UKŁAD AUTOMATYCZNEJ REGULACJI MOCY WYJŚCIOWEJ.
Projektowany układ regulacji powinien na bieżąco badać napięcie wejściowe z dużą częstotliwością i na tej podstawie na wyjściu w oparciu o zaprogramowane funkcje powinien ustawiać napięcie dla regulatora mocy w zakresie od 0,9 do 3,4 V. Dodatkowo powinien mieć możliwość zmiany parametrów realizowanych funkcji np. poprzez zmianę programu procesora. Powinien mieć możliwość załączenia w dowolnym punkcie realizowanej funkcji przekaźnika oraz sygnalizować np. poprzez zapalanie diod LED poszczególne etapy sterowania. Oprócz tego powinny znaleźć się trzy przyciski dzięki którym w dowolnym momencie niezależnie od napięcia mierzonego będzie można ustawić minimalne i maksymalne wypełnienie oraz trzecim z nich uruchomić tryb automatyczny. Do budowy układu sterownika ponownie wykorzystano mikrokontroler ATmega8, niestety nie posiada on w swojej strukturze przetwornika cyfrowo-analogowego, który będzie niezbędny do realizacji założonych funkcji. Ma on jednak sprzętowy modulator PWM i to właśnie on zostanie wykorzystany jako przetwornik C/A.
Rys. 42 Schemat ideowy układu automatycznego sterownika.
Do wyjścia OC1A mikrokontrolera, które jest wyjściem sprzętowego modulatora PWM został dołączony układ całkujący napięcie zbudowany z rezystora o wartości 47kohm oraz kondensatora 10uF. Poprzez scałkowanie przebiegu o zmiennym wypełnieniu w obwodzie RC, którego stała czasowa jest większa od okresu tego przebiegu otrzymamy napięcie proporcjonalne do liczby cyfrowej, która została ustawiona w rejestrze mikrokontrolera o nazwie Compare1a odpowiedzialnym za sterowanie PWM. Rozdzielczość tak zbudowanego przetwornika będzie identyczna jak modulatora PWM i w tym przypadku dla zwiększenia dokładności została ustawiona na 10 bitów.
By w żaden sposób nie obciążać obwodu całkującego i nie wprowadzać zakłóceń do układu, które w zakresie sterowania równym tylko 2,5 V mogło by uniemożliwić skuteczne sterowanie, wprowadzono wtórnik napięciowy zbudowany z bardzo precyzyjnego wzmacniacza operacyjnego OP177 zasilanego napięciem symetrycznym +/-9V. Do wytworzenia napięcia symetrycznego wykorzystano scaloną przetwornicę DC/DC, która przetwarza napięcie zasilające 5V na symetryczne napięcie +/- 12V dalej zastosowano kondensatory filtrujące i dwa stabilizatory zapewniające napięcie +/-9V, które bezpośrednio zasilają wtórnik.
Wykorzystano także wbudowany w strukturę mikrokontrolera przetwornik analogowo-cyfrowy, który ustawiony został do pracy z rozdzielczością również 10 bitów, dodatkowo dla zapewnienia kompatybilności z opisanym wcześniej układem mierzenia napięcia międzyfazowego, na wyjściu którego napięcie może wynosić nawet 30V w sytuacjach awaryjnych zbudowano kolejny dzielnik napięciowy , który sprowadza ten zakres pomiarowy do maksymalnej wartości 5V, wejście przetwornika zabezpieczono dodatkowo diodą zenera o napięciu 5,1V dla dodatkowego zabezpieczenia portu przed podaniem napięcia spoza dopuszczalnego zakresu.
W układzie zastosowano cztery diody LED sygnalizujące poszczególne etapy sterowania: zielona wskazuje napięcie do wartości 3,8 V gdzie napięcie na wyjściu wynosi 0,9V, dwie żółte diody wskazują po połowie zakres zwiększania napięcia na wyjściu w drugim etapie, czwarta czerwona dioda zapala się gdy napięcie na wejściu przekroczy 14,3 V a na wyjściu pojawi się pełne wysterowanie 3,4 V. Dodatkowo na płytce PCB znajdą się trzy przyciski umożliwiające ręczne ustawienie maksymalnego i minimalnego wysterowania oraz trybu automatycznego, dodatkowo tryb automatyczny i ręcznie ustawionej pełnej mocy sygnalizowane są dodatkowymi dwiema diodami umieszczonymi obok przycisków.
Zasilanie układu przewidziano z zasilacza układu pomiarowego ale dodatkowo umieszczono na płytce własny stabilizator +5V. W oparciu o przygotowany schemat wykonano projekt płytki PCB w programie EAGLE.
Rys. 43 Widok mozaiki ścieżek sterownika automatycznego.
Rys. 44 Widok zmontowanej płytki PCB sterownika automatycznego.
Po zmontowaniu układu należało przygotować program dla mikrokontrolera, który wykona wszystkie przedstawione wcześniej założenia.
- PROGRAM DLA MIKROKONTROLERA UKŁADU STEROWANIA -
Przed napisaniem programu należało dokładnie sprawdzić wartości przetwarzane przez sterownik, na potrzeby testów napisano kilka różnych wersji oprogramowania mające na celu sprawdzenie czy przetwornik cyfrowo - analogowy i analogowo - cyfrowy poprawnie przetwarza wartości. Oba przetworniki pracują w trybie 10 bitowym więc rozdzielczość na wyjściu powinna wynosić 5 V /1024 = 4,88 mV. Dla przetwornika cyfrowo analogowego napisano program, który co kilka sekund zwiększał wartość zmiennej wpisywanej do rejestru Compare1a, na wyjściu podłączono multimetr cyfrowy i sprawdzano czy wartość za wtórnikiem napięciowym odpowiada wartości właściwej dla każdej wartości liczby cyfrowej.
Rys. 45 Sterownik w trakcie pomiarów.
Większy problem był ze sprawdzeniem przetwornika analogowo cyfrowego bo urządzenie nie posiada żadnego wyświetlacza i nie ma możliwości podglądu liczby odczytywanej z przetwornika. Jednak gdy przetwornik cyfrowo-analogowy był już sprawdzony można było go z powodzeniem wykorzystać do odczytywania wartości mierzonej z przetwornika A/C przepisując po prostu odczytaną wartość do rejestru Compare1a i mierząc napięcie na wyjściu. Dodatkowo przed wejściem przetwornika A/C znajduje się dzielnik więc postanowiono wyznaczyć dokładną charakterystykę przetwarzania wartości przed dzielnikiem na liczbę cyfrową.
