Mh au o capacitate mai mare decât bateriile Ni-Cad, astfel încât acestea sunt mai ușoare și sunt mai puțin predispuse la efectul de memorie descris mai sus. Cu toate acestea, ele pot fi mai scumpe și cu o viață de depozitare relativ scurtă, cu o rată de descărcare ridicată, ceea ce le face mai puțin eficiente.[22]
Baterii Litiu-Ion (Li-Ion)
Bateriile Li-ion sunt cele mai eficiente dintre toate bateriile chimice discutate mai sus, cu un randament de 99,9%. De asemenea, au cel mai bun raport de greutate, aproximativ jumătate dint-o celulă Ni-Cad sau Ni-Mh de aceeași capacitate, ceea ce face bateriile mai ușor de înmagazinat. Tensiunea medie a unei celule Li-ion (3.6V-3.7V) arată că ar fi necesară o celulă pentru a fi încărcate majoritatea telefoanelor mobile, în comparație cu 3 baterii Ni-Cad sau Ni-Mh de 1.2V fiecare. Celulele Li-ion au ciclul de viață relativ bun, așa cum se arată în figura 2.9 de mai jos . [22]
Fig.2.9 Ciclul de viață al bateriei cu Li-ion [22]
Profilul tipic de încărcare pentru o baterie Li-ion este prezentat în figura 2.10.
Fig.2.10 Profilul de încărcare pentru Li-ion [22]
Odată ce tensiunea atinge valoarea maximă de 4.2V, axa intră în porțiunea de tensiune constantă a dispozitivului de alimentare. Sub tensiune constantă de încărcare, curentul începe să scadă, până în momentul în care este terminată încărcarea bateriei.
Capitolul 3: Implementarea hardware a sistemului de alimentare
Obiectivele proiectului
Lucrarea are ca scop proiectarea și realizarea unui sistem de încărcare fără contact, prin inducție electromagnetică, a unui acumulator pentru dispozitive portabile.
Sistemul conține un emițător cu rolul de a transforma energia electrică preluată de la o sursă de energie, în unde electromagnetice ce vor fi captate de receptor, care la rândul lui le convertește în energie electrică, înmagazinată într-un acumulator.
Partea hardware conține circuitul de alimentare, convertorul DC-AC, bobine, convertorul AC-DC, circuitul de management a bateriei reîncărcabile, baterie, placă de dezvoltare Arduino pentru controlul receptorului, afișajul, circuitul de ieșire pentru consumator și circuitele/senzorii de monitorizare a tensiuni, curenților și temperaturii.
Partea software constă în programul pentru microcontroler. Acesta trebuie să controleze funcționarea receptorului și afișarea parametrilor monitorizați (tensiunea și curentul de încărcare a bateriei, temperatura bateriei).
Schema bloc a sistemului și descrierea funcționării
Fig.3.1 Schema bloc a sistemului
În acest proiect se dorește construirea unui sistem care să încarce prin inducție un acumulator, utilizând microcontrollerul ATMEGA328.
Emițătorul transmite energie prin inducție receptorului. În funcție de cât de apropiate sau depărtate sunt cele două, va exista o variație de curent și tensiune la bornele bateriei.
După alinierea celor două bobine și alimentarea circuitului, sunt afișate pe ecranul LCD-ului tensiunea de la bornele bateriei, curentul, temperatura, precum și faptul că bateria se încarcă, prin afișarea mesajului ”CHARGING „ sau dacă aceasta lipseste „CHECK BATTERY!”.
Componentele sistemului hardware
Convertorul DC-AC
Pentru realizarea practică a proiectului am utilizat un set de circuite prin inducție deoarece este o metoda simplă de alimentare care oferă la ieșire 5V DC dacă intrarea este alimentată cu 5V DC și până la aproximativ 500mA daca bobinele sunt la 2-3 mm depărtare una față de cealaltă.
Fig.3.2 Emițătorul
Între cele două bobine poate fi ulilizat orice material neferos sau non-conductiv (aer, lemn, piele, material plastic, hartie, sticlă), deoarece nu afectează cu nimic distanța sau eficiența acestora. Pentru un transfer cât mai bun de putere, bobinele utilizate trebuie sa fie coaxiale și perfect aliniate.
Convertorul AC-DC
Fig.3.3 Receptorul
Receptorul conține partea de redresare și filtrare și un controler care face conversia regimurilor de funcționare . Circuitul este alcătuit dintr-un convertor Buck împreună cu o bobină, o diodă și un condensator de filtrare, formând un circuit LC paralel care oscilează foarte bine la frecvența de oscilație a circuitului.
La intrarea din convertorul AC-DC am amplasat un LED roșu, de consum mic, pentru a arăta prezența tensiunii de alimentare, iar bobina de recepție este pinsă pe placa de test cu ajutorul unei reglete electrice, pentru un contact cât mai bun.
Sursa de alimentare
Emițătorul este alimentat de la 5V prin portul Micro USB de tip B care se conectează la un calculator sau la o priză prin intermediul unui încărcător. Portul este cunoscut sub numele de tip B-tată, iar pe dispozitivul periferic, portul USB este numit de tip B-mamă, și este prezentat în următoarele figuri.
Fig.3.4 Portul Micro USB de tip B
Microcontrolerul ATMEGA328P
Un microcontroler este un circuit integrat care încorporează o unitate centrală (CPU) și o memorie împreună cu resursele care-i permit interacțiunea cu mediul exterior.
Domeniile în care se poate utiliza sunt: în industria automobilelor, pentru aparatura de uz electrocasnic, în controlul mediului și al climatizării, în industria aerospațialelor, precum și la realizarea de periferice pentru calculatoare și în medicină.
Cele mai importante concepte întâlnite sunt următoarele:
-arhitecturi de tip “Harvard” – pentru aceată arhitectură există spații de memorie separate pentru program și date. Prin urmare, ar trebui să existe și magistrale separate, de adrese și date, pentru codul instrucțiunilor și respectiv pentru date;
-arhitecturi de tip “CISC” – majoritatea microcontrolelor au la baza realizării CPU conceptul CISC. Acesta cuprinde un set uzual de peste 80 de instrucțiuni.
-arhitecturi de tip “RISC” – acesta este un concept de realizare a CPU care a început să fie implementat cu succes în ultima perioadă.
Pentru implementarea sistemului am ales microcontrolerul ATMEGA 328P, având schema bloc din figura 3.5.
Descrierea pinilor:
• VCC – pin de alimentare;
• GND – pin de masă;
• Port B (PB7:0) – este un port bidirecțional I/O de 8 biți cu rezistențe interne de tip pull-up care devine activ când apare o resetare chiar dacă ceasul nu funcționează;
• Port C (PC5:0) – este un port bidirecțional I/O de 6 biți similar cu portul B;
• Port D (PD7:0) – este un port pe 8 biți similar cu celelalte două;
• PC6/RESET – portul este folosit și ca intrare și ca reset . Un nivel scăzut pe acest pin de durată mai mare decât lungimea minimă a unui impuls, de 2.5μs va genera o resetare, chiar dacă ceasul nu funcționează ;
• AVCC este pinul de alimentare pentru convertorul A/D, PC3:0 și ADC7:6. Ar trebui să fie extern conectat la VCC, chiar dacă convertorul analog-digital (A/D) nu este folosit. Dacă se utilizează convertorul A/D , acesta ar trebui să fie conectat la VCC printr-un filtru trece-jos. Pinul PC6 . funcționează cu tensiune de la VCC;
• AREF este pinul de referință analogic pentru convertorul A/D ;
• ADC7: 6 servesc ca intrări analogice la convertorul A/D. Acești pini sunt alimentați de la rețeaua analogică și servesc drept canale analog-digitale de 10 biți.
Fig.3.5 Schema bloc ATMEGA 328P [23]
Caracteristici periferice:
8-biți Timer / Counter cu prescalare separată și mod de comparare;
16-biți Timer / Counter cu prescalare separată, mod de comparare și capturare;
contorul timpului real cu oscilator separat;
6 canale PWM;
USART programabil serial;
timer „watchdog” programabil cu oscilator separat pe cip comparator analogic;
Caracteristici speciale ale microcontrolerului:
oscilator intern calibrat;
surse de întrerupere interne și externe;
6 moduri sleep: inactiv, de reducere a zgomotului ADC, Power-Save, Power-Down, de așteptare, și de așteptare extins;
Tensiune de operare:1.8-5.5V;
Interval de temperatură:40-85 ° C;
Frecvența de lucru: 0-4MHz la 1.8-5.5V, 0-10MHz la 2.7-5.5.V, 0-20MHz la 4.5–5.5V; [24]
Fig.3.6 Pinout-ul microcontrolerului ATMEGA 328P [25]
Afișajul electronic: LCD 2×16 caractere
Afișajul HD44780U cu matrice de cristale lichide este alcătuit dintr-un controler și un driver cu ajutorul cărora se pot afișa caractere alfanumerice și simboluri. Imaginea displayului de 16×2 caractere, cu fundal verde este reprezentată în figura 3.7 de mai jos.
HD44780 are doi regiștrii pe 8 biti: un registru de instrucțiune (IR) și un registru de date (DR). Registrul IR memorează codul instrucțiunii: ștergerea, afișarea sau rotirea cursorului, informația de adresă pentru afișarea datelor în memoria RAM sau ștergerea datelor din generatorul de caractere. Registrul DR memorează temporar datele ce urmeaza să fie scrise sau citite în/din RAM sau din registrul IR, datele fiind citite automat în DR. Transferul de date spre microcontroler este terminat de acesta prin citirea registrului DR. După ce s-a finalizat operația de citire, datele corespunzătoare următoarei adrese vor fi trimise automat în registrul DR.
Fig.3.7 Display 16×2 caractere cu fundal verde [26]
Fig.3.8 Pinout-ul LCD-ului 2×16 [27]
Tabelul 3.1 Semnificația pinilor LC-ului și asociarea acestora cu cei ai microcontrolerului
Acumulatorul
Luând în considerare toate avantajelor acumulatorului Li-ion din secțiunea 2.3.4, am decis că acest tip ar fi cel mai potrivit pentru acest sistem de alimentare cu energie electrică prin inducție electromagnetică.
Fig.3.9 Bateria Li-ion cu circuit de protecție și fire de conexiune
Senzorul de temperatură LM335
LM335 este un senzor integrat precis, pentru determinarea temperaturii. El operează de la -40 °C la 100°C, și are o capsulă SOIC TO-92 din plastic de dimensiuni 4.9mm x 3.91mm.
Schema de bază simplificată a senzorului de temperatură, precum și configurația pinilor sunt reprezentate în următoarele figuri.
Fig.3.10 Schema senzorului de temperatură [28]
Fig.3.11 Configurația pinilor vazută de jos [28]
LM335 este utilizat pentru managementul bateriilor, în componența aparatelor electrocasnice și pentru sursele de alimentare. Avantajele acestui senzorul sunt: un cost scăzut, precizie inițială disponibilă de 1°C, funcționarea de la 400uA la 5mA, o impedanță dinamică mai mică de un ohm, ușurința în calibrare și domeniul larg de temperaturi de funcționare.
Circuitul de încărcare a acumulatorului: TP4056
TP4056 este un încărcător liniar curent-constant/tensiune-constantă, de baterie Li-Ion. Tensiunea de încărcare este fixată la 4.2V, iar curentul de încărcare poate fi programat din exterior cu ajutorul unei rezistențe. TP4056 termină în mod automat încărcarea atunci când curentul de încărcare scade sub a 10-a parte din valoarea programată după ce este atinsă tensiunea finală.
Fig.3.12 Încărcător de acumulator Li-ion TP 4056 [29]
Tabel 3.2 Setarea curentului în baterie, în funcție de valoarea rezistenței [31]
Fig.3.13 Schema încărcării pentru TP4056 [30]
Fig.3.14 Aplicație tipică pentru TP4056 [31]
Fig.3.15 Pinii capsulei TP4056 [31]
Semnificația pinilor capsulei TP4056 din figura 3.15 este următoarea:
Pinul 1 – TEMP – temperatura de intrare a pinului conectat la termistorul NTC din interiorul bateriei de Li-ion;
Pinul 2 – PROG – setează curentul de încărcare constant;
IBAT =(VPROG/RPROG) *1200 ; (VPROG=1V)
Pinul 3 – GND – terminalul de masa;
Pinul 4 – Vcc – tensiune de alimentare;
Pinul 5 – BAT – pin de ieșire a încărcătorului, se conectează acumulatorul;
Pinul 6 – -semnalizează încărcarea bateriei;
Pinul 7 – – semnalizează când bateria se încarcă;
Pinul 8 – CE – activează încărcarea;
Schema electrică a sistemului
În această schemă sunt prezentate modulele utilizate la construirea sistemului de alimentare cu energie electrică prin inducție electromagnetică, iar conectarea dintre module este reprezentată pe pinii fiecărui modul.
Fig.3.16 Schema electrică a sistemului de alimentare
Sistemul automat de încărcare a unui acumulator prin inducție a fost realizat în principal în jurul unui microcontroler Atmega328 produs de firma ATMEL. Acesta are un procesor pe 8 biți, memorie FLASH de 32kByte, un convertor analog-digital pe 10 biți, interfață UART, SPI și I2C.
Pentru semnalul de ceas am folosit un cristal de quartz de 16MHz conectat la microcontroler prin intermediul a doi pini dedicați pentru oscilatorul extern. Condensatorii C4 și C5 sunt specifici oscilatorului de tip Pierce și au o valoare apropiată de capacitatea internă a cristalului de quartz. Rezistorul R2 are rolul de a activa microcontrolerul prin aplicarea valorii de 1 logic pe portul de “Reset” atunci când este alimentat circuitul. Condensatorul C2 are rolul de a elimina zgomotul de înaltă frecvență ce poate apărea la pinii de alimentare ai microcontrolerului.
Afișarea se face pe un display LCD 2×16 caractere. Acesta este un display de culoare verde cu iluminare transmisivă cu LED. Display-ul este comandat de microcontroler folosind modul de comandă cu 4 biți de date, un bit de enable (EN) și un bit de selecție a randului (RS). Bitul de selecție a modului de scriere sau citire din regiștri (RW) este legat la masă deoarece afișajul este folosit doar în modul de scriere.
Rezistorul CONTRAST1 este de tip semireglabil și formează un divizor de tensiune variabil cu rolul de a seta contrastul display-ului. Poziția cursorului rezistorului se stabilește experimental în funcție de preferința utilizatorului. Am folosit rezistorul R4 pentru limitarea curentului prin LED-ul responsabil cu iluminarea afișajului (backlight).
Pentru buna funcționare a regulatorului, s-au prevăzut condensatorii C1 și C2, cu rolul de a filtra tensiunea de alimentare și de a elimina zgomotul de înaltă frecvență ce poate perturba buna funcționare a microcontrolerului. Bobina L1 formează un filtru trece jos împreună cu C1 pentru a îmbunătați rejecția riplurilor tensiunii de alimentare.
Prezența tensiunii de alimentare este indicată prin LED-ul D1, iar rezistorul R1 are rolul de a limita curentul prin LED la o valoare de circa 10mA.
Alimentarea afișajului se face de la tensiunea de alimentare de 3.9V preluata de la dioda Zener D2. S-a folosit acest regulator serie de tensiune format din D2 si R3 pentru a elimina fluctuațiile de tensiune ce apar pe tensiune de alimentare de 5V atunci când sistemul intră în regim de încărcare, altfel am fi avut fluctuații ale contrastului la afișaj.
Sistemul măsoară temperatura prin intermediul unui senzor analogic de temperatură de tipul LM335. Acesta este calibrat în grade Kelvin, așadar oferă posibilitatea de a măsura și temperaturi negative. Senzorul este alimentat prin rezistorul R6, care stabilește un curent de circa 2mA prin senzor. Tensiunea obținută la ieșirea senzorului de temperatură este divizată cu un raport de 1:4 prin intermediul divizorului rezistiv format de R9 și R13. Calibrarea senzorului de temperatură se face prin intermediul rezistorului semireglabil R12.
Pentru a avea o precizie bună, am folosit referința internă de 1.1V a convertorului analog-digital, din acest motiv a fost necesară divizarea tensiunii citite de la senzorul de temperatură.
Măsurarea tensiunii de la baterie se face prin intermediul unui divizor rezistiv format din R7 și R14, tensiunea de la bornele lui R14 este citită de microcontroler prin intermediul unui port al ADC-ului. Condensatorul C8 formează un filtru trece-jos împreună cu R7, și are rolul de a elimina eventualele zgomote ce pot apărea la intrarea în ADC.
Curentul de încărcare este măsurat prin intermediul rezistenței de șunt R11, care convertește curentul într-o tensiune ce poate fi măsurată cu ADC-ul microcontrolerului. R11 are o valoare de 50 de miliohmi pentru a evita pierderile ce apar în mod normal pe rezistorul de șunt.
În continuare, tensiunea provenită de la șunt este amplificată de către amplificatorul neinversor realizat cu LM358. Amplificarea în tensiune este dată de raportul R16/R15 și este de circa 23. Rezistorul R8 formează un filtru trece jos împreună cu C7, cu rolul de a elimina zgomotele ce pot apărea peste tensiunea citită de pe șunt. Alimentarea amplificatorului operational este bine filtrată prin intermediul rețelei R5, C6.
Încărcarea bateriei este realizată prin intermediul unui modul cu circuitul integrat TP4056. Acesta primește comanda de activare de la microcontroller în momentul în care tensiunea de la bornele bateriei si temperatura se află într-un anumit interval. Comanda de oprire a încărcării vine tot de la microcontroller în momentul în care tensiunea depășește un anumit prag sau se intră în modul de avarie atunci când se depășește o anumită temperatură maximă setată în program.
Sistemul are posibilitatea de verificare a conexiunii cu bateria, astfel încât avertizează utilizatorul daca nu este conectată o baterie funcțională și pornește automat încărcarea după schimbarea bateriei.
Masuratori electronice inițiale
Am efectuat măsurători cu un osciloscop digital și am obținut formele de undă pentru emițătorul Tx și pentru receptorul Rx din figurile următoare.
Fig.3.17 Forma de undă pentru Rx
Fig.3.18 Forma de undă pentru Tx
Am realizat măsurători pentru circuitul de încărcare TP4056 și am construit curba tensiunii de ieșire în funcție de tensiunea de alimentare (vezi figura 3.19). La valoarea de 4.3V a tensiunii de alimentare, LED-ul verde de pe circuitul s-a aprins, semnalizând că bateria de Li-ion este încărcată. Măsurătorile au avut loc fără conectarea LCD-ului și a microcontrolerului Atmega 328 deoarece aceste componente ale sistemului nu suportau tensiuni de intrare de peste 5V.
Fig. 3.19 Graficul tensiunii de ieșire în funcție de tensiunea de alimentare
Macheta finală a sistemului de alimentare cu energie electrică
Fig.3.20 Macheta- vedere traseu imprimat
În figura 3.21 este prezentată macheta sistemului de alimentare cu energie electrică prin inducție elctromagnetică a unei baterii cu componentele notate în ordine alfabetică astfel:
Convertor DC-AC;
Perechea de bobine Tx-Rx;
Alimentare prin port Micro USB de tip B;
Convertor AC-DC;
Led de semnalizare a alimentării;
Senzor de temperatură LM335;
Afișaj LCD 2×16;
Microcontroler Atmega 328;
Acumulator Li-ion ;
Circuitul de încărcare a acumulatorului;
Fig.3.21 Macheta sistemului
Am studiat patru cazuri de funcționare ale acestui circuit, astfel:
Cazul 1: bateria este încărcată peste tensiune de 4.05V, prin urmare nu mai este măsurat curentul și nici temperatura (vezi figura 3.22);
Cazul 2: bateria nu este conectată, astfel este afișat mesajul „Connect Battery!” (vezi figura 3.23);
Cazul 3: bobinele sunt bine aliniate și bateria se încarcă.Este afișată tensiunea, curentul și temperatura de la bornele bateriei (vezi figura 3.24 );
Cazul 4: bobinele sunt depărtate una de cealaltă, curentul scăzând considerabil (vezi figura 3.25 );
Fig.3.22 Cazul 1: Baterie încărcată
Fig.3.23 Cazul 2: Lipsă baterie
Fig.3.24 Cazul 3: bobine aliniate, bateria se încarcă
Fig.3.25 Cazul 4: bobine depărtate, încărcare slabă
Analiză de costuri
Capitolul 4: Implementarea software a programului pentru microcontroller
Mediul de dezvoltare Arduino IDE
Mediul de dezvolotare Arduino IDE este o platformă de prototipuri open-source ușor de utilizat atât hardware cât și software. Software-ul Arduino este ușor de utilizat pentru începători, dar suficient de flexibil pentru utilizatorii avansați, rulând pe mai multe sisteme de operare (Windows, Linux). Limbajul poate fi extins prin intermediul bibliotecii C++, iar pentru înțelegere detaliilor tehnice se poate face saltul de la Arduino la limbajul de programare AVR C, pe care se bazează.
Softul conține un editor de text pentru scrierea de cod (A), o zonă de mesaj (B), o consolă de text (C), o bară de instrumente cu butoane pentru funcții comune (D) și o serie de meniuri (E), după cum este arătat în figura 4.1. Acesta se conectează la harware-ul Arduino pentru a încărca programe și pentru a comunica cu el. [33]
Un program Arduino are două funcții principale ce trebuie să existe în fiecare program:
Void setup()
{
// cod inițializare- rulează o singură dată
}
Void loop(){
// bucla pincipală- rulează cât timp plăcuța este alimentată
}
Fig.4.1 Mediul de dezvoltare Arduino IDE
Diagrama funcțională a programului pentru microcontroler
Fig. 4.2 Organigrama programului
Detalierea unor funcții principale
Programul începe prin declararea și inițializarea variabilelor de program voltage, current și temperatura. Am setat un flag boolean charge=LOW pentru a memora dacă a mai avut loc un ciclu de încărcare, și un alt flag boolean error=LOW, pentru a arăta că nu există erori în circuit.
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(13, 12, 11, 10, 9, 8);
#define tensiune A4
#define curent A5
#define temp A3
#define enable 7
float voltage=0;
float current=0;
float temperatura=0;
unsigned long timp_afisare;
boolean charge=LOW; //flag care memorează dacă a avut loc un ciclu de încărcare
boolean error=LOW; //flag eroare
Funcția de inițializare
Prima funcție din program, void setup(), este apelată automat la pornirea programului și este folosită pentru definirea variabilelor, rulând o singură dată în program. La alimentarea circuitului este afișat mesajul „Incarcator Wireless” pentru o durată de 1200 milisecunde, timp suficient pentru a observa mesajul, lucru realizat cu ajutorul funcției delay().
Pinii digitali sunt inițializați astfel:
pinul tensiune, este setat ca fiind unul de intrare, mai exact pinul A4 al microcontrolerului;
pinul curent, este setat ca fiind unul de intrare, pinul A5 al microcontrolerului;
pinul temp, este setat ca fiind unul de intrare, pinul A3 al microcontrolerului;
pinul enable, este setat ca fiind unul de ieșire, pinul 7 al microcontrolerului;
Funcția digitalWrite setează la pinul 7 nivelul logic pe LOW, și face ca inițial circuitul să nu se încarce.
void setup() {
lcd.begin(16, 2);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" Incarcator");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" Wireless");
delay(1200);
lcd.clear();
analogReference(INTERNAL);
pinMode(tensiune, INPUT);
pinMode(curent, INPUT);
pinMode(temp, INPUT);
pinMode(enable, OUTPUT);
digitalWrite(enable,LOW);
timp_afisare=millis();
while(analogRead(tensiune)<=100){
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Connect Battery!");
}
lcd.clear();
}
Funcțiile de citire ale tensiunii, curentului și temperaturii
Funcția de citire a tensiunii a fost declarată de tip float (real) și realizează transformarea în volți, urmând ca apoi să returneze rezultatul.
float read_voltage(){
float v = analogRead(tensiune)*1.1/1024;
return v;
}
Funcția de citire a curentului este declarată de tip float (real) astfel:
float read_current(){
float i=analogRead(curent)*0.935;
return i;
}
Funcția de citire a temperaturii este declarată de tip float (real), și este returnată după conversia din grade Kelvin în grade Celsius.
float read_temp(){
float t=analogRead(temp);
t=t*100-273.2;
return t;
}
Funcția de monitorizare a acumulatorului
Funcția principală void loop() conține bucla pincipală care rulează cât timp plăcuța este alimentată. Sunt citite de 100 de ori tensiunea și curentul și se realizează medierea acestora. În cazul în care bateria a mai parcurs un ciclu de încărcare, nu se mai poate efectua altul, și este afișat mesajul „CHECK BATTERY!”.
Afișarea temperaturii se face doar atunci când acumulatorul este la încărcat, prin citirea a 100 de valori și medierea acestora. Dacă bateria depășește temperatura de 70 ° C este oprită încărcarea până la răcirea sau schimbarea acesteia.
Următoarea secvență de cod este utilizată pentru activarea sau dezactivarea încărcării.
if(voltage<=4.05 && charge==LOW && error==LOW ){
digitalWrite(enable,HIGH);
charge=HIGH;
delay(500);
lcd.setCursor(8, 0);
lcd.print("CHARGING");
}
else if(voltage>=4.2 && error==LOW){
digitalWrite(enable,LOW); //oprire încărcare
lcd.setCursor(8, 0);
lcd.print(" IDLE ");
}
else if(voltage>4.05 && charge==LOW && error==LOW){ //dacă bateria nou conectată este încărcată
delay(500);
lcd.setCursor(8, 0);
lcd.print("BAT FULL ");
digitalWrite(enable,LOW); //oprire încărcare
}
}
Atunci când tensiunea bateriei are o valoare mai mică sau egală cu 4.05V, nu au mai avut loc încărcări și nu există erori, funcția digitalWrite setează la pinul 7, enable, nivelul logic pe HIGH, și face ca circuitul să se încarce. Astfel flagul de încărcare, charge, este setat ca fiind HIGH și este memorat faptul că bateria a parcurs un ciclu de încărcare. În caz contrar, dacă tensiunea este mai mare sau egală cu 4.2V și nu sunt erori, pinul de enable este setat pe nivelul logic LOW și este oprită încărcarea.
Concluzii
În urma proiectului am dobândit noțiuni suplimentare despre senzori, programarea unui microcontroler, precum și fenomenele din spatele acestora. Am realizat cât de importantă este o bună documentare și o planificare amănunțită. Totodată am realizat importanța verificării parametrilor echipamentelor folosite și testarea tuturor componentelor (pe cât posibil).
Noțiunile acumulate pe parcursul anilor de facultate, pregătirea practică efectuată, cât și lucrul individual s-au dovedit a fi esențiale pentru studiu, înțelegerea fenomenelor, alegerea componentelor potrivite și implementarea proiectului.
Apariția și evoluția tehnologiei pentru încărcarea wireless a acumulatoarelor diferitelor dispozitive electronice a arătat că, deocamdată, nu se poate adopta pe scară largă de către utilizatori, deoarece pe de o parte încărcătorul wireless este destul de scump (analiză realizată în capitolul 3.7), iar pe de altă parte utilizatorul este nevoit să transporte după el suportul de încărcare, neobținând niciun beneficiu major.
Am întampinat dificultați la încărcarea acumulatorului datorate alinierii imperfecte a bobinelor, lucru care determina scăderea curentului. Cea mai bună încărcarea am realizat-o prin poziționarea bobinei receptoare la o distanță de 1 centimetru față de bobina transmițătoare. La o distanță a bobinelor mai mare de 4 centimetrii, este oprită încărcarea acumulatorului și este resetat microcontrolerul.
Dacă inițial mi-am propus să încarc o baterie de telefon, pe parcursul studiului am întâmpinat dificultăți deoarece trebuiau trase fire de la dispozitivul realizat, la bateria telefonului, lucru care m-a făcut să proiectez doar sistemul de încărcarea a unui acumulator.
Un potențial de utilizare al încărcătoarelor wireless este în locuri publice precum restaurante sau cafenele, unde de regulă nu ai încărcătorul tradițional cu tine, însă este prea puțin propabil ca această tehnologie să se dezvolte cu adevărat la noi în țară.
În concluzie, până la apariția și implementarea unei soluții de încărcare wireless cu adevărat fără cabluri sau alte dispozitive mai avem ceva timp de așteptat.
Bibliografie
[1] http://destepti.ro/aplicatii-ale-inductiei-electromagnetice accesat la 31.05.2016
[2] http://www-cdn.idt.com/sites/default/files/useruploads/landing_page_images/wireless-battery-charging-system-diagram.png accesat la 09.06.2016
[3] http://pogue.blogs.nytimes.com/2009/06/03/another-pre-innovation-the-touchstone-charging-stand/?ref=personaltech accesat la 06.06.2016
[4] http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20081113/161182/ accesat la 06.06.2016
[5] http://www.giz.ro/telefoane-mobile/ncrcare-wireless-cum-se-ncarc-wireless-telefoanele-28486/ accesat la 01.06.2016
[6] http://electrodb.ro/atelier/putere/incarcatoare/incarcarea-wireless-o-privire-mai-de-aproape/ accesat la 05.02.2016
[7] http://assets.inhabitat.com/wp-content/blogs.dir/1/files/2010/11/Wireless-EV-Charger-3.jpg
accesat la 09.06.2016
[8] http://1.bp.blogspot.com/-7siEUkdudQQ/U1xZgSiY9oI/AAAAAAAAKng/g7I9kxjR2cc /s1600/HaloIPT +wireless+charging+for+electric+vehicles.jpg accesat la 09.06.2016
[9] http://inhabitat.com/toyota-and-witricity-to-develop-new-wireless-charging-tech-that-requires-no-contact/ accesat la 09.06.2016
[10] http://inhabitat.com/worlds-first-wireless-electric-car-charger-launched-in-uk/ accesat la 09.06.2016
[11] https://en.wikipedia.org/wiki/Apple_Watch#/media/File:White_AppleWatch_with_ Screen.png accesat la 06.06.2016
[12] http://www.igeeksblog.com/best-apple-watch-charging-stands/ accesat la 25.06.2016
[13] https://en.wikipedia.org/wiki/WiTricity accesat la 07.06.2016
[14] http://witricity.com/products/wit-5000c3/ accesat la 09.06.2016
[15] http://witricity.com/products/wit-5000/ accesat la 09.06.2016
[16] http://witricity.com/products/wit-3300/ accesat la 09.06.2016
[17] http://witricity.com/products/wicad/ accesat la 09.06.2016
[18] „Electronică industrială” – Ș.Bîrcă-Gălățeanu, V.Lăzărescu , C.Rădoi , editura Politehnica, a doua ediție a cursului din 1976
[19] http://www.sentex.ca/~mec1995/circ/555dcac.html accesat la 20.06.2016
[20] Texas Instruments: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm555.pdf accesat la 18.06.2016
[21] http://www.electromatic.ro/en/products/instrumentation-and-automation/echipamente-de-comanda/item/98-convertoare-ac-dcredresoare accesat la 30.05.2016
[22] Thesis1 „Solar powered battery charging system”-Catherina Conaghan
[23] http://en.wikipedia.org/wiki/ATmega328 accesat la 02.02.2016
[24] https://en.wikipedia.org/wiki/ATmega328 accesat la 05.06.2016
[25] http://www.hobbytronics.co.uk/arduino-atmega328-pinout accesat la 15.06.2016
[26] https://www.robofun.ro/lcd-16×2-i2c-negru-verde?search=lcd accesata la 19.05.2016
[27] http://4.bp.blogspot.com/-HIgG_RKu9KI/U0CImGbYLpI/AAAAAAAAACI/VB _APXbO3B c/s1600/Rangk.+LCD+16×2.jpg accesat la 24.06.2016
[28] http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm235.pdf accesat la 09.06.2016
[29] http://artofcircuits.com/wp-content/uploads/2014/06/TP4056-1A-Battery-Charger-Module-2.jpg accesat la 22.06.2016
[30] http://lygte-info.dk/review/Review%20Charger%20TP4056%20UK.html accesat la 21.06.2016
[31] https://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/datasheets/Prototyping/TP4056.pdf accesat la 05.06.2016
[32] https://www.arduino.cc/en/Guide/HomePage accesat la 20.06.2016
Anexa1.Codul sursă al programului pentru microcontroler
/*
* LCD RS pin to digital pin 12
* LCD Enable pin to digital pin 11
* LCD D4 pin to digital pin 5
* LCD D5 pin to digital pin 4
* LCD D6 pin to digital pin 3
* LCD D7 pin to digital pin 2
* LCD R/W pin to ground
*/
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(13, 12, 11, 10, 9, 8);
#define tensiune A4
#define curent A5
#define temp A3
#define enable 7
float voltage=0;
float current=0;
float temperatura=0;
unsigned long timp_afisare;
boolean charge=LOW; //flag care memorează dacă a avut loc un ciclu de încărcare
boolean error=LOW; //flag eroare
void setup() {
lcd.begin(16, 2);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" Incarcator");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" Wireless");
delay(1200);
lcd.clear();
analogReference(INTERNAL);
pinMode(tensiune, INPUT);
pinMode(curent, INPUT);
pinMode(temp, INPUT);
pinMode(enable, OUTPUT);
digitalWrite(enable,LOW); //inițial nu se încarcă
timp_afisare=millis();
while(analogRead(tensiune)<=100){
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Connect Battery!");
}
lcd.clear();
}
float read_voltage(){
float v = analogRead(tensiune)*1.1/1024; //trasformă în Volți
v=v*9.33; //înmulțește cu raportul divizorului
return v;
}
float read_current(){
float i=analogRead(curent)*0.935;
// i=i*1.1/1024;
// i=i*1000/0.05; //mA
// i=i/23;
return i;
}
float read_temp(){
float t=analogRead(temp);
t=t*100-273.2; //conversie din Kelvin în Celsius
return t;
}
void loop() {
//############# TENSIUNE ###############
for(int i=1;i<=100;i++){
voltage=voltage+read_voltage();
}
voltage=voltage/100;
//############## CURENT #############
for(int i=1;i<=100;i++){
current=current+read_current();
}
current=int(current/100);
if(current<=5 && charge==HIGH && error==LOW){
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("CHECK BATTERY ! ");
charge=LOW; //resetează flag charge pentru a încărca o baterie nouă
error=HIGH;
digitalWrite(enable,LOW);
delay(2000);
lcd.clear();
}
else {error=LOW;}
if(millis()-timp_afisare>500 && error==LOW){
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("U:");
lcd.setCursor(2, 0);
if(voltage<0.1)
lcd.print("0.0");
else
lcd.print(voltage);
lcd.setCursor(6, 0);
lcd.print("V ");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("I:");
lcd.setCursor(2, 1);
lcd.print(current);
if(current>=100){
lcd.setCursor(5, 1);
lcd.print("mA ");
}
if(current>=10 && current<100){
lcd.setCursor(4, 1);
lcd.print("mA ");
}
if(current<10){
lcd.setCursor(3, 1);
lcd.print("mA ");
}
//############## TEMPERATURA ##############
if(charge==HIGH){ //afișare temperatură doar când are acumulator la încărcat
for(int i=1;i<=100;i++){
temperatura=temperatura+read_temp();
}
temperatura=temperatura/100; //mediază
if(temperatura>70){ //dacă temperatura depășește 70 de grade
digitalWrite(enable,LOW); //oprire încărcare
while(read_voltage()>0.1){ //stă în buclă până cănd se înlocuieste bateria
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("OVER TEMP ");
temperatura=read_temp();
lcd.setCursor(10, 1);
lcd.print(temperatura);
lcd.setCursor(14, 1);
lcd.print(char(223));
lcd.setCursor(15, 1);
lcd.print("C");
delay(1500);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("REPLACE BATTERY");
delay(1500);
}}
//lcd.setCursor(8, 1);
//lcd.print("T:");
lcd.setCursor(10, 1);
lcd.print(temperatura);
lcd.setCursor(14, 1);
lcd.print(char(223));
lcd.setCursor(15, 1);
lcd.print("C");
}
timp_afisare=millis();
}
//############# activare/dezactivare încărcare #############
if(voltage<=4.05 && charge==LOW && error==LOW ){ //pornește încărcarea dacă Vbat este mai mic de 4.05V
digitalWrite(enable,HIGH); //pornire încărcare
charge=HIGH; //setează flag CHARGE
delay(500);
lcd.setCursor(8, 0);
lcd.print("CHARGING");
}
else if(voltage>=4.2 && error==LOW){ // oprește încărcarea când tensiunea ajunge la 4.2V
digitalWrite(enable,LOW); //oprire încărcare
lcd.setCursor(8, 0);
lcd.print(" IDLE ");
}
else if(voltage>4.05 && charge==LOW && error==LOW){ //dacă bateria nou conectată este încărcată
delay(500);
lcd.setCursor(8, 0);
lcd.print("BAT FULL ");
digitalWrite(enable,LOW); //oprire încărcare
}
}
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: Sistem de alimentare cu energie electrică prin inducție electromagnetică [302545] (ID: 302545)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.