STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA SDĚLOVACÍ TECHNIKY Praha 1, Panská 856/3, , ,

Transkript

1 STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA SDĚLOVACÍ TECHNIKY Praha 1, Panská 856/3, , , MATURITNÍ ZKOUŠKA PRAKTICKÁ ZKOUŠKA Z ODBORNÝCH PŘEDMĚTŮ Elektronické hodiny Studijní obor: M/004 Digitální telekomunikační technika Třída: 4.B Jakub Suchý, Filip Klaudy Školní rok: 2008/2009 autoři

2 Prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně a použil jsem literárních pramenů a informací, které cituji a uvádím v seznamu použité literatury a zdrojů informací. V Praze, dne podpis V Praze, dne podpis strana 4

3 ANOTACE Účelem naší dlouhodobé maturitní práce bylo sestrojit ručičkové hodiny ovládané pomocí mikroprocesoru PIC16F648A. K ovládání ručiček hodin byly použity tři krokové motory. Převod mezi motory a ručičkami je řešen pomocí řemenic a gumiček. Ručičky jsou umístěny v jedné ose, na trubičkách různých průměrů a ve spodní části těchto trubiček jsou řemenice. Celek je zamontován v plastové krabičce. Při spuštění nebylo možné zjistit aktuální polohu ručiček, proto byly přidány tři optické senzory pro nalezení polohy ručiček 12:00. Napájení je řešeno pomocí síťového transformátoru (230V). V práci se ukázalo jako nezbytné použít dva mikroprocesory z důvodu malého počtu výstupů z mikroprocesoru PIC. Pro nastavení aktuálního času byly použity čtyři tlačítka, jedno na vteřiny, druhé na minuty, třetí na hodiny a čtvrté slouží k aktivaci nastavovacího režimu. ANNOTATION Object of our long-term school-leaving work was to construe hand clock per microprocessor PIC16F648A. To control hands were used three stepping motors. Gearing between motors and hands is solved by the help of band-wheels and elastic bands. All hands are situated in the same axis on the pipes of different diameters. On the lower part of these pipes are bandwheels. The whole unit is built-in plastic box. After activation we couldn t locate actual position of hands, so there were added three optical sensors for finding actual position of hands, concretely 12:00. A supply is solved with transmission transformer (230V). During the work we realized to use two microprocessors by reason of insufficient number of outputs from PIC. To set up actual time were used four buttons, the first for seconds, the second for minutes, the third for hours and the fourth serves for activation of setting mode. Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 5

4 OBSAH I. Schema zapojeni str.7 II.Popis zapojení a konstrukce naší DMP str.8 II.I Mechanická část str.8 II.II Napájecí část str.9 II.III Výkonová část str.9 II.IV Snímací část str.9 II.V Ovládací část str.10 II.VI Logická část str.11 III. Mikroprocesor PIC16F628 str.12 III.I Popis procesoru str.12 III.IIPopis periférií str.12 III.III Speciální funkce procesoru str.13 III.IV Technologie CMOS str.13 III.V Celkové schéma pinů str. 14 III.VI Popis jednotlivých pinů str.15 III.VII.I Program pro PIC č.1 str.16 III.VII.II Program pro PIC č.2 str.19 IV. Stabilizátory napětí str.24 IV.I Parametrické str.24 IV.II Zpětnovazební (degenerativní) str.25 V. Krokové motory str.26 V.I Princip funkce, metody řízení str.26 V.II Anatomie krokového motoru str.26 V.III Funkce krokového motoru str.28 V.IV Metody řízení krokových motorů str.29 V.IV.I Unipolární versus bipolární řízení str.29 V.IV.II Jednofázové versus dvoufázové řízení str.29 V.IV.III Řízení s plným versus polovičním krokem str.29 V.V Metody řízení v praxi str.30 VI.I Seznam použité literatury str.31 VII. Seznam použitých odborných výrazů str.32 VIII. Seznam použitého softwaru str.33 IX. Seznam použitých obrázků str.34 Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 6

5 I. SCHEMA ZAPO- JENÍ Obr. 1-Schema zapojeni Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 7

6 Obr. 2- plošný spoj Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 8

7 II. POPIS ZAPOJENÍ A KONSTRUKCE NAŠÍ DMP II.I Mechanická část Hodiny jsme se rozhodli zabudovat do plastové krabičky. Do středu krabičky jsem umístili plech, nad plechem jsme umístili ciferník, pod plechem motory a elektronika. Motory jsme přidělali na plech pomoci matičky kterou jsme na něj připájeli, do matičky jsme našroubovali závitovou tyč a na tyč pomoci dvou matiček přichytili motor (výhoda tohoto řešení je možnost motor výškově naladit). Ve středu plechu jsme připájeli trubičku, do které jsme nasunuli 3 menší trubičky (jedna pro sekundovou ručičku, druha pro minutovou a pro hodinovou třetí). Obr. 3- Ukotvení motorku Obr. 4- Spodní část souosých tyček na ručičky Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 9

8 II.II Napájecí část Obsahuje usměrňovací diodu, kvůli ochraně proti přepólování napětí. Dále obsahuje stabilizátor napětí (5V), který slouží k napájení logické části hodin. Před a za stabilizátorem jsou umístěny elektrolytické kondenzátory pro filtraci napětí. II.III Výkonová část Obsahuje čtyři tranzistory ke každému motoru a ke každému tranzistoru je připojen odpor k vymezení pracovního bodu tranzistoru. II.IV Snímací část Obsahuje tři IR senzory, pro každou ručičku jeden. Senzor se skládá z IR diody a fotorezistoru, tyto dvě součástky jsou nasměrovány proti sobě. Při přerušení procházejícího IR světla k fotorezistoru se sníží jeho hodnota. K fotorezistoru je připojen rezistor jako napěťový dělič. Výstup z děliče je přiveden do PICa. Snímače byly použity pro nalezení polohy ručiček 12:00 (všechny ručičky svisle nahoru), odtud se dále nastavuje aktuální čas. Obr. 5- Snímací IR čidlo Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 10

9 II.V Ovládací část Obsahuje tři tlačítka k nastavování hodinové, minutové a sekundové ručičky. Dále osahuje přepínač k aktivaci a deaktivaci ovládací části. Obr. 6- Ovládácí tlačítka s kontrolní diodou Obr. 7- Schema zapojení tlačítek Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 11

10 II.VI Logická část Obsahuje dva procesory PIC 16F648A, které zpracovávají signály z IR senzorů, tlačítek a generují signály pro jednotlivé motory. Jeden z PICů požívá krystal jako zdroj hodinového signálu a druhý PIC používá vnitřní oscilátor. Obr. 8- Schema plošného spoje Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 12

11 III. MIKROPROCESOR PIC16F628 patří do rodiny PIC16CXX. Jsou to univerzální 8 mi bitové jednočipové mikrokontrolery. Všechny tyto řadiče jsou vyrobeny technologií CMOS a jsou založeny na rozšířené architektuře RISC (Reduced Instruction Set). Mají oddělenou programovou a datovou paměť (Harvardská architektura). Vnitřní systém redukuje nutnost připojení externích obvodů na minimum, čímž zlevňuje konečné aplikace. III.I Popis procesoru : Sada 35 instrukcí Všechny instrukce používají jeden cyklus programu, při odskoku a návratu dva cykly Provozní frekvence: hodiny až 20Mhz 200ns jeden instrukční cyklus Interupt capability 16 speciálních funkcí hardwarových registrů 8-úrovňový hardwarový zásobník Přímý, nepřímý a poměrný adresový režim III.II Popis periférií : 15 nastavitelných vývodů vstup / výstup Velké zatížení do / z pro ovládání LED Analogový komparátor s- dva analogový komparátory - programovatelné referenční napětí (Vref) - multiplexovaný vstup a vnitřní referenční napětí - výstup komparátoru pro externí požití Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 13

12 Časovač0: 8-bitový časovač / čítač s 8-bitovou předděličkou Časovač1: 16-bitový časovač / čítač s externí krystalem Časovač2: 8-bitový časovač / čítač s 8-bitovým registrem, předděličkou a děličkou Zachytávač, 14synchronn, PWM (CCP) modul - zachytávač je 16-bit, max. rozlišení je 12,ns - porovnání je 16-bit, max rozlišení je 200ns - PWM max. rozlišení je 10-bit Univerzální synchroní/14synchronní příjmač/vysílač USART/SCI 16bytů společné RAM Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 14

13 III.III Speciální funkce procesoru : Po zapnutí RESET (POR) Časovač zapnutí (PWRT) Časovač zapnutí oscilátoru (OST) Brown-out Detect (BOD) Watchdog (WDT) Multiplexován vstup MCLR Programovatelné nastavení pull-up odpory na PORTB Programovatelná ochrana kódu Programování nízkým napětím Spící mód Výběr typu oscilátoru Sériové programování v zapojení (ICSP) pomocí dvou vývodů III.IV Technologie CMOS : Nízký odběr, vysoká rychlost CMOS FLASH technologie Úplně statický design Rozsah pracovního napětí: - PIC16F62x 3,0V 5,5V - PIC16LF62x 2,0V 5,5V Komerční, průmyslový a zvláštní teplotní rozsah Nízký odběr: - < 2mA při 5V, 4MHz - 15uA při 3V, 32kHz - < 1uA stand-by při 3V Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 15

14 III.V Celkové schéma pinů Obr. 9 Piny PICu Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 16

15 III.VI Popis jednotlivých pinů vývod pin typ I/O/P provedení popis RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/Vref RA3/AN3/CMP1 RA4/TOCKI/CMP2 RA5/MCLR/THV RA6/OSC2/_CLKOUT RA7/OSC1/CLKIN I/O I/O I/O I/O I/O I I/O I/O ST ST ST ST ST ST ST ST PORTA je obousměrný vstupně/výstupní port Může být jako zdroj CLK signálu pro TMR1. Jako výstupní má otevřený kolektor!!! MCLR/V pp 4 I/P ST RESET/vstup programovacího napětí. Tento vývod je aktivní v nule, kdy provádí RESET obvodu. V ss 5 P - zem RB0/INT RB1/RX/DT RB2/TX/CK RB3/CCP1 RB4/PGM RB5 RB6/T1OSO/T1CKI RB7/T1OSI I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O TTL/ST TTL TTL TTL TTL TTL TTL/ST TTL/ST PORTB je obousměrný vstupně/výstupní port. PORTB může mít programově připojen slabý vnitřní pull-up odpor na všech vstupech. může být vybrán jako zdroj vnějšího přerušení přerušení při změně vstupu přerušení při změně vstupu přerušení při změně vstupu/clk při programování přerušení při změně vstupu/data při programování V dd 14 P - napájení +5V I = Input (vstup) O = Output (výstup) I/O = Input/Output (vstup/výstup) P = Power - = nevyužito TTL = TTL input ST = Schmitt Trigger input (na vstupu Schmittův obvod) Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 17

16 III.VII.I Program pro PIC č.1 -je použit krystal ke generaci hodinového signálu,je nutný k dosažení vyšší přesnost ti generování jedné sekundy -tento PIC řídí motor pro sekundovou ručičku, zpracovává signály z jednoho senzoru, z tlačítka pro nastavování sekund a z přepínače. ;DMP pic#1 ;Fosc = 4MHz ;RA6-7 krystal ;RB0-3 motor1 (vteriny) ;RA0 tlacitko - set ;RA1 vypinac - enable ;RA2 ir cidlo (vterinovy) config 0x3F01 LIST P=16F648A,R=HEX INCLUDE "P16F648A.INC" org goto 00h START org 04h bcf INTCON, 2 ;nulovani od tmr0 movlw.146 movwf TMR0 decfsz 20h, 1 retfie movlw.148 movwf 20h motor incf 21h, 1 movf 21h, 0 sublw.4 btfsc STATUS, 2 clrf 21h movf 21h, 0 call tabulka movwf PORTB retfie START bcf INTCON, 7 movlw 07h movwf CMCON ;vypnout komparator bsf STATUS, 5 movlw B' ' Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 18

17 movwf TRISA movlw B' ' movwf TRISB movlw B' ' ;delicka 64 pro tmr0 movwf OPTION_REG bcf STATUS, 5 clrf 20h clrf 21h clrf 24h clrf 25h movlw.10 movwf 26h clrf PORTA clrf PORTB set_12.00 incf 21h, 1 movf 21h, 0 sublw.4 btfsc STATUS, 2 clrf 21h movf 21h, 0 call tabulka movwf PORTB cek movlw.35 movwf 25h decfsz 24h, 1 goto cek decfsz 25h, 1 goto cek decfsz 26h, 1 goto set_12.00 movlw.1 movwf 26h btfsc PORTA, 2 goto CYKL goto set_12.00 CYKL bsf INTCON, 5 bsf INTCON, 7 btfsc PORTA, 1 goto enable goto CYKL ;povol prerus tmr0 Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 19

18 enable bcf INTCON, 7 btfsc PORTA, 0 goto nastavovani btfss PORTA, 1 goto CYKL goto enable nastavovani btfss PORTA, 0 goto enable incf 21h, 1 movf 21h, 0 sublw.4 btfsc STATUS, 2 clrf 21h movf 21h, 0 call tabulka movwf PORTB movlw.100 movwf 25h cek2 btfss PORTA, 0 goto enable decfsz 24h, 1 goto cek2 decfsz 25h, 1 goto cek2 goto enable Tabulka ;tabulka pro řízení kroků motoru addwf PCL, 1 retlw B' ' retlw B' ' retlw B' ' retlw B' ' end Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 20

19 III.VII.II Program pro PIC č.2 - jako zdroj hodinového signálu je použit vnitřní oscilátor - tento PIC ovládá dva motory, a to minutový a hodinový. Zpracovává signály ze všech tří IR senzorů. Při průběhu vteřinové ručičky senzorem se posune minutová ručička o jeden krok. Při průběhu minutové ručičky senzorem se posune hodinová. Dále zpracovává signály z nastavovacích tlačítek pro hodinovou a minutovou ručičku a z přepínače. ; program pro DMP pic #2 ;ovladač pro 2 krokove motory ;RA0-3: motor #3 (hodiny) ;RB0-3: motor #2 (minuty) ;RB4 ir cidlo 1 (vterinovy) ;RB5 ir cidlo 2 (minutovy) ;RB6 ir cidlo 3 (hodinovy) ;RA4-5 tlacitka ;RA7 vypinac - enable config 0x3F10 LIST P=16F648A,R=HEX INCLUDE "P16F648A.INC" org goto 00h START START bcf INTCON, 7 movlw 07h movwf CMCON ;vypnout komparator bsf STATUS, 5 movlw B' ' movwf TRISA movlw B' ' movwf TRISB bcf STATUS, 5 clrf 20h clrf 21h clrf 22h clrf 24h clrf 25h movlw.10 movwf 26h clrf PORTA clrf PORTB pauza Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 21

20 cek4 btfsc PORTB, 4 goto pauza btfss PORTB, 4 goto cek4 set_12.00_min incf 21h, 1 movf 21h, 0 sublw.4 btfsc STATUS, 2 clrf 21h movf 21h, 0 call tabulka movwf PORTB cek movlw.20 movwf 25h decfsz 24h, 1 goto cek decfsz 25h, 1 goto cek decfsz 26h, 1 goto set_12.00_min movlw.1 movwf 26h btfsc PORTB, 5 ;minutovy cidlo goto pauza1 goto set_12.00_min pauza1 movlw.10 movwf 26h set_12.00_hod clrf PORTB cek5 incf 22h, 1 movf 22h, 0 sublw.4 btfsc STATUS, 2 clrf 22h movf 22h, 0 call tabulka movwf PORTA movlw.30 movwf 25h decfsz 24h, 1 goto cek5 Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 22

21 decfsz 25h, 1 goto cek5 decfsz 26h, 1 goto set_12.00_hod movlw.1 movwf 26h btfsc PORTB, 6 ;hodinovy cidlo clrf PORTA btfsc PORTB, 6 ;hodinovy cidlo goto CYKL goto set_12.00_hod CYKL btfsc PORTA, 7 goto enable btfsc PORTB, 4 goto plus_minuta btfss PORTB, 4 bcf 30h, 0 btfsc PORTB, 5 goto plus_hodina btfss PORTB, 5 bcf 30h, 1 ;enable vypinac ;vterinovy cidlo ;vterinovy cidlo ;minutovy cidlo ;minutovy cidlo goto CYKL plus_minuta btfsc 30h, 0 goto CYKL cek3 incf 21h, 1 movf 21h, 0 sublw.4 btfsc STATUS, 2 clrf 21h movf 21h, 0 call tabulka movwf PORTB bsf 30h, 0 decfsz 24h, 1 goto cek3 decfsz 25h, 1 goto cek3 clrf PORTB goto CYKL plus_hodina btfsc 30h, 1 goto CYKL incf 22h, 1 movf 22h, 0 sublw.4 Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 23

22 cek6 btfsc STATUS, 2 clrf 22h movf 22h, 0 call tabulka movwf PORTA bsf 30h, 1 decfsz 24h, 1 goto cek6 decfsz 25h, 1 goto cek6 clrf PORTA goto CYKL enable btfsc PORTA, 4 goto nastavovani btfsc PORTA, 5 goto nastavovani2 ;minutovy tlacitko ;hodinovy tlacitko clrf PORTB clrf PORTA btfss PORTA, 7 goto CYKL ;enable vypinac goto enable nastavovani ;nastavovani minut btfss PORTA, 4 ;minutovy tlacitko goto enable incf 21h, 1 movf 21h, 0 sublw.4 btfsc STATUS, 2 clrf 21h movf 21h, 0 call tabulka movwf PORTB movlw.100 movwf 25h cek2 btfss PORTA, 4 goto enable decfsz 24h, 1 goto cek2 decfsz 25h, 1 goto cek2 goto enable ;minutovy tlacitko Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 24

23 nastavovani2 ;nastavovani hodin btfss PORTA, 5 ;hodinovy tlacitko goto enable incf 22h, 1 movf 22h, 0 sublw.4 btfsc STATUS, 2 clrf 22h movf 22h, 0 call tabulka movwf PORTA movlw.100 movwf 25h cek7 btfss PORTA, 5 goto enable decfsz 24h, 1 goto cek7 decfsz 25h, 1 goto cek7 goto enable ;hodinovy tlacitko tabulka addwf PCL, 1 retlw B' ' retlw B' ' retlw B' ' retlw B' ' end Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 25

24 IV. STABILIZÁTOR NAPĚTÍ STABILIZÁTOR je elektrotechnická součástka, která umožňuje stabilizovat výstupní napětí nebo proud při změnách: a) výstupního proudu b) vstupního napětí c) teploty okolí Na jiných veličinách obvykle hodnota výstupního napětí nezávisí, pokud ano, je třeba sledovat i takovéto vlivy (např. stárnutí součástek, vliv elektromagnetického rušení apod.). Kromě stabilizačních účinků (kterými je míněna regulace na konstantní hodnotu) každý typ stabilizátoru více či méně snižuje střídavou složku výstupního napětí (zvlnění) a pracuje tedy jako filtr. Úkolem stabilizátoru napětí je udržovat konstantní napětí na výstupu při změně zatěžovacího proudu (při změně R Z ) nebo při změně vstupního napětí. Dělí se na dvě skupiny - parametrické a zpětnovazební (degenerativní). IV.I-Parametrické Využívají parametrů součástek, nejčastěji velmi strmého průběhu VA charakteristik zenerovy diody nebo lavinové diody v závěrném směru. Nevýhoda je, že zenerovou diodou musí protékat poměrně velký proud. Proud zátěží protéká přes odpor R - snižuje se účinnost η. Výhodou je jednoduché zapojení a omezený zkratový proud (odporem R). Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 26

25 Obr. 10 Parametrický stabilizátor Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 27

26 IV.II -Zpětnovazební (degenerativní) Reagují na změnu vstupního proudu. Jako regulační prvek se používá tranzistor zapojení se zátěží, který mění svůj odpor podle velikosti výstupního napětí. Obr. 11- Zpětnovazební stabilizátor (Zesilovač odchylky zesiluje rozdíl mezi referenčním napětím a částí výstupního napětí. Výstup zesilovače odchylky budí sériový regulační tranzistor, sníží-li se například na výstupu napětí, zvýší se regulační odchylka, tranzistor je buzen větším napětím. Jeho vnitřní odpor se zmenší a napětí na výstupu se zvětší) Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 28

27 V. KROKOVÉ MOTORY V.I PRINCIP FUNKCE, METODY ŘÍZENÍ Občas se v praxi vyskytne potřeba pohonu, který umí přesně nastavit svoji polohu a tuto polohu i přes působící síly udržet (např. souřadnicové zapisovače nebo počítačem řízené obráběcí stroje). Právě to jsou aplikace jako šité na míru pro krokové motory. V robotice používáme krokové motory z důvodu jejich snadné obsluhy. Pro precizní řízení rychlosti nepotřebujeme naprogramovat komplexní PID kontrolér, a pokud motory nepřetěžujeme, lze se obejít bez zpětné vazby o změně natočení stačí počítat kroky. V rámci objektivity hned na začátku zmíníme i nevýhody pohonů s krokovými motory. Nejzávažnější je pravděpodobně trvalý odběr proudu, i když se motor netočí. Nepříliš výhodný je i poměr výkonu (krouticího momentu) vůči hmotnosti motoru. Ani cena není ve srovnání s DC motory příliš výhodná. V.II ANATOMIE KROKOVÉHO MOTORU Na obrázcích je krokový motor s 200 kroky na otáčku (1.8 stupně na krok). Stator krokového motoru je tvořen sadou cívek. Pólové nástavce statoru jsou vroubkovány se stejnou roztečí jako je rozteč magnetů na rotoru. Toto je jedna z částí zvyšující přesnost motoru při stejném počtu cívek. Rotor je tvořen hřídelí usazenou na kuličkových ložiskách a prstencem permanentních magnetů. Obr. 12- Celkový pohled na krokový motor ; Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 29

28 ; Obr. 13- Stator ; Obr. 14- Rotor Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 30

29 Obr. 15- Všechny části motorku V.III FUNKCE KROKOVÉHO MOTORU Základní princip krokového motoru je úplně jednoduchý. Proud procházející cívkou statoru vytvoří magnetické pole, které přitáhne opačný pól magnetu rotoru. Vhodným zapojováním cívek dosáhneme vytvoření rotujícího magnetického pole, které otáčí rotorem. Podle požadovaného krouticího momentu, přesnosti nastavení polohy a přípustného odběru volíme některou z variant řízení. Všechny možnosti jsou probrány v další části textu. Kvůli přechodovým magnetickým jevům je omezena rychlost otáčení motoru a to na několik stovek kroků za sekundu (závisí na typu motoru a zatížení). Při překročení této maximální rychlosti (nebo při příliš velké zátěži) motory začínají ztrácet kroky. Podle požadovaného krouticího momentu, přesnosti nastavení polohy a přípustného odběru volíme některou z variant řízení. Všechny možnosti jsou probrány v další části dokumentace. Kvůli přechodovým magnetickým jevům je omezena rychlost otáčení motoru a to na několik stovek kroků za sekundu (závisí na typu motoru a zatížení). Při překročení této maximální rychlosti (nebo při příliš velké zátěži) motory začínají ztrácet kroky Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 31

30 V.IV METODY ŘÍZENÍ KROKOVÝCH MOTORŮ V.IV.I Unipolární versus bipolární řízení Při unipolárním řízení prochází v jednom okamžiku právě jednou cívkou. Motor s tímto buzením má nejmenší odběr, ale také poskytuje nejmenší krouticí moment. Výhodou tohoto řešení je jednoduché zapojení řídící elektroniky v podstatě stačí jeden tranzistor na každou cívku. Pro menší motory lze výhodou použít integrovaný obvod ULN2803. V jednom pouzdře je dostatek budičů pro řízení dvou motorů. Při bipolárním řízení prochází proud vždy dvěma protilehlými cívkami. Ty jsou zapojené tak, že mají navzájem opačně orientované magnetické pole. Motor v tomto režimu poskytuje větší krouticí moment, ovšem za cenu vyšší spotřeby. Pro řízení jsou zapotřebí 2 H můstky: pro každou větev jeden. To ve výsledku znamená jednak složitost zapojení a větší počet kontrolních linek (jejich počet lze zredukovat pomocí přídavné logiky). Vhodným integrovaným obvodem pro bipolární řízení menších motorů je H můstek L293D. Obr.16 Zapojení cívek motorku V.IV.II Jednofázové versus dvoufázové řízení Jednofázové řízení znamená, že magnetické pole generuje pouze jedna cívka (případně dvojice cívek při bipolárním buzení). Při dvoufázovém řízení generují shodně orientované magnetické pole vždy dvě sousední cívky. Daní za vyšší krouticí moment je dvojnásobná spotřeba oproti řízení jednofázovému. V.IV.III Řízení s plným versus polovičním krokem Řízení s plným krokem znamená, že na jednu otáčku je potřeba přesně tolik kroků, kolik zubů má stator daného motoru. Dosáhneme ho použitím kterékoliv doposud uvedené metody řízení. Řízením s polovičním krokem dosáhneme dvojnásobné přesnosti. Technicky se jedná o střídání kroků s jedno a dvoufázovým řízením. Pro naši aplikaci jsme zvolili řízení unipolární s plným krokem. Unipolární z důvodu jednoduchosti zapojení, plný krok jsme zvolili s ohledem na menší spotřebu. Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 32

31 Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 33

32 V.V METODY ŘÍZENÍ V PRAXI Následující obrázky používají číslování cívek podle tohoto schématu (pro jednoduchost uvažujeme zjednodušený motor se čtyřmi kroky na otáčku). Je li cívka nakreslena hnědě(v tabulce označená "0"), je bez proudu. Magnetické pole modře nakreslené cívky (v tabulce označené " ") přitahuje červený konec magnetu (rotoru) a naopak magnetické pole červeně nakreslené cívky (v tabulce a na obrázku označené "+") přitahuje modrý konec magnetu. Unipolární jednofázové řízení s plným krokem Unipolární dvoufázové řízení s plným krokem Unipolární řízení s polovičním krokem Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 34

33 VI.I SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 35

34 VII. SEZNAM POUŽITÝCH ODBORNÝCH VÝRAZŮ Mikroprocesor PIC16F648A Krokový motor Řemenice Optický senzor Síťový transformátor Usměrňovací dioda Stabilizátor napětí Tranzistor Rezistor Fotorezistor Napěťový dělič Krystal programovatelná polovodičová součástka speciální druh mnohapólového synchronního motoru součást řemenového převodu soustava dvou světlo citlivých součástek monitorujících světelný paprsek procházející mezi nimi transformátor na převod síťového napětí (230V) na stejnosměrné napětí 7,5V (v našem případě) slouží k usměrnění střídavého proudu elektrotechnická součástka, která umožňuje stabilizovat výstupní napětí nebo proud polovodičová součástka, kterou tvoří dvojice přechodů PN pasivní elektrotechnická součástka projevující se v elektrickém obvodu v ideálním případě jedinou vlastností - elektrickým odporem pasivní elektrotechnická součástka, jejíž elektrický odpor se snižuje se zvyšující se intenzitou dopadajícího světla zařízení pro získání výstupního napětí (U out ) které je úměrné vstupnímu napětí (U in ) pasivní elektronická součástka používaná v elektronických obvodech jako rezonátor s velmi přesnou a stabilní rezonanční frekvencí Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 36

35 CMOS RISC Programová paměť Datová paměť Interrupt capability Hardwarový zásobník Analogový komparátor Časovač (Complementary Metal Oxide Semiconductor, doplňující se kov-oxid-polovodič) je používaná na převážnou většinu integrovaných obvodů jedna z architektur procesorů. Zkratka pochází z anglického originálu Reduced Instruction Set Computer, v překladu počítač s redukovanou instrukční sadou paměť, ve které je uložen program nutný pro funkci procesoru typu EEPROM, ukládají se do ní data, po vypnutí napájení se nevymaže přerušení, odskok v programu místo kam se uloží návratová adresa při přerušení nebo funkci CALL porovnává dvě napětí (v rozsahu 0-5V) a vyhodnocuje které je větší počítá čas nezávisle na programu a při napočítání určitého času vyvolá přerušení VIII. SEZNAM POUŽITÉHO SOFTWARU - Microsoft Windows Office Microsoft Windows Malování verze MPLAB IDE v CadSoft Computer GmbH EAGLE - WinPic - PIC Programmer for Windows Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 37

36 IX. SEZNAM POUŽITÝCH OBRÁZKŮ Obr. 1-Schéma zapojeni Obr. 2- plošný spoj Obr. 3- Ukotvení motorku Obr. 4- Spodní část souosých tyček na ručičky Obr. 5- Snímací IR čidlo Obr. 6- Ovládací tlačítka s kontrolní diodou Obr. 7- Schéma zapojení tlačítek Obr. 8- Schéma plošného spoje Obr. 9- Piny PICu Obr. 10 Parametrický stabilizátor Obr. 11- Zpětnovazební stabilizátor Obr. 12- Celkový pohled na krokový motor Obr. 13- Stator Obr. 14- Rotor Obr. 15- Všechny části motorku Obr.16 Zapojení cívek motorku s tranzistory str.7 str.7 str.8 str.8 str.9 str.10 str.10 str.11 str.14 str.24 str.25 str.26 str.27 str.27 str.28 str.29 Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 38

37 Formální stránka zpracování praktické zkoušky z odborných předmětů Strana 1