Dereva wa Uendeshaji wa Nguvu za Dijiti: Hatua 7 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:54

Je! Umewahi kutaka nguvu ambayo unaweza kutumia popote ulipo, hata bila duka la ukuta karibu? Na haingekuwa baridi ikiwa pia ilikuwa sahihi sana, ya dijiti, na inayoweza kudhibitiwa kupitia PC?

Katika hii inayoweza kufundishwa nitakuonyesha jinsi ya kujenga haswa: nguvu ya kutumia dijiti ya nguvu, ambayo inaendana na arduino na inaweza kudhibitiwa kupitia PC juu ya USB.

Wakati nyuma niliunda nguvu kutoka kwa ATX PSU ya zamani, na wakati inafanya kazi nzuri, nilitaka kuongeza mchezo wangu na nguvu ya dijiti. Kama ilivyosemwa tayari, inaendeshwa na betri (seli 2 za lithiamu kuwa sahihi), na inaweza kutoa kiwango cha juu cha 20 V saa 1 A; ambayo ni mengi kwa miradi yangu mingi ambayo inahitaji nguvu sahihi.

Nitaonyesha mchakato wote wa kubuni, na faili zote za mradi zinaweza kupatikana kwenye ukurasa wangu wa GitHub:

Tuanze!

Hatua ya 1: Vipengele na Gharama

Vipengele

• Voltage ya mara kwa mara na njia za sasa za mara kwa mara
• Inatumia kiboreshaji cha chini cha laini ya kelele, iliyotanguliwa na preregulator ya ufuatiliaji ili kupunguza utaftaji wa nguvu
• Matumizi ya vifaa vinavyoweza kushika mkono ili mradi apatikane
• Inayoendeshwa na ATMEGA328P, iliyowekwa na Arduino IDE
• Mawasiliano ya PC kupitia programu ya Java kupitia USB ndogo
• Inatumiwa na seli 2 za 18650 za Lithiamu Ion zilizolindwa
• Plugs za ndizi zilizo na milimita 18 kwa utangamano na adapta za BNC

Ufafanuzi

• 0 - 1A, hatua za 1 mA (10 bit DAC)
• 0 - 20V, hatua za 20 mV (10 bit DAC) (operesheni ya kweli ya 0V)
• Upimaji wa Voltage: azimio 20 mV (10 bit ADC)

• Kipimo cha sasa:

  • <40mA: azimio 10uA (ina219)
  • <80mA: azimio 20uA (ina219)
  • <160mA: azimio 40uA (ina219)
  • <320mA: azimio 80uA (ina219)
  • > 320mA: 1mA azimio (10 bit ADC)

Gharama

Nguvu kamili ya nguvu ilinigharimu karibu $ 135, na vifaa vyote vya moja. Betri ni sehemu ya gharama kubwa zaidi ($ 30 kwa seli 2), kwani zinalindwa seli za lithiamu 18650. Inawezekana kupunguza gharama kwa kiasi kikubwa ikiwa hakuna operesheni ya betri inayohitajika. Kwa kuacha betri na mizunguko ya kuchaji, bei hupungua hadi $ 100. Ingawa hii inaweza kuonekana kuwa ya gharama kubwa, vifaa vya umeme na utendaji mdogo na huduma mara nyingi hugharimu zaidi ya hii.

Ikiwa haujali kuagiza vifaa vyako kutoka kwa ebay au aliexpress, bei na betri zitashuka hadi $ 100, na $ 70 bila. Inachukua muda mrefu kwa sehemu kuingia, lakini ni chaguo linalofaa.

Hatua ya 2: Mpangilio na nadharia ya Uendeshaji

Ili kuelewa utendaji wa mzunguko, itabidi tuangalie skimu. Niliigawanya katika vitalu vya kazi, kama kwamba ni rahisi kuelewa; Kwa hivyo pia nitaelezea operesheni hatua kwa hatua. Sehemu hii ni ya kina kabisa na inahitaji ujuzi mzuri wa elektroniki. Ikiwa unataka tu kujua jinsi ya kujenga mzunguko, unaweza kuruka hadi hatua inayofuata.

Kizuizi kuu

Operesheni hiyo imejikita karibu na chip ya LT3080: ni mdhibiti wa umeme wa laini, ambayo inaweza kushuka kwa voltages, kulingana na ishara ya kudhibiti. Ishara hii ya kudhibiti itazalishwa na mdhibiti mdogo; jinsi hii imefanywa, itaelezewa kwa undani baadaye.

Kuweka voltage

Mzunguko karibu na LT3080 hutoa ishara zinazofaa za kudhibiti. Kwanza, tutaangalia jinsi voltage imewekwa. Mpangilio wa voltage kutoka kwa mdhibiti mdogo ni ishara ya PWM (PWM_Vset), ambayo huchujwa na kichujio cha chini (C9 & R26). Hii hutoa voltage ya analog - kati ya 0 na 5 V - sawia na voltage inayotakiwa ya pato. Kwa kuwa kiwango chetu cha pato ni 0 - 20 V, itabidi tuongeze ishara hii na sababu ya 4. Hii inafanywa na usanidi wa opamp usiobadilisha wa U3C. Faida kwa pini iliyowekwa imedhamiriwa na R23 // R24 // R25 na R34. Vipimo hivi vinavumilia 0.1%, ili kupunguza makosa. R39 na R36 haijalishi hapa, kwani ni sehemu ya kitanzi cha maoni.

Mpangilio wa sasa

Pini hii iliyowekwa inaweza pia kutumiwa kwa mpangilio wa pili: hali ya sasa. Tunataka kupima sare ya sasa, na kuzima pato wakati hii inazidi sasa inayotafutwa. Kwa hivyo, tunaanza tena na ishara ya PWM (PWM_Iset), iliyotengenezwa na microcontroller, ambayo sasa imechujwa na kupunguzwa kwa kiwango cha chini kutoka anuwai ya 0 - 5 V hadi safu ya 0 - 2 V. Voltage hii sasa inalinganishwa na kushuka kwa voltage kwenye kipinga cha akili ya sasa (ADC_Iout, angalia hapa chini) na usanidi wa kulinganisha wa opamp U3D. Ikiwa sasa ni ya juu sana, hii itageuka kuongozwa, na pia kuvuta laini iliyowekwa ya LT3080 chini (kupitia Q2), na hivyo kuzima pato. Upimaji wa sasa, na kizazi cha ishara ADC_Iout kinafanywa kama ifuatavyo. Pato la sasa linapita kupitia vipinga R7 - R16. Jumla ya 1 ohm; sababu ya kutotumia 1R mahali pa kwanza ni mara mbili: 1 kinzani inapaswa kuwa na kiwango cha juu cha nguvu (inahitaji kutawanya angalau 1 W), na kwa kutumia vipinga 10% sawa, tunapata usahihi zaidi kuliko na kipinga 1% moja. Video nzuri juu ya kwanini kazi hii inaweza kupatikana hapa: https://www.youtube.com/embed/1WAhTdWErrU&t=1s Wakati wa sasa unapita kupitia vizuizi hivi, inaunda kushuka kwa voltage, ambayo tunaweza kupima, na ni iliyowekwa kabla ya LT3080, kwani kushuka kwa voltage haipaswi kuathiri voltage ya pato. Kushuka kwa voltage hupimwa na amplifier tofauti (U3B) na faida ya 2. Hii inasababisha upeo wa voltage ya 0 - 2 V (zaidi baadaye), kwa hivyo mgawanyiko wa voltage kwenye ishara ya PWM ya sasa. Bafa (U3A) iko ili kuhakikisha kuwa sasa inapita kwenye kontena R21, R32 na R33 haipitii kinzani ya sasa ya akili, ambayo ingeathiri usomaji wake. Pia kumbuka kuwa hii inapaswa kuwa opamp ya reli-kwa-reli, kwa sababu voltage ya pembejeo kwenye pembejeo nzuri ni sawa na voltage ya usambazaji. Amplifier isiyo ya kugeuza ni ya kipimo cha kozi tu, kwa vipimo sahihi kabisa, tuna chip INA219 kwenye bodi. Chip hii inatuwezesha kupima mikondo ndogo sana, na inashughulikiwa kupitia I2C.

Vitu vya ziada

Katika pato la LT3080, tuna vitu vingine zaidi. Kwanza kabisa, kuna kuzama kwa sasa (LM334). Hii inachora mkondo wa mara kwa mara wa 677 uA (uliowekwa na kontena R41), kutuliza LT3080. Hata hivyo haijaunganishwa na ardhi, lakini kwa VEE, voltage hasi. Hii inahitajika ili kuruhusu LT3080 kufanya kazi hadi 0 V. Inapounganishwa ardhini, voltage ya chini kabisa itakuwa juu ya 0.7 V. Hii inaonekana kuwa ya chini vya kutosha, lakini kumbuka kuwa hii inatuzuia kuzima kabisa nguvu. Diode ya zener D3 hutumiwa kubana voltage ya pato ikiwa itaenda juu ya 22 V, na kigawanyaji cha kipinga kinashusha kiwango cha voltage kutoka 0 - 20 V hadi 0 - 2 V (ADC_Vout). Kwa bahati mbaya, nyaya hizi ziko kwenye pato la LT3080, ambayo inamaanisha kuwa sasa yao itachangia sasa ya pato tunayotaka kupima. Kwa bahati nzuri, mikondo hii ni ya mara kwa mara ikiwa voltage inakaa mara kwa mara; ili tuweze kusawazisha ya sasa wakati mzigo umetenganishwa kwanza.

Pampu ya malipo

Voltage hasi ambayo tumetaja hapo awali inazalishwa na mzunguko mdogo wa kushangaza: pampu ya malipo. Kwa kazi yake, ningerejelea hapa: https://www.youtube.com/embed/1WAhTdWErrU&t=1s Inalishwa na 50% PWM ya mdhibiti mdogo (PWM)

Kuongeza Converter

Wacha tuangalie voltage ya uingizaji ya block yetu kuu: Vboost. Tunaona kuwa ni 8 - 24V, lakini subiri, seli 2 za lithiamu katika safu hutoa upeo wa 8.4 V? Kwa kweli, na ndio sababu tunahitaji kuongeza voltage, na kibadilishaji kinachoitwa kuongeza. Tunaweza kuongeza voltage kila wakati kuwa 24 V, bila kujali ni pato gani tunataka; Walakini, hii itapoteza nguvu nyingi katika LT3080 na vitu vingepata moto! Kwa hivyo badala ya kufanya hivyo, tutaongeza voltage kwa zaidi ya voltage ya pato. Karibu 2.5 V ya juu inafaa, kuhesabu kushuka kwa voltage katika kontena la sasa la hisia na voltage ya kuacha ya LT3080. Voltage imewekwa na wapinzani kwenye ishara ya pato ya kibadilishaji cha kuongeza. Kubadilisha voltage hii kwenye nzi, tunatumia potentiometer ya dijiti, MCP41010, ambayo inadhibitiwa kupitia SPI.

Kuchaji Betri

Hii inatuongoza kwa voltage halisi ya pembejeo: betri! Kwa kuwa tunatumia seli zilizolindwa, tunahitaji tu kuziweka katika safu na tumemaliza! Ni muhimu kutumia seli zilizolindwa hapa, ili kuepuka kupita kiasi au malipo ya ziada, na hivyo kuharibu seli. Tena, tunatumia mgawanyiko wa voltage kwa kupima voltage ya betri, na kuiacha chini kwa anuwai inayoweza kutumika. Sasa nenda kwenye sehemu ya kupendeza: mizunguko ya kuchaji. Tunatumia chip ya BQ2057WSN kwa kusudi hili: pamoja na TIP32CG, kimsingi inaunda nguvu ya kujipatia yenyewe. Chip hii huchaji seli kupitia trafiki ya CV CC inayofaa. Kwa kuwa betri zangu hazina uchunguzi wa joto, pembejeo hii inapaswa kufungwa kwa nusu ya voltage ya betri. Hii inahitimisha sehemu ya udhibiti wa voltage ya nguvu.

Mdhibiti wa 5V

Voltage 5 V ya ugavi wa arduino hufanywa na mdhibiti rahisi wa voltage. Sio pato sahihi zaidi ya 5 V hata hivyo, lakini hii itatatuliwa hapa chini.

Marejeleo ya voltage ya 2.048 V

Chip hii kidogo hutoa kumbukumbu sahihi ya voltage ya 2.048 V. Hii hutumiwa kama rejeleo la ishara za Analog ADC_Vout, ADC_Iout, ADC_Vbatt. Ndio sababu tulihitaji wagawanyaji wa voltage kuleta ishara hizi hadi 2 V. Microcontroller Ubongo wa mradi huu ni ATMEGA328P, hii ndio chip ile ile ambayo inatumika katika Arduino Uno. Tayari tulikwenda juu ya ishara nyingi za kudhibiti, lakini kuna nyongeza zingine za kupendeza hata hivyo. Viambatisho vya rotary vimeunganishwa na pini 2 tu za kusumbua nje za arduino: PD2 na PD3. Hii inahitajika kwa utekelezaji wa programu inayoaminika. Swichi chini hutumia kontena la ndani la pullup. Halafu kuna msuluhishi wa ajabu wa voltage kwenye safu ya kuchagua chip ya potentiometer (Pot). Mgawanyiko wa voltage kwenye pato, ni nini nzuri kwa; unaweza kusema. Kama ilivyoelezwa hapo awali, usambazaji wa 5 V sio sahihi kwa teribbly. Kwa hivyo itakuwa nzuri kupima hii kwa usahihi, na kurekebisha mzunguko wa ushuru wa ishara ya PWM ipasavyo. Lakini kwa kuwa sikuwa na pembejeo za bure zaidi, ilibidi nifanye pini kuvuta ushuru mara mbili. Wakati buti za nguvu, pini hii imewekwa kwanza kama pembejeo: inapima reli ya usambazaji na inajilinganisha yenyewe. Ifuatayo, imewekwa kama pato na inaweza kuendesha laini ya kuchagua chip.

Onyesha Dereva

Kwa onyesho, nilitaka skrini ya LCD ya hitachi inayopatikana kwa kawaida. Zinaendeshwa na pini 6, lakini kwa kuwa sikuwa na pini zilizobaki, nilihitaji suluhisho lingine. Rejista ya mabadiliko kwa uokoaji! 74HC595 inaniruhusu kutumia laini ya SPI kudhibiti onyesho, na hivyo kuhitaji tu laini 1 ya kuchagua chip.

FTDI

Sehemu ya mwisho ya nguvu hii ni uhusiano na ulimwengu mkatili, wa nje. Kwa hili, tunahitaji kubadilisha ishara za serial kuwa ishara za USB. Hii inafanywa na chip ya FTDI, ambayo imeunganishwa na bandari ndogo ya USB kwa unganisho rahisi.

Na ndio tu kuna hiyo!

Hatua ya 3: PCB na Elektroniki

Sasa kwa kuwa tunaelewa jinsi mzunguko unafanya kazi, tunaweza kuanza kuijenga! Unaweza kuagiza PCB mkondoni kutoka kwa mtengenezaji wako unayempenda (gharama yangu ni karibu $ 10), faili za kijiti zinaweza kupatikana kwenye GitHub yangu, pamoja na muswada wa vifaa. Kukusanya PCB basi kimsingi ni suala la kuuza viambishi vilivyowekwa kulingana na skrini ya hariri na muswada wa vifaa.

Hatua ya kwanza ni kuuza vifaa vya SMD. Wengi wao ni rahisi kufanya kwa mikono, isipokuwa kutoka kwa chip ya FTDI na kontakt USB ndogo. Kwa hivyo, unaweza kuepuka kuuza sehemu hizo 2 mwenyewe, na badala yake utumie bodi ya kuzuka ya FTDI. Nilitoa pini za kichwa ambapo hii inaweza kuuzwa.

Wakati kazi ya SMD imekamilika, unaweza kuendelea na vifaa vyote vya shimo. Hizi ni moja kwa moja. Kwa chips, unaweza kutaka kutumia soketi badala ya kuziunganisha moja kwa moja kwenye bodi. Ni vyema kutumia ATMEGA328P na Arduino bootloader, vinginevyo utalazimika kuipakia kwa kutumia kichwa cha ICSP (kilichoonyeshwa hapa).

Sehemu pekee ambayo inahitaji umakini zaidi ni skrini ya LCD, kwani inahitaji kuwekwa kwa pembe. Solder vichwa vya kiume vyenye angled juu yake, na kipande cha plastiki kinatazama chini ya skrini. Hii itaruhusu uwekaji mzuri wa skrini kwenye pcb. Baada ya hapo, inaweza kuuzwa mahali kama sehemu nyingine yoyote ya shimo.

Kitu pekee kilichobaki kufanya ni kuongeza waya 2, ambazo zitaunganisha kwenye vituo vya ndizi kwenye sahani ya mbele.

Hatua ya 4: Uchunguzi na Mkutano

Pamoja na pcb iliyotengenezwa, tunaweza kuendelea na kesi hiyo. Nilibuni PCB karibu na kesi hii ya hammond, kwa hivyo kutumia kesi nyingine haifai. Walakini, unaweza kuchapisha kila wakati kesi ya 3D na vipimo sawa.

Hatua ya kwanza ni kuandaa jopo la mwisho. Tutahitaji kuchimba mashimo kadhaa ya visu, swichi, nk nilifanya hivi kwa mkono, lakini ikiwa una ufikiaji wa CNC ambayo itakuwa chaguo sahihi zaidi. Nilitengeneza mashimo kulingana na mpango na kugonga mashimo ya screw.

Ni wazo nzuri kuongeza vidonge vya hariri sasa, na uzishike pamoja na tone ndogo la gundi kubwa. Hizi zitatenga LT3080 na TIP32 kutoka kwenye bamba la nyuma, wakati bado inaruhusu uhamishaji wa joto. Usiwasahau! Unapopiga turuba kwenye gongo la nyuma, tumia washer ya mica kuhakikisha kutengwa!

Sasa tunaweza kuzingatia jopo la mbele, ambalo linateleza tu mahali. Sasa tunaweza kuongeza viboreshaji vya ndizi na vifungo kwa viambatisho vya rotary.

Pamoja na paneli zote mbili mahali sasa tunaweza kuingiza mkutano kwenye kesi hiyo, ongeza betri na uifunge yote. Hakikisha unatumia betri zilizolindwa, hautaki seli zilipuke!

Kwa wakati huu vifaa vimekamilika, sasa kilichobaki ni kupiga maisha ndani yake na programu!

Hatua ya 5: Msimbo wa Arduino

Ubongo wa mradi huu ni ATMEGA328P, ambayo tutapanga na Arduino IDE. Katika sehemu hii, nitapitia operesheni ya msingi ya nambari, maelezo yanaweza kupatikana kama maoni ndani ya nambari.

Nambari kimsingi hupunguka kupitia hatua hizi:

1. Soma data ya serial kutoka java
2. Vifungo vya kura
3. Pima voltage
4. Pima sasa
5. Pima sasa na INA219
6. Tuma data ya serial kwa java
7. Sanidi kibadilishaji cha kukuza
8. Pata chaji ya betri
9. Sasisha skrini

Viambatisho vya rotary vinashughulikiwa na utaratibu wa usumbufu wa huduma ili kuwa nao kama msikivu iwezekanavyo.

Nambari hiyo sasa inaweza kupakiwa kwenye ubao kupitia bandari ndogo ya USB (ikiwa chip ina bootloader). Bodi: Arduino pro au pro mini Programu: AVR ISP / AVRISP MKII

Sasa tunaweza kuangalia mwingiliano kati ya Arduino na PC.

Hatua ya 6: Msimbo wa Java

Kwa data ya magogo na kudhibiti nguvu kupitia PC, nilifanya programu ya java. Hii inatuwezesha kudhibiti bodi kwa urahisi kupitia GUI. Kama ilivyo na nambari ya Arduino, sitaenda kwa maelezo yote, lakini toa muhtasari.

Tunaanza kwa kutengeneza dirisha na vifungo, uwanja wa maandishi nk; mambo ya msingi ya GUI.

Sasa inakuja sehemu ya kufurahisha: kuongeza bandari za USB, ambazo nilitumia maktaba ya jSerialComm. Mara bandari ikichaguliwa, java itasikiliza data yoyote inayoingia. Tunaweza pia kutuma data kwenye kifaa.

Kwa kuongezea, data zote zinazoingia zinahifadhiwa kwenye faili ya csv, kwa matibabu ya data baadaye.

Wakati wa kuendesha faili ya.jar, tunapaswa kwanza kuchagua bandari inayofaa kutoka kwenye menyu kunjuzi. Baada ya kuunganisha data itaanza kuingia, na tunaweza kutuma mipangilio yetu kwa nguvu.

Wakati programu hiyo ni ya msingi sana, inaweza kuwa muhimu kuidhibiti kupitia PC na ingiza data.

Hatua ya 7: Mafanikio

Baada ya kazi hii yote, sasa tuna nguvu ya kufanya kazi kikamilifu!

Lazima pia niwashukuru watu wengine kwa msaada wao:

• Mradi huo ulitegemea mradi wa uSupply wa EEVBLOG na mpango wake wa Mch. Kwa hivyo shukrani maalum kwa David L. Jones kwa kutoa hesabu zake chini ya leseni ya chanzo wazi na kushiriki maarifa yake yote.
• Asante kubwa kwa Johan Pattyn kwa kutengeneza vielelezo vya mradi huu.
• Pia Cedric Busschots na Hans Ingelberts wanastahili sifa kwa msaada wa utatuzi.

Sasa tunaweza kufurahiya nguvu yetu ya nyumbani iliyoundwa, ambayo itafaa wakati wa kufanya kazi kwenye miradi mingine ya kushangaza! Na muhimu zaidi: tumejifunza vitu vingi njiani.

Ikiwa ulipenda mradi huu, tafadhali nipigie kura katika mashindano ya Powerupply, ningeifurahi sana!

Zawadi ya pili katika Mashindano ya Ugavi wa Umeme