Tester slunečních článků. Milan Horkel

Transkript

1 T0B Tester slunečních článků Milan Horkel Zařízení T0B slouží k testování a měření slunečních článků a baterií sestavených ze slunečních článků. Umožňuje průběžné zobrazení optimálního zatěžovacího bodu (napětí, proud a výkon při optimální zátěži) a změření zatěžovací charakteristiky a její odeslání do počítače P. Zařízení vzniklo pro měření slunečních článků používaných pro roboty poháněné světlem.. Technické údaje Parametr Hodnota Poznámka Napájení 9 až V Spotřeba max. m Na prázdno do cca m Rozsah měření proudu 0 až 0m S krokem m Rozsah měření napětí -0, až +,V Rozhraní RS Jen RX/TX bez potvrzování Rozměry 9 x 9 x 0mm Výška nad nosnou deskou T0B.doc / 00-- / miho / /

2 T0B. Popis konstrukce.. Úvodem Uvedený modul vznikl z potřeby detailního prozkoumání vlastností slunečních článků používaných pro solární vozítka. ílem vývoje bylo získat možnost rychlého a automatického měření zatěžovacích charakteristik slunečních článků tak, aby se měření dalo stihnout dříve, než se články ohřejí od lampy. Měří se závislost napětí na zatěžovacím proudu, který se automaticky mění v rozsahu 0 až 0m s krokem m. Měření se končí při dosažení nulového nebo záporného napětí na svorkách slunečního článku. Naměřené hodnoty se automaticky odesílají po lince RS do počítače P. Vzhledem k tomu, že zařízení obsahuje mikroprocesor, nebylo již obtížné doplnit jej o algoritmus automatického průběžného hledání optimální zátěže a zobrazování optimálního napětí, proudu i výkonu na LD displeji... Zapojení modulu... Číslicová část Základem zapojení je mikroprocesor PIF, který obsahuje analogově digitální (D) převodník a obvod pro pulsně šířkovou modulaci (PWM). D převodník používáme k měření napětí na slunečních článcích. Obvod PWM používáme jako digitálně analogový (D) převodník pro nastavování požadovaného zatěžovacího proudu. Procesor běží z vnitřního oscilátoru, není tedy třeba připojovat krystal. Reset je vyveden na tlačítko. Dále je připojen programovací konektor. Funkční tlačítko F je připojeno na vstup B a standardní dvouřádkový LD displej je připojen obvyklým způsobem. Pro komunikaci s P se používá běžný převodník úrovní pro RS MX. Sériový kanál je připojen na vývody procesoru, které mají HW podporu sériové komunikace. Napájení zajišťuje stabilizátor s obvodem 0. Spotřeba naprázdno je cca m (při připojeném P). Spotřeba se zvětšuje o proud, který teče slunečními články a může tak dosáhnout maximálně až m. J K J JUMP D N00 00uF/V 00nF U IN OUT LM0T 00nF POWER T0B.doc / 00-- / miho / /

3 T0B.doc / 00-- / miho / / T0B PI U PIF/P 9 0 R/N/VREF/VREF- R/N/VREF+/OUT R/N/T0KI/OUT R/MLR# RB0/INT/P RB/SDI/SD RB/SDO/RX/DT RB/PGM/P SL/SK/RB K/TX/SS#/RB TKI/TOSO/PG/N/RB TOSI/PGD/N/RB VDD LKO/OS/R LKI/OS/R N0/R0 N/R PU R9 0k PI_ISP J PI_ISP PG PGD VDD MLR#/VPP PWM TXD LD_D 00nF R0 0k RESET LD_RS DPLUS LD_D0 RXD SW P-B0 LD_D F SW P-B0 9 00nF R 0k LD_D LD_E 0 00nF R 00 DMINUS LD U S0 9 0 VDD VO RS RW E DB0 DB DB DB DB DB DB DB LED+ LED- LD_E LD_D0 R k R k LD_D P k/pt0mvk0 00nF LD_D LD_RS LD_D LD DISPLY ONTRST DD DSR RI RTS RXD TS TXD DTR RS J RSDB9M nF 00nF TXD RS U MX M TIN TIN ROUT ROUT M- TOUT TOUT RIN RIN V 00nF RXD 00nF 00nF

4 T0B DPLUS Q BD uf/.v SOLR ELL E B DMINUS J JUMPX 9 00nF Imax=0m 0.V R 00 D BZX_V R 0k D P k/pt0mvk0 PWM 0 00nF R 0k uf/.v R 0k Q MOS-N-ENH-D G R k J JUMP R 0k R 0k + - S 00nF R 0k U TL 00nF 0.V Offset + - UB TL R k 0nF P k/pt0mvk0 00nF 00nF R9 0k R0 k R R k R 0k VOLTGE REF PWM URRENT SOURE Odpory R R, R 00 R, R, R, R k R0 k R, R, R, R, R9, R, R 0k R k R 0k R, R9, R0 0k Odporové trimry P, P, P k/pt0mvk0 Keramické kondenzátory 0nF,,,,,, 9, 0,,,, 00nF,,,, 9, 0 Elektrolytické kondenzátory 00M/V, uf/.v Diody D N00 D BZX_V Tranzistory Q MOS-N-ENH-D Q BD Integrované obvody U LM0T U TL U PIF/P U S0 U MX Mechanické součástky SW, SW P-B0 J K J JUMP J JUMPX J JUMP J PI_ISP J RSDB9M T0B.doc / 00-- / miho / /

5 T0B... nalogová část nalogová část obvodu se skládá ze dvou obvodů. Prvním z nich je zdroj proudu s tranzistorem Q a druhým je pak zdroj pomocného napětí 0.V s tranzistorem Q. Řízený zdroj proudu Zdroj proudu je tvořen operačním zesilovačem (OZ) U, tranzistorem Q a snímacím odporem R. OZ řídí tranzistor Q tak, aby úbytek na R byl shodný jako napětí na jeho neinvertujícím vstupu. Pro maximální proud 0m je úbytek na R 0mV. Při maximálním proudu je tedy na kladné svorce J. minimálně něco přes 0mV (rezerva na Q). by se dalo měřit až k nulovému napětí na článcích musí být záporná svorka J. udržována minimálně na tomto napětí. Zvolené napětí záporné svorky je 0.V. Řídící napětí pro zdroj proudu se získává z PWM (pulsně šířková modulace) výstupu procesoru U.9. Toto pulsní napětí je jednak sníženo na asi /0 velikosti (z rozsahu 0 až V na rozsah 0 až 0mV) odporovým děličem R, P, R a filtrováno kondenzátorem tak, aby vzniklo stejnosměrné řídí napětí pro řízení proudového zdroje. Protože reálný OZ má obecně nenulový ofset vstupního napětí (i několik mv předem neznámé polarity) je do neinvertujícího vstupu OZ injektován chybový proud tak, aby při nastavení PWM výstupu procesoru na hodnotu ( z ) bylo možno nastavit nulový proud. Nastavení nuly se provádí pomocí P při kalibraci. Jako tranzistor Q se hodí libovolný NFET tranzistor, který má prahové napětí do V. Takové tranzistory se dají získat například ze starých mainboardů počítačů P. Pomocný zdroj napětí 0.V Druhou částí je zdroj pomocného napětí 0.V, který umožňuje měřit napětí na článcích až k nulové hodnotě (i kousek pod nulu). Dělič R9, R0 definuje velikost napětí (/0 napájecího), OZ UB řídí pak tranzistor Q tak, aby na svorce J. bylo shodné napětí. Nevýhodou je, že stejný proud, jaký teče slunečními články musí téct i přes Q z napájecího zdroje (tedy až 0m). Pro úsporné měření (pokud nás nezajímají hodnoty při napětí na slunečních článcích menším než asi 0.V) můžeme přepnout spojku J.-J. do úsporné polohy J.-J.. Pak je spotřeba celého přípravku 0 až m. Pokud jsou sluneční články nasvíceny elektrickým světlem (z žárovek) je nutné filtrovat střídavou složku generovaného proudu. Prvotní filtraci zajišťuje kondenzátor přímo na měřících svorkách. Další filtraci zajišťují R články na vstupu D převodníku R9, 0 a R0, 9... Mechanická konstrukce Přípravek je mechanicky řešen jako samostatná deska s rohovými šrouby M pro uchycení. LD displej je přichycen šrouby M.. T0B.doc / 00-- / miho / /

6 T0B. Osazení a oživení.. Osazení.. Oživení Nejprve se kontroluje, zda stabilizátor U stabilizuje V. Spotřeba by neměla přesáhnout 0m. Pro kalibraci budeme potřebovat znát přesnou velikost napětí. Toto napětí se nejsnáze měří na výstupní svorce stabilizátoru U. T0B.doc / 00-- / miho / /

7 T0B Po vložení procesoru a jeho naprogramování by měl začít LD displej vypisovat. Je třeba nastavit kontrast pomocí trimru P. Po připojení terminálu na sériové rozhraní (používáme null-modem kabel a nastavení 900Bd, bitů, stop bit a žádné řízení přenosu) by mělo být možné pracovat v režimu kalibrace. Do režimu kalibrace se vstupuje pokud se drží stisknuté tlačítko F při zapínání přípravku. Vložíme operační zesilovač U a zkontrolujeme, zda zdroj proudu pracuje správně. Připojíme laboratorní zdroj zápornou svorkou na zem (propojka J.-J.) a kladnou svorku připojíme přes ampérmetr na kladnou svorku přípravku J.. Nastavíme napětí mezi 0.V a V a v režimu kalibrace nastavujeme střídu PWM modulace. Měřidlo by mělo ukazovat proud úměrný nastavenému číslu. Je vhodné zkontrolovat, že se proud nemění při změně napětí v rozmezí 0.V až V. Dále zkontrolujeme, zda napětí na J. ( záporná svorka ) je cca 0.V. Na přesné hodnotě nezáleží. Přepojíme propojku J.-J. a na měřící svorky J zapojíme samotný ampérmetr. Při nastavení různých hodnot PWM se nesmí napětí záporné svorky J. měnit... Kalibrace Kalibrace se provádí v režimu kalibrace. Připojíme přes null-modem kabel zařízení s počítačem P a spustíme terminálový program s nastavením komunikace 900Bd, bitů, stop bit bez řízení toku dat. Dále stiskneme tlačítko F a zapneme zařízení. Na terminálu by se mělo objevit hlášení o kalibračním režimu. Nejprve nastavíme správnou hodnotu referenčního napětí takto (příklad uvádí nastavení.9v): V.9 Dále nastavíme ofset a zesílení proudového zdroje. Připojíme ampérmetr na měřící svorky a propojku J do polohy -. Proudový zdroj nastavujeme tak, aby při hodnotě proud právě netekl, při hodnotě měl velikost m a při hodnotě 0 měl velikost 99m (voleno s ohledem na rozsah digitálních měřidel 00m). nastavíme pomocí trimru P nulový proud na ampérmetru připojeném k měřícím svorkám. 0 trimrem P nastavíme proud 99m. zkontrolujeme proud m. elou posloupnost několikrát zopakujem a ověříme, že se správně nastavuje měřený proud. Zařízení současně při každém odřádkování vypisuje změřenou hodnotu napětí na měřících svorkách. Nakonec režim kalibrace ukončíme (dojde k uložení referenčního napětí do paměti EEPROM): Q T0B.doc / 00-- / miho / /

8 T0B. Programové vybavení.. Uživatelský návod Po zapnutí zařízení krátce zobrazí název a verzi programového vybavení a pokud není stlačeno tlačítko F dojde k přechodu do automatického režimu hledání optimální zátěže. Zařízení opakovaně prohledává závislost napětí na proudu a průběžně zobrazuje napětí, proud a výkon při optimální zátěži. Měření probíhá v rozsahu proud 0 až 0m při napětí 0 až.v. Pokud se stlačí tlačítko F provede se automatické změření celé V- charakteristiky slunečního článku a naměřené hodnoty se posílají na RS. Měření se provádí pro rostoucí proud v rozsahu 0 až 0m ale jen pro nezáporné hodnoty napětí. Do režimu kalibrace se vstupuje pokud je tlačítko F stlačeno v době zapínání zařízení. Pak se se zařízením komunikuje pomocí terminálu na portu RS. Viz kalibrace... Popis programu Program je prost záludností a nevyžaduje dalších komentářů. Zdrojové texty jsou bohatě komentovány... Interface Takto vypadají přenesené hodnoty automatického měření V- charakteristiky: Solar ell Tester.00 I[m] U[V] P[mW] T0B.doc / 00-- / miho / /