Autodrhov multifunkn ovlada
Posted by Pepino on January 25 2007 09:02:04
Pehled
Jednoho krsnho dne mn mj syn ekl, e by chtl pod stromeek autodrhu, ale protoe jsem mnl doma ji starou dobrou eskou autodrhu (a nechtl jsem investovat do nov ) slbil jsem mu e spravme tu starou. A pi prbhu spravovn jsem se rozhodl e to lehce vylepme a dopadlo to nsledovn.
Vyhodil jsem vekerou pvodn elektriku a nahradil to pln digitln krabikou vlastn vroby, kter zvld tyto vci:
1) Nahrazeno pvodn zen aut odporem modernm zenm PWM (Pulse Width Modulation)
2) Ovladae vytvoeny potenciometrem a doplnny jednm tlatkem , kter m pevn funkci brzdy
3) Ob auta lze nezvisle na sob pln ovldat:
- Plynule ovldat rychlost od minimln po maximln
- Odpojit pln drhy od zdroje ( Z-state )
- Zkracovat drhy bn rychl brzdn
- Reverzovat smr velmi inn brzdn
4) Pipojen na LCD inteligentn displej veker nastaven , asy, kola ve se zobrazuje pes nj
5) 8 indikanch LED:
- Chyba i to se nkdy stv pokud nastane njak chybika na vkonov sti (zatm mn tato situace nenastala)
- Pauza bhem zvodu nebo trninku lze ve pozastavit
- Safety v brzk dob bude doprogramovn safety md - tzn. Po srce mou hri pozastavit zvod a po piznn se vinkovi pite penaltov as.
- Zvod indikuje zvodn reim hry
- Trnink indikuje trninkov reim hry
- Jzda indukuje voln reim pouvn drhy (klasika tak jako dv)
- Auto 1 indikan LED pro AUTO 1
- Auto 2 indikan LED pro AUTO 2
6) 5 ovldacch tlatek:
- Reim pepn mezi reimy pouit krabiky (Voln jzda, Trnink, Zvod)
- Menu prochzen a potvrzovn jednotlivch menu (viz dle)
- Nastav, Safety mnn hodnot v jednotlivch krocch menu, spoutn safety reimu pi zvodu
- Pauza, Jazyk Pi zvodu a trninku doke pozastavit tn asu a ovldn aut, pi jakmkoliv jn innosti pepn jazyk ovldn mezi etinou a anglitinou.
- Reset nvrat z menu, v trninkovm reimu vymazn prbnch vsledk
7) Drha pouze doplnna dvma mechanickmi koncovmi spnai (pro kadou drhu jeden) na startovn e.
8) Velk semafor pro startovn poteby lze t vyuit pro jakkoliv jin ely
9) Pipojen na PC pomoc RS-232C linky (COM port na PC)
10) Napjec napt 7 30 V DC
11) Doke mit napjec napt monost provdn korekc rychlost na napt
12) Doke mit odebran proud pro kadou formuli zvl
13) Automatick dojdn aut na startovn ru
14) Piezo sirnka
Hardware zazen
Stejnmi prvky zazen jsou soustky firmy Freescale, jedn se hlavn o 8 bitov mikrokontrolr MC689S08AW60 a vkonov prvek H-bridge MC33887 (mon nhrada je MC33886). Ostatn soustky jsou jen doplkov a pasivn prvky. Deska je navrena jako jednostrann DPS vyrobiteln ikovnjm bastlem doma nebo jako v mm ppad mal levn firma z flie.
Popis zapojen
Zapojen lze rozdlit do tech blok a pipojench periferi:
- Mikroprocesorov st kompletn dc st
- Vkonov st napjec napt, vkonov ovldn aut
- Komunikan st zajiuje komunikaci s PC
- Periferie zapojen ovladae , semaforu a pipojen k drze
Mikroprocesorov st
Zkladem zapojen je ji zmnn 8 bitov mikroprocesor Freescale MC9S08AW60, kter se vborn hod pro tenhle el a to hlavn dky tmto vlastnostem:
- 20 MHz BUS clock - dostaten rychlost pro ely autodrhy
- 60 KB flash pamti dostaten rezerva jak pro kd, tak pro texty i ppadn ukldn vsledku
- 2 KB RAM prakticky pamt RAM nejsme omezeni
- 10 ti bitov AD pevodnk, 16 kanl ten ovlada, napjecho napt, odebranch proud
- SCI sriov linka komunikace s PC
- SPI nevyuito
- IIC nevyuito
- asovae 2 nezvisl asovae jeden s 2 kanly, druh 6 kanlov vyuito pro generovn pesnch asovch interval (men asu), a druh pro zen motor pomoc PWM (Selectable input capture, output compare, and edge-aligned PWM capability on each channel. Each timer module may be configured for buffered, centered PWM (CPWM) on all channels)
- KBI peruen od klvesnice vyuito pro pipojen spna v drze, tlatek na ovladach a tlatek na krabice
- Celkov m 54 vstupn/vstupnch pin mono pipojit hromadu signl. Na vech lze jednotliv zapnout PULL-UP rezistor
- Programovn a odlaovn programu po BDM rozhran
- Vyrb se i v 64 pinovm QFP pouzdru pjiteln doma.
K procesoru jsou pipojeny nutn soustky a to krystal, k nmu dva kondenstory a jeden paraleln odpor (Y1, C1, C2, R1 ), jeden filtrovac kondenstor (C8) a programovac konektor pro BDM (J1). A to je ve co potebuje mikroprocesor (dle jen MCU) pro svou innost, snad jen prvn 4 komponenty pro zdroj hodinovho signlu (Y1, C1, C2, R1 ) by li odstranit a nechat MCU brt hodiny se svho vnitnho osciltoru , ale pro vt pesnost byla zvolena monost externho krystalu.
Indikan LED diody jsou pes rezistory pipojeny pmo k pinm MCU (R7-R14, JP1), LED diody jsou umstny na vrchn stran krabiky proto se na desce nachz jen konektor pro jejich pipojen. Diody maj vechny anody spojen a pipojen na +5V (VCC). Pro tyto LED diody je vyuit port F (PTF).
Semafor je pipojen pln stejn jako vechny diody (t rezistory R15-R17), ale aktivn rovn jsou opan. Toto je uzpsobeno pro zapojen uvnit semaforu. Pro semaforov piny jsem vyuil st portu E (PTE).
Vtina tlatek (reim, menu, set, reset) je pipojena na pmo na port G (PTG), protoe je zde vyveden modul KBI (PTG0 PTG3). Posledn tlatko na krabice je zapojeno na obyejn vstupn/vstupn (dle jen V/V) pin na portu A (PTA7).Na KBI modul jsou t pipojeny ovladaov tlatka brzd (PTD2, PTD3) pes konektory ovlada (J3, J10) a koncov spnae na drze (PTD7, PTG4) kter jsou pipojeny skrze konektor J4. Pouze pro o koncov spnae jsou pouity extern PULL-UP rezistory, protoe pi nastaven KBI modulu na citlivost na vzestupnou hranu se vnitn odpoj a pipoj se PULL-DOWN rezistory,kter jsem musel softwarov odpojit pln. Vechny tlatka uzemuj signl po stisknut (tzn. Druh drt pipojen k zemi).
Ovladae jsou pipojeny jet do vstup AD pevodnk na ten poadovan rychlosti. Do analogovho signlu je zaazen RC filtr pro omezen umu ( R2, R3, C3, C4). Ovladae se pipojuj konektory J3 a J10. Dle je do AD pevodnku pipojeno vstupn napjen pes odporov dli (R4, R5) o pomru 1/6. Toto napt je t filtrovno RC lnkem (R6, C6).
Port A je vyuit pro pipojen inteligentnho LCD displeje v 4- bitovm komunikanm mdu. U konektoru displeje (J5) je umstn trimr na nastaven kontrastu displeje.
Na pipojen RS-232C linky je vyuito jej nejoesanj verze. Jsou pipojeny pouze signly RXD a TXD (PTE0 a PTE1).Vce pi popisu Komunikanho bloku.
Pipojen vkonov sti je realizovno pomoc pti signl pro kadou drhu. A to tech obyejnch V/V signl Fault_status ohlaseni chyby (PTB4, PTD0), Disable_power pepnut vstup vkonovch budi do stavu vysok impedance (PTB2, PTB6) a PWM_DIR smr aut (PTB5, PTD1). Dle jednoho vstupu do AD pevodnku na ten odebranho proudu auty (PTB3, PTB7). A nakonec vstup od kanl asovae na generovn PWM signlu (PTE2, PTE3).
Schma ve formtu PDF ke staen
Vkonov st
Vkonov st se dl na dv oblasti a to napjen zazen a ovldn aut.
Zdroj je velmi jednoduch a skld se jen z napjecho konektoru ( J7 ), pojistky 4A pomal ( F1 ), sriov diody chrnc proti peplovn napjecho napt ( D12) a paraleln zenerovy diody na 30 V chrnc proti pept od napjen ( D13 ). Dle je zde pouit velk vyhlazovac kondenstor 4,7mF ( C7 ) , stabiliztor 7805 na +5V pro iven digitln sti ( U2 ) a za nm jen filtrovac kondenstor 100nF (C5).
Snad zajmavj je een na ovldn aut. Jsou pouity H-bridge Fy Freescale MC33887 (MC33886) kter dokou zesilovat logick signly na vstupech a na +40V vstupn rovn pi 5 Amprech. Kad H-bridge m dva samostatn kanly (monost reverzace) a m jet ochrany proti zkratu, podpt a peht (co tu doufm nehroz). Pro kadou drhu je pouit samostatn H-bridge (monost reverzace a nezvisl nastaven vstup na stav vysok impedance). (Mm i verzi s jednm H-bridge ale nen to ono.) Kondenstory jsou skoro vechny filtrovac (C9, C11 C13, C15 - C18) a dva pro vnitn nbojov pumpy ( C10, C14). Pro men vstupnho proudu se m bytek napt na rezistorech (R21, R24) pipojench do vstupu FB kudy tee pomrov st vstupnho proudu.
Schma ve formtu PDF ke staen
Komunikan st
Komunikan st je vytvoena jen klasickm MX3232 (jen 100nF kondenstory oproti MAX323 ) pevodnkem rovn (U5) a konektorem na sriov port ( J12 ). MAX3232 je doplnn jen nutnmi kondenstory 4 x 100nF (C19 C22).
Schma ve formtu PDF ke staen
Perifrie
Perifrie jsou velmi jednoduch. Zanme s ovladai. Ty jsou tvoeny jen potenciometrem piblin 10K a jednm tlatkem. Tlatko je pipojeno mezi zem (GND) a aktivn vodi brake. Potenciometr zapojme jako odporov dli , tzn. na jeden kraj pipojme zem a druh VCC a sted vyvedeme na tec vodi An_ovl. Vechny potebn vodie jsou v konektoru ovladae ptomny.
Drha je zapojena t velmi jednodue a to tak e vstupy z vkonovho konektoru J6 pipjme na jednotliv troleje drhy a koncov spnae pipojme mezi zem a aktivn drt na koncovce J4.
U semaforu mme dv monosti:
- Pokud proud jednotlivmi diodami nepeshne 8mA tak meme ve zapojit na pmo se spolenou katodou.
- Pokud diody pesahuj odbr vce jak 8mA pak se nabz zapojen se spolenou anodou. Katody pes spnac MOSFET tranzistory (typ BS170) pipojit k zemi a ovldac signly pipojit na gaty tchto tranzistor.
Deska DPS
DPS je navrena jako jednostrann jednoduch na vrobu a je pmo urena do typu plastov krabiky (UK05AP), kter lze lehce koupit . Vtina prvk je SMD ale pouil jsem co nejvt kousky , aby lo ve lehce pjet i doma (velikost 1206).
Schma ve formtu PDF ke staen
Petr Gargulk
Ronov pod Radhotm
Pokraovn lnku je k dispozici zde.