Первая часть марлезонского балета.
Ну, собственно, поехали! Давным-давно, лет 7 назад, по случаю прикупил на фирму штук 5 корпусов АТХ по 12 баксов. Корпуса, на удивление, оказались очень хорошими - добротный металл и т.п. - на уровне Inwin и до сих пор служат верой и правдой. Блоки питания были на 250 ватт и работали отлично - тихо и надежно. Однако прогресс на месте не стоит, и со временем пришлось менять мамы, ну и, до кучи, данные БП. Дома их завалялось парочку, и на досуге я решил сделать мощный блок питания как для зарядки разных, в том числе и автомобильных, аккумуляторов, так и для экспериментов с Пельтье и т.п. На сайте итальянского коллеги http://www.chirio.com/switching_power_supply_atx.htm нашел схему переделки, которая меня устроила в плане минимальных доработок и грамотного использования микросхемы ШИМ. Переделка прошла с успехом, немножко доработав схему, я добился устраивающих меня характеристик БП, но, так как в данном случае это не является темой статьи, подробности опускаю.
Встал вопрос о том, чтобы блок питания заимел собственные "мозги", т.е. мог показывать свой товар лицом (выдаваемые напряжение и ток), ну и пытался себя каким-то образом защищать от непосильной ношы (перегрузки и перегрева). В сети есть много вариантов реализации подобных схем, но, для увеличения энтропии Вселенной, и, пренебрегая принципом «бритвы Оккама», мною было принято решение о разработке еще одного показометра.
Анализ реализованных конструкций и курение даташитов привели к тому, что свой выбор я остановил на ATTINY26 и двухстрочном дисплее 1602. Обоснование следующее: тинька имеет достаточно памяти (как мне казалось вначале), дифференциальный вход с программируемым усилением, ну а дисплей - большой и информативный и достаточной простой в управлении – не надо городить динамическую индикацию и т.п. На просторах Интернета мною был найден кусок по реализации ваттметра от немецких камрадов с усреднением из 64 выборок по напряжению и току, который и был взят за основу. Программка накидалась быстро, скомпилировалась где то на 70% и была зашита в тиньку. Однако, как говорится, "гладко было на бумаге, да забыли про овраги". На тестовом этапе выявились баги в виде "мусора" на дисплее от десятичных знаков значений. "Ага", - сказали русские мужики и применили оператор FUSING. Все стало красиво, мусор исчез, но размер кода подрос где-то до 90%. Так как экран был 16*2, а на дисплей выводилось 3 значения - ток, напряжение и потребляемая мощность, то выглядело это кривовато и чего-то не хватало, а именно - температуры. Как известно, последняя имеет немалую роль при эксплуатации электрооборудования и контролировать ее желательно.
Как гласит пословица: "Мужик сказал - мужик сделал!", - подумал я и полез в коробку за цифровым термодатчиком DS1820. "Щас", - ответил компилятор после добавления кода чтения датчика и вывода на дисплей температуры, благополучно показывая результаты компиляции 146%, взяв, по всей видимости, пример с недавних событий. Оптимизация кода в виде применения подпрограмм, снижения числа переменных, убирания FUSING и шаманства с выводом на дисплей (об этом позже), ни к чему не привели - размер хекса превышал 100%. "Нормальные герои всегда идут в обход", - подумал я и на следующий день поехал в магазин за аналоговым термодатчиком. С этим датчиком дела пошли веселей, ибо все свелось к очередному измерению напряжения и, в конце концов, компилятор сдался и показал пресловутые 90 с небольшим %. Так как оставалось немного места в памяти и свободные ноги у камня, я решил вставить парочку исполнительных ключей для того, чтобы электронный болван мог не только моргать глазками на дисплее, но и принимать простейшие решения по типу: «Я устал, я ухожу» . Вставляем куски управления ключами - проверка на условия и память практически закончилась.
Дальше все прозаично - разводка платы, ЛУТ, впайка деталей и на тестирование. Однако эпопея не была завершена - при работе с лабораторным БП на шунте 10 Ом и малых токах индикатор мне подмаргивал показаниями, но не настолько часто, чтобы это раздражало. Когда же я его нагрузил на переделанный блок питания - а пульсации при 10 А составили около 30 мВ - отображение меняющихся чисел начало раздражать. Задавшись извечными русскими вопросами - "кто виноват?" и "что делать?" - я пришел к трилемме: либо усреднять показания больше чем из 64 выборок, либо загрублять вывод данных на дисплей и/или менять период отображения данных. Последние два варианта меня не устраивали – хамов и тормозов в моем окружении достаточно, да это и не кошерно выглядит, и я решил увеличить количество выборок. Бодро изменив в циклах значения с 64 на 255 и сдвиг вправо с 6 на 8 разрядов – таким незатейливым образом реализована операция деления, я, довольный собой - красным молодцем, втыкаю камень обратно в плату.
Вначале - на малых напряжениях - все было хорошо, а потом начались какие-то глюки - показания съеживались и противоречили здравому смыслу. Минут через пять после напряженного мозгового штурма, что означает введение в себя С2Н5ОН-содержащих продуктов, меня осенило: "эврика!", - возопил я внутри себя, как тот мудрец из Сиракуз и, в отличие от него, сухой снаружи и слегка одетый, распугивая домашних, побежал по квартире к своим друзьям: Клаве и Моне. Ларчик открывался просто - сложение 10-разрядных чисел 64 раза давало в итоге 16-разрядное число, а вот если больше - то при больших значениях происходило переполнение, и данные скукоживались и блекли. Лобовая психическая атака с гаишными жезлами в тельняшках на зебрах на изменение типа переменных с Word на Dword и, тем самым, увеличением разрядности с 16 до 32 бит, окончилась позорным провалом - переменные упорно не хотели взаимодействовать между собой, ругаясь на то, что они разного типа, что приводило к нехорошим подозрениям на счет их половой идентификации. Тут я вспомнил замечательный апноут AN #193 - Examples for using OVERLAY на сайте www.mcselec.com и, невзирая на возможные опасности, решил подобраться к ним с тыла. Изюминка заключалась в следующем - я считываю данные с 10-ти разрядного АЦП в переменную типа Word, а складываю переменные типа Dword, частью которых и является присвоенное значение АЦП и так, от забора и до обеда, 256 раз. Потом полученный результат Dword сдвигаю вправо на 8 разрядов - и на выходе у меня получается опять переменная типа Word, но уже усредненная от 256 выборок. Против такого финта ушами переменные не смогли устоять и покорно принялись за работу, взбрыкнув напоследок переполнением памяти. Измерение температуры осталось в старом формате - процесс более стабильный во времени и меньше подвержен флуктуациям. В связи с экономией места пришлось применять различные утряски и усушки: оставить по минимуму количество переменных, что повлияло на читабельность программы. Применение FUSING нехило кушало память - поэтому выводим на дисплей значения Single как есть, а, чтобы не было мусора - лишние знакоместа забиваем пробелами. Введение разнотипных операций - деления и умножения также кушало драгоценное место и от первого пришлось отказаться. Сравнение граничных параметров с текущими пришлось перевести в попугаи формата типа Word. Дошло до мелочей типа отказа от вывода знака градус Цельция, ну и остальное.
В конце концов, настойчивость победила, компилятор показал ровно 100%, и блок питания обзавелся собственными фаршированными нулями и единичками мозгами, а я - экспириенсом.
Часть вторая - железная
Итак, с начинкой для мозгов мы разобрались, теперь осталось разобраться с тем, что так любят все зомби. Что мы имеем в данном случае:
- индикатор - относительно стандартный, только таращится синим светом и, по слухам, имеет альтернативный знакогенератор на китайском языке, был приобретен на http://www.buyincoins.com/ за смешные относительно наших цен деньги – порядка 90рублей. Его братья также хорошо работают в других големах;
- камень ATTINY26 - был у меня в одном экземпляре и еще есть его два собрата, но ATTINY261 - с ними размер программы больше на 2%, так что, если не найдете 26 - придется что-то вырезать из программы. Стоимость тоже около 100 рублей в DIP корпусе. Нулевой канал АЦП работает в дифференциальном режиме - задействованы порты 0 и 1, коэффициент усиления внутреннего ОУ - 20. Второй канал - измерение напряжения, третий - внешний опорник, четвертый - измерение температуры;
- ИОН был собран внешний на TL431 по типовой схеме на напряжение 4,096 вольт. Конечно, лучше бы использовать готовые опорники, но в магазинах нашей косопузой Рязани на данное напряжение их нет, а ждать их не хотелось, да и цена кусается в отличие от. Почему 4,096 В - оказалось удобно применить в расчетах при требуемых характеристиках показометра и поэтому так;
- термометр реализован на LM335Z – 30 деревянных - дешево и сердито - в бытовых условиях диапазона вполне хватает. По расчетам на дисплей корректно должны выводиться данные от -9 до 99 градусов, если ранее не сработает защита. Аналоговое измерение температуры свелось к нехитрым действиям в виде отнимания константы смещения и деления остатка на 2,5 – но для понимания этого пришлось решить систему уравнений с двумя неизвестными, тем самым освежив школьные знания по алгебре;
- исполнительные элементы - сборка из двух полевиков – 25 рублей - куда навесить, какие условия их срабатывания и что с ней сделать - решайте сами - фантазия ограничивается только вами и размером кода)));
- шунт - самое серьезное дело во всей конструкции. Давным-давно, когда винчестеры были большими и из их дисков делали хорошие дециметровые антенны, при разборке ЭВМ достались мне некоторые элементы, в том числе несколько шунтов из какой-то проволоки, скорее всего нихром, диаметром около 1 мм и сопротивлением 0,1 Ом. По прошествии многих лет, согласно законам жанра, в живых остался только один, которому и была проведена децимация в виде усечения 1/10 части. Однако, в связи с тем, что в процесс вмешались до сих пор неустановленные барабашки: может коэффициент усиления внутреннего ОУ не равен 20, может сопротивление проводов, или еще что - пришлось вместо расчетного коэффициента 0,02 применить 0,025 и излишек срезать подстроечным резистором. Шунт в данной конструкции общий и расположен на плате БП АТХ. На плате место предусмотрено для стационарного шунта - меняя коэффициент пересчета - можно вогнать в нужный диапазон.
Подстроечных резисторов четыре - для ИОН, вольтметра и амперметра. регулировка контрастности. Предусмотрено место и для подстроечника термометра, если ИОН будет ниже 3 вольт. В принципе, при использовании точных резисторов можно попробовать обойтись и без них, но в данном случае я решил сделать так – проще в настройке и обеспечивает приемлемую для меня точность. Мелкие деталюшки, цепь питания и развязки аналоговой части стандартны и в пояснениях не нуждаются. Номиналы на схеме показаны условно и могут меняться в пределах здравого смысла и типовых решений узлов. Разводка платы была задумана под бутербродную конструкцию, однако при монтаже в корпус был сделан небольшой джампер-шлейф. О том, как все соединить, в следующей серии нашей трилогии.
Часть третья – почувствуй себя Франкенштейном.
Итак, юные и не очень Франкенштейны, будем оживлять нашего гомункула. Для этого нам понадобится, согласно канонам, тело и мозги. Необходимое предупреждение: будьте внимательны при работе с волшебной силой электричества и представляйте все последствия своих заклинаний. Телом в моем случае, как было описано в первой части, является переделанный БП от старого системного блока стандарта АТХ. На его борту оказалась дежурка, выдающая порядка 9 вольт, что вполне меня устроило для обеспечения энергией «мозгов». Вентилятор также запитан от нее. Параметры выходных напряжений и тока были заданы в диапазоне от 1-20 Вольт и 0-12 Ампер соответственно. Так как выносную панель мне делать не хотелось, и в наличии имелся набор отрезных дисков, гравер, дрель и т.п., то через 30-40 минут жужжания на балконе я сделал необходимые отверстия в крышке БП.
Как было указано выше, бюджет на детали в моем случае составил порядка 300 рублей и никаких дефицитных элементов в конструкции не задействовано. Прилагаемая печатка выполнена в формате Sprint Layout и печатается «как есть». Аналоговая земля выполнена в виде контура отдельно от цифровой и сильноточной цепи и соединена в одном месте. Камень устанавливается через цанговую панельку, и при желании, легко снимается и ставится. Отдельный разъем для зомбирования тиньки не предусмотрен, но при желании можно зашить через разъем для дисплея, и выведенную отдельно лапку RESET – нога 10 панельки.
Опускаем такие рутинные для каждого современного алхимика процессы по выращиванию гомункула в виде изготовления платы, запаивания элементов и т.п. и переходим к его оживлению. Для этого, не вставляя контроллер в панельку, подаем питание 9-10 Вольт на вход и, если никаких дыма и вспышек не произошло, пробегаемся вольтметром по ногам панельки дабы убедиться в наличии 5 Вольт на лапках 5 и 15 – т.е. питания контроллера. Далее тычем щуп на лапку 17 – опорное напряжение и крутим подстроечник возле TL431, до достижения напряжения 4,096 В. К сожалению, мой палантир страдает дальнозоркостью и последнюю значащую цифру не кажет. В данном случае я ориентировался на ощущения своей пятой точки опоры, которая со временем выработала требуемую чувствительность. После подключаем дисплей на шлейфе, вставляем заколдованную нашими заклинаниями тиньку и снова подаем питание. Регулировкой подстроечника выставляем контрастность и, если все было сделано правильно, видим какие-то цифры и буквы.
Подаем на нагрузку, подключенную через плату, напряжение и вспоминаем закон Ома. Нагрузку желательно иметь точную – у меня в качестве такой был резистор 10 Ом с допуском +-0,25% аж 1964 года выпуска, т.е. старше меня самого. Скорее всего, его сняли с какой-нибудь баллистической ракеты, которая грозила нашему потенциальному врагу и министр обороны которого с криками «Русские идут!» безуспешно попытался преодолеть земное тяготение. Потом потенциальный враг превратился в заклятого друга и в его «партнерских» объятиях многое превратилось в прах или же растворилось неизведанными оффшорными путями по просторам нашего земного диска. Как-то так оказался у меня данный резистор. Путем сложных, недоступных простому смертному с гуманитарным образованием, измерений необходимо узнать действующее напряжение и вычислить протекающий через цепь ток и подстроечными резисторами добиться нужных показаний на дисплее. Мощность же, потребляемая нагрузкой, равна их произведению. Подключая нагрузку с меньшим сопротивлением, будьте внимательны и осторожны, ибо при несоответствии рассеиваемой мощности вы можете вызвать духов в виде волшебного дыма, из которого состоят все радиоэлементы, а, возможно, и пламени. У меня такой дым пошел из 5-ти ваттных резисторов общим сопротивлением около 1,5 Ом, и только через полчаса сложными пассами в виде открывания балкона удалось изгнать демона обратно. Резисторы, как ни странно, выжили, но на конкурсе красоты среди своих братьев заняли бы место в арьергарде.
На приведенных ниже фотографиях видны испытания моего почти-что собранного гомункула с изменением тока и напряжения. Термодатчик всунут внутрь резистора ПЭВ-5 сопротивлением 6,2 Ома и видно, как он нагревается. Хочу предупредить, что опытный, пытливый глаз инквизитора сразу заметит несоответствие в показаниях между этими фотографиями и захочет устроить допрос с пристрастием. Поэтому ответственно заявляю - «in omnibus voluntas Dei!» - фотографии были сделаны, когда цикл был 64 выборки и я пытался ввести поправки на ошибку смещения, вставлял конденсаторы для интегрирования показаний и т.п. В дальнейшем я отрекся от неправедного пути и встал на путь исправления и сотрудничества с администрацией. Показания сразу стали более-менее соответствовать закону Ома с учетом отсутствия округления результатов.
Без чего не может обойтись не один радиолюбитель? Правильно - без ХОРОШЕГО блока питания. В этой статье я опишу, как можно сделать неплохой, на мой взгляд, блок питания из обычного компьютерного (AT или ATX). Хотелось что бы параметры блока устанавливались с помощью энкодера. Идея хороша тем, что не нужно покупать дорогие трансформаторы, транзисторы, мотать импульсные трансформаторы и катушки... Достать компьютерный БП на сегодняшний день не составляет большого труда. Например на местном радиорынке средний БП ATX 300W стоит ~8$. Естественно это за б/у. Но следует учитывать, что чем качественнее копьютерный БП - тем качественнее девайс мы получим=) Бывает что китайские БП так плохо укомплектованы/собраны что и смотреть страшно - отсутствуют абсолютно все фильтры на входе, и почти все фильтры на выходе! Так что выбирать нужно внимательно.За основу был взят БП АТХ CODEGEN 300W который был переделан под напряжение 20В и добавлена плата управления.
Характеристики:
Напряжение - 3 - 20,5 Вольт
Ток - 0,1 - 10А
Пульсации - зависит от модели "исходника".
В изготовлении такого БП есть одно "НО": если Вы ни разу не ремонтировали или хотя бы не разбирали компьютерный БП, то изготовить лабораторный будет проблематично. Это связано с тем, что схематических решений компьютерных БП очень много и описать все необходимые переделки я не смогу. В данной статье я опишу как изготовить плату для контроля за напряжением и током, куда её подключить, и что переделать в самом БП, но точной схемы переделки я Вам не дам. Поисковики вам в помощь. Ещё одно "но": схема рассчитана на использование в БП на основе довольно распространенной микросхемы ШИМ - TL494 (аналоги КА7500, МВ3759, mPC494C, IR3M02, М1114ЕУ).
Схема управления
Схема АТХ CODEGEN 300W
Немного пояснений по первый схеме. В пунктир обведена часть схемы, которая находится на плате БП. Там указаны элементы, которые нужно поставить вместо того, что там стоит. Остальную обвязку TL494 не трогаем.
В качестве источника напряжения используем канал 12 Вольт, который немного переделаем. Переделка состоит в замене ВСЕХ конденсаторов в цепи 12 Вольт на конденсаторы такой же (или больше) ёмкости, но большего напряжения 25-35 Вольт. Канал 5 Вольт я вообще выкинул - выпаял диодную сборку и все элементы, кроме общего дросселя. Канал -12В также нужно переделать на большее напряжение - мы его тоже будем использовать. Канал 3,3 Вольта тоже нужно убрать, чтобы он нам не мешал.
Вообще, в идеале нужно оставить только диодную сборку канала 12 Вольт и конденсаторы/дроссели фильтра этого канала. Так же нужно убрать цепи обратной связи по напряжению и току. Если цепь ОС по напряжению найти не трудно - обычно на 1 вывод TL494, то по току (защита от КЗ) обычно приходится искать довольно долго, особенно если нету схемы. Иногда это ОС на 15-16 вывод той же ШИМ, а иногда хитрая связь со средней точки управляющего трансформатора. Но эти цепи необходимо убрать и убедиться, что ничего не блокирует работу нашего БП. Иначе лабораторный не получится. Например - в CODEGEN-е я забыл убрать ОС по току... И не мог поднять напряжение выше 14 Вольт - срабатывала защита по току и выключала БП полностью.
Ещё одно важное замечание: Необходимо изолировать корпус БП от всех внутренних цепей.
Это связано стем, что на корпусе БП - общий провод. Если, совершенно случайно, коснуться выходом "+" на корпус, то получается неплохой феерверк. Т.к. теперь нет защиты от КЗ, а есть только ограничение по току, но оно реализовано по отрицательному выводу. Именно так я сжёг первую модель своего БП.
Хотелось что бы параметры блока устанавливались с помощью энкодера.
Управление напряжением и током стабилизации осуществляется встроенным в контроллер ШИМ-ом. Его скважность регулируется энкодером, каждый шаг которого приводит к увеличению или уменьшению опорных напряжений по напряжению и току и как следствие к изменению напряжения на выходе БП или тока стабилизации.
При нажатии на кнопку энкодера на индикаторе напротив изменяемого параметра появляется стрелка и при последующем вращении изменяется выбранный параметр.
Если в течении некоторого времени не проводить никаких действий система управления переходит в ждущий режим и не реагирует на вращение энкодера.
Установленные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти и при последующем включении устанавливаются по последнему выставленному значению.
Индикатор в верхней строке отображает измеренное напряжение и ток.
В нижней строке отображается установленный ток ограничения.
При выполнении условия Iizm>Iset БП переходит в режим стабилизации тока.
Вниманию сограждан предлагаю мой вариант лабораторного блока питания с микроконтроллерным управлением. БП имеет одновременное отображение тока и напряжения на двух 3-разрядных 7-сегментных LED-индикаторах, управляется энкодером. БП собран из доступных деталей, имеет защиту от КЗ в нагрузке, при этом легок в повторении и удобен в использовании.
Все моменты сборки, прошивки, наладки будут расмотрены очень подробно во второй части (практической) . Чертежи печатных плат, варианты хексов для ATMEGA16, ATMEGA8535, PIC16F877 в комплекте.
А первая часть статьи (лирическая)
немного необычна: почти ни слова о железяках, я делюсь личным тяжким опытом освоения микроконтроллеров с нуля.
Надеюсь, статья поможет кому-то из начинающих пойти моим путем, поможет преодолеть неверие в себя и начать.
А началось все с того, что мне надоело все время решать проблему с поиском нужного в данный момент источника питания. Не скажу, что все было у меня на корню запущено. Универсальных блоков питания я уже за свою практику делал много, но почему-то все время с ними что-то было не так… То габариты большие, то напряжение проседало под нагрузкой, то выходной транзистор в очередной раз «прощал мне все обиды» и в мучениях «умирал», несмотря на хваленые защиты.
Дошло даже до того, что я заполучив на халяву два мощных транзистора советского производства в приятном корпусе из розовой керамики на 35А рабочего тока, поставил их на выход в двухполярном блоке питания. Такой вариант оказался очень даже ничего, ибо оные транзисторы стойко держались при питании системы от трансформатора с рабочим током в 20 Ампер в режиме накоротко. Правда, время от времени не выдерживали КТ815 (из предварительного каскада), ибо кто-то же должен был ответить за моё невежество.
Можете себе представить, какие габариты радиаторов и прочих деталей пришлось использовать при таком токе. Короче, получилось все достаточно «круто», но очень грубо и тяжело. Пользоваться таким БП, как показала практика, было не очень удобно, особенно если такие мощности не нужны в повседневной жизни. Таким образом, несмотря на свою универсальность, он мне в прямом смысле слова надоел. Потом я переехал от родителей в другой город и не взял его с собой, ну Вы понимаете почему, такая тяжесть… Хотя я его помню…, иногда сожалею…, но он там так и остается… хотя могу забрать, но… всегда находятся причины этого не делать.
Такая ситуация продолжаться бесконечно не могла и я решил построить что-то новое и более практичное. Беглый анализ, показал, что в большинстве случаев много-то ведь и не надо. Подвел черту - надо иметь под рукой напряжение от 0 до 25 Вольт и током в 2-3А.
Сказано - сделано. Трансформатор как раз такой имелся, а это важный аргумент. Диодный мост - нет проблем, электролиты нашел… и тут стоп! Стабилизаторы типа КР142ЕН/L78xx мне не понравились, ибо нуля от них не дождешься. Решил собирать на дискрете и подумал: раз я буду делать БП с нуля, то надо что-то к нему «прикрутить» новое, современное.
«Что можно к обычному блоку питания добавить современное?» - спросите вы. Долго думать не пришлось: конечно же заменить стрелочные приборы на цифровые индикаторы. Нашел у себя всем известную микросхему 572ПВ5. Правда, в готовом, сделанном ранее термометре на ЖКИ. Надо было немножко переделать и все. Но измерять хочется и напряжение и ток. Опять трудности…
Тут я вспомнил, что в Интернете видел такую прикольную маленькую схему вольтметра на микроконтроллере и трех светодиодных индикаторах. Появилось желание его повторить. Тем более, что смотреть на показания, отображаемые на жидкокристаллическом индикаторе, совсем не так приятно. Или скажем прямо: их читабельность, ни в какие ворота не лезет в сравнении с яркими светодиодами.
Все бы ничего, но в то время микроконтроллер и я были взаимонепересекающимися плоскостями. То есть знания заканчивались на том, что они есть в природе, хотя в студенчестве «зубрил» Ассемблер для КР580-комплекта, а вот как на нем можно «готовить» - лучше не спрашивать. Мог только сделать умный вид среди таких же «специалистов».
Все решил за меня корпус. Делать его с нуля и на кухне в многоэтажке резона не было. Возможности советской промышленности в моем городе как-то тихо и безвозвратно исчезли. Хорошо, знакомый принес мне готовый пустой блок от какого-то военного устройства. Удивительно крепкий (железный ведь) и небольшой и не тяжелый - самое то, что надо. Трансформатор влез. Посмотрев на лицевую панель, я понял, что места немного и «разогнаться» не получится. Надо все делать экономно и миниатюрно. Надо попытаться повторить найденную схему индикаторов на микроконтроллере.
Это был мой первый личный успех на данном поприще, который изменил мое мнение о развитии и использовании микроэлектроники.
Я вдруг понял, в какой мере я отстал от жизни.
Но мысль о современном универсальном блоке питания не оставляла. Я решил осваивать микроконтроллеры. Сдаваться не хотелось, силы есть, а знаний в этой сфере нет. Было очень трудно начинать. Может студентам проще, а тут… Все равно что снова пошел в школу. При этом учителей нет, оценки некому поставить, подсказать тоже и сам понимаешь, что на данном начальном этапе ты полный идиот.
Самостоятельное штудирование книг ни к чему особо положительному не привело. Попытайтесь по книгам с нуля выучить любую ранее не используемую профессию, скажем повара. Все мы умеем жарить яичницу, а попробуйте сварганить из яиц блюдо, которое не стыдно было бы подать на стол гостям, при этом съедобное да современное. Что, слабо?!
Так и у меня. Короче, пошел ва-банк. Решил изучить в этой сфере все, что мне поддается. Заодно и блок питания собрать с управление от микроконтроллера и на его основе программирование освоить. Будет реальный стимул не отчаяться.
Задумал такое: трехразрядные амперметр и вольтметр, регулирование энкодером, индикация аварии и т.п. А это значит использование динамической индикации на 6 индикаторов, параллельный 8-битный ЦАП. Ужас. Подходил только «большой» контроллер на 40 ног, не меньше. По началу, выглядело как-то монструозно. Изучил доступное железо. Оказалось, что продукция Microchip больно кусается на фоне конкурентов от Atmel.
Индикаторы остались от вольтметров на PIC16F676, о которых я уже упоминал. Короче задел выглядел солидно и я начал проектировать схему. С цифровой частью проблем не было. Схема подключения обычная, довольно накатанная. Поставил буферные транзисторы на индикатор чтобы разгрузить микроконтроллер.
Долго морочился с ЦАПом, сначала хотел «выпендриться» и прицепить готовый чип, а потом подумал: это лишние и не малые затраты, повторяемость проекта начнет стремиться к нулю, да еще надо научиться этим ЦАПом управлять.
Так утвердилась идея резисторного R-2R ЦАПа.
Тут весь ужас и начался, причем сразу и везде. Начиная от описаний микропроцессоров на английском языке до самого компилятора языка программирования. Короче, не видать мне белого света, если бы не дружественная помощь добрых людей на просторах Интернета. Около 8 месяцев себя изводил, людей мучил, глупые вопросы задавал и все-таки своего добился. Поначалу мозг кипел от переизбытка знаний и попыток их использовать на практике. Борьба с кучей ошибок казалось, не имеет конца…
Для программирования нужно изучить язык и, как оказалось, выбор очень велик. Опытные люди активно посоветовали мне Ассемблер. А я и не противился. Кое-что я знал по студенческим годам, думал, сяду, прочитаю, разберусь с архитектурой и вперед «с песнями и плясками». Так вот, до плясок я дошел, а вот петь уже не хотелось.
Самому, без сторонней помощи разобраться в современном «камне» с нуля, у меня, скажу честно, не получилось. Булева алгебра, тоже порядком подзабытая, с тонкостями работы регистров и банков МК довела меня до ступора в прямом значении слова. Я практически признал свою несостоятельность.
Наступил день, когда я понял, что проект стоит не первый день и света в конце тоннеля не видно.
Тут я решил: не получается Ассемблер, ну и фиг с ним. Я когда-то в молодости Бейсик изучал, а тут как раз предлагают компилятор на таком языке. Опять просматриваю материалы, разбираюсь, но потом прочел мысль на одном из форумов, которая запала мне в голову и, которую можно свести к следующему: все эти диалекты имеют ограниченное число пользователей и помощи в случае чего не допросишься. И действительно, проанализировав временные метки форумов заметил, что на вопросы ответ поступал порой через несколько месяцев. Нет, такое мне не подходило.
Остался единственный вариант, который тоже нахваливали - язык Си. От безысходности накачал книг, давай читать. Читал, читал... Пока читаю, что-то понимаю. Поставил себе компилятор, давай пробовать светодиодом поморгать. Да, простенькие примеры повторить нет проблем, а когда начинаешь углубляться - тут полный затык. Написал вроде как по уму, а компилирую и всё в ошибках. А ошибки то с такими кодами, что без бутылки не понять никак.
Опять ужас! «Совсем я, наверное, тупой» - подумал я.
Даже вспомнил о возрастном кризисе, мировой экономике, опять о своей тупости и такие мне слова на ум пришли, что даже писать неприлично. Понял, что надо искать что-то такое, что может понять даже ребенок из детского сада. Других вариантов у меня уже не было.
Сел я конкретно на «всемирный разум», читал, много искал, искал… Наткнулся на программу Algorithm Builder. Спецы ее знают - это очень мощный компилятор Ассемблера, но в графической форме. Немного пишешь, немного рисуешь, а оно умное, само за тебя все доделывает. Стало интересно, но я уже «пес битый» и знаю, что Ассемблер пока мне не по зубам. Решил поискать что-то аналогичное на Си и нашел!
Это оказался компилятор под непонятным именем «FlowCode For AVR». Его профи не жалуют. Отчасти потому, что это довольно примитивный способ программирования при наличии довольно специфичного программного интерфейса. Но каково было мое удивление, когда в нем у меня стало немного продвигаться, не все конечно, но получаться. Это придало сил. И форум FlowCode оказался в активном состоянии, отвечали быстро и корректно. Да и Си - это не Ассемблер.
Но есть у FlowCode одно неприятное свойство - он не учит синтаксису самого языка Си - одни рисунки, алгоритмика.
Из этой ситуации я тоже нашел выход - компилятор «MikroC». Для начального изучения (и не только) он самое то, что надо. После него уже не смотришь круглыми глазами на написанные кем-то куски кода. А это очень важно. Здорово помогает не повторять ошибок и ускоряет процесс написания нужного алгоритма. Но главное его достоинство – это готовые функции для работы с разнообразной периферией. Ничего выдумывать не надо. Поставил функцию, объявил условия и уже два МК между собой «разговаривают», попробуй-ка все это быстро оформить на чем-то еще.
Для неособо владеющих тонкостями (логические операции, механизмы изменения битов в регистрах и т.п.), поделюсь еще одним маленьким секретом. Если сразу открыть оба указанных компилятора, можно запросто воспользоваться возможностями одного для использования в другом. А именно, если создать блок-схему (алгоритм) в FlowCode (что очень удобно), то можно воспользоваться полученными строками на Си и поставить в MikroC.
Это конечно никак не ускорит работу вашего кода, ибо FlowCode создает так называемую унифицированную структуру кода, но код будет понятным и рабочим в других компиляторах. И очень много вашего времени будет сэкономлено на ловле ошибок.
Потом, когда все будет уже работать, вы сможете уделить внимание этим готовым вставкам и заменить оптимизорованными, более короткими вариантами того же алгоритма, заодно изучив все тонкости работы.
За год я научился основам программирования микроконтроллеров. При самостоятельном освоении, это, я думаю, очень даже не плохо!
А дальше уже дело техники и желания и я над этим продолжаю работать.
На этом с лирической частью всё. Такова житейская история, а дальше - главное - сам блок питания, который трудится у меня без нареканий уже пару лет и был с сокращениями описан в «Радиоаматоре»
Продолжение следует!
Большинство современных лабораторных источников питания снабжены цифровыми индикаторами для контроля выходных токов и напряжений. Вместе с тем, использование для этих целей специализированных микросхем АЦП типа ICL 7106 и ICL 7107 наблюдается реже. Эти микросхемы громоздки и не снабжены динамическим управлением индикаторов. Производители КИП стараются реализовывать функции измерения и управления на одной микросхеме – микроконтроллере. Это упрощает и удешевляет конструкцию прибора за счёт снижения количества элементов. Возможность обновлять ПО также является немаловажным достоинством схем на микроконтроллерах.
В предлагаемом устройстве, помимо основных функций, микроконтроллер выполняет подсчёт мощности отдаваемой в нагрузку, при необходимости включает охлаждение, а в дежурном режиме переводит устройство в режим часов с календарём.
1. Режим отображения времени даты с учётом високосного года.
2. Функция автоматической коррекции времени.
3. Режим снижения яркости в дежурном режиме (только для VFD версии).
4. Отображение температуры нагретой зоны.
5. Режим отображения напряжений, токов и мощностей в рабочем режиме.
6. Функция проверки исправности датчика температуры.
7. Функция автоматического включения/выключения вентилятора охлаждения.
8. Функция ручного управления подачей мощности в нагрузку.
1. Блок управления и индикации.
2. Блок измерения.
3. Источник питания для блока управления и индикации и блока измерения.
4. Силовой блок.
5. Устройство стабилизации напряжений и токов.
6. Устройство охлаждения.
Блок управления и индикации представляет собой устройство, построенное на базе микроконтроллера ATMEGA8 (схема 1.1 и 1.2).
В нём имеются четыре аналоговых входа для измерения напряжений и токов, выходы для включения реле подачи напряжения в нагрузку и включения вентилятора охлаждения, вход для подключения датчика температуры, кнопки управления и индикаторная панель.
Программа для микроконтроллера ATMEGA8 была написана для VFD — вакуумного флюоресцентного дисплея 4*20 CU20045SCPB-T23A FUTABA и стандартного 4*20 ЖКИ.
Питание блока – стабилизированное 5 вольт. Максимальное паспортное потребление тока VFD – 1 ампер. Это на два порядка больше чем у ЖКИ, что следует учесть при выборе источника питания для этого блока.
Блок измерения (схема 2) представляет собой гальванически развязанную между входом и выходом систему двойного преобразования аналогового сигнала – напряжение- частота-напряжение (V — F — V).
Блок измерения является прецизионным устройством с нелинейностью не хуже 0,01%. Питание устройства со стороны измерения (левая часть согласно схеме 2) 8,5 вольт и может лежать в пределах 5…40 вольт. Следует обратить внимание, что значительное изменение питающих напряжений от указанных на схеме потребует изменение номиналов в цепях питания светодиодов оптопар. Правая часть блока измерения гальванически связана с блоком управления и индикации и имеет тоже питание 5 вольт.
На схеме блока измерения изображён только один канал, канал напряжения и тока А. Канал В идентичен каналу А.
Настройка блока сводится к установке выходного напряжения при соответствующем напряжении на входе при помощи подстроечных резисторов RS – 10k и 50k для тока и напряжения соответственно. Для простоты настройки блока измерения необходимо использовать один источник питания 5…10 вольт, включенный параллельно всем питаниям каналов и второй, в качестве источника измеряемого напряжения на входе.
Затем необходимо проверить прохождение сигнала от входа к выходу в соответствии с указанными на схеме значениями. Во избежание выхода из строя блока измерения при настройке не следует превышать максимально допустимое значение напряжения на входе микросхем LM331.
Источник питания для блока управления и индикации и блока измерения является наиболее сложным устройством и требует некоторого опыта при изготовлении (схема 3). Источник питает соответствующие блоки несколькими стабилизированными напряжениями, гальванически изолированными друг от друга.
В авторском варианте использован импульсный трансформатор Т1 37P-6000 от отслужившего свой срок драйвера мотора. Это стандартный трансформатор, который использовался для питания цепей управления силовых модулей с составными транзисторами и питания процессорной части. Вполне допустимо применение любого импульсного трансформатора с 5-ти вольтовой обмоткой на 1,5 ампера и четырьмя изолированными обмотками с напряжениями 8…20 вольт 30-100 мА для блока измерения. Такие трансформаторы установлены во всех драйверах моторов серво- и переменного тока. Подойдут и импульсные трансформаторы для питания цепей управления IGBT-модулей. Иногда проще использовать готовый импульсный источник питания, доматав недостающие обмотки. При этом следует соблюдать фазировку согласно схеме 3 и не соединять корпус обмотки питания контроллера с общими шинами вторичных обмоток.
В таблице 1 указаны выходные напряжения и токи трансформатора Т1.
Таблица 1
|
Номер контакта трансформатора Т1 |
Назначение |
Напряжение после выпрямителя |
Минимально допустимый ток |
| Первичная обмотка | |||
| Обмотка для питания контроллера IC1 | |||
| Обмотка для питания блока управления и индикации (схема 1) и правой части блока измерения (схема 2) | |||
| блока измерения (схема 2) | |||
| Обмотка для питания левой части блока измерения (схема 2) | |||
| Обмотка для питания левой части блока измерения (схема 2) | |||
| Обмотка для питания левой части блока измерения (схема 2) |
Силовой блок представляет собой четыре адаптированных источника питания от ноутбука. Адаптация сводится к переключению шины заземления и экрана от минусовой шины 19 вольт и подключению их через разделительные конденсаторы 4,7нФ 1кВ к обоим полюсам выходного напряжения 19 вольт согласно схеме 4. Это сделано для того, чтобы при последовательном включении каналов не происходило короткое замыкание через шину заземления. В силовом блоке следует использовать источники питания с выходным током не менее 3,5 ампер и напряжением 17-20 вольт. Готовые блоки питания следует вставить в изогнутый стальной экран из лужёной жести, затем спаять его по шву и заземлить.
Устройство стабилизации напряжения и тока представляет собой линейную схему регулирования мощности. На схеме 5 изображён один канал А. Каналы А и В идентичны. Общие шины и шины питания каналов изолированы друг от друга. Вход устройства подключен к силовому блоку, а выход к входным контактам коммутационных реле pwrout1_2 в блоке управления и индикации. Выходные контакты коммутационных реле pwrout1_2 подключены непосредственно к клемам, расположенным на передней панели устройства. К этим клемам подключены входы блока измерения напряжения. Для измерения тока соответствующие входы блока измерения подключены к токовым шунтам R16 в соответствии с указанной на схеме полярностью.
Для настройки устройства стабилизации напряжения и тока необходимо установить напряжения питания +/-17,5 вольт в контрольных точках согласно схеме с неустановленными или отключенными микросхемами операционных усилителей ОР1 и установить границу включения индикатора защиты по току limit_I.
Напряжения питания +/-17,5 вольт в контрольных точках устанавливаются потенциометрами R23 и R24 при помощи цифрового вольтметра.
Граница включения индикатора защиты по току limit_I устанавливается потенциометром R20 в положении, когда регулятор тока R11 находится на минимуме – в крайнем левом положении. Индикатор защиты должен светиться ровно и без мерцаний.
Измерительные резисторы R16, составные транзисторы VT1 от двух каналов, датчик температуры IC2 от блока управления и индикации, вентилятор охлаждения размещают на основном радиаторе (площадью 2100 см²) в задней части корпуса источника питания. Микросхемы стабилизаторов напряжения двух каналов DA3 и DA4 также необходимо устанавить на радиатор. Это может быть как основной, так и установленный в устройстве стабилизации напряжения и тока радиатор. Установленные на корпус основного радиатора элементы необходимо изолировать, а радиатор заземлить. Общий провод питания 5В также необходимо заземлить. Трансформаторы питания каналов маломощные 220В/2*22В-2,5Вт.
Для удобства на плате устройства стабилизации напряжения и тока установлена линейка параллельно включеных разъёмов для питания 220 вольт всех блоков источника (схема 6).
При использовании указанных на схеме элементов и соблюдении номиналов подстроечных элементов дополнительной настройки устройства стабилизации напряжения и тока не требуется.
В случае наблюдения осциллографом возбуждений на выходе элемента ОР1.2 операционного усилителя, необходимо увеличить ёмкость конденсатора С6.
Устройство охлаждения состоит из радиатора и вентилятора охлаждения, установленного на основной радиатор. Для питания вентилятора охлаждения и подсветки светодиодов ЖКИ (если индикатор с подсветкой) используется готовый миниатюрный источник питания для зарядки мобильного телефона, расчитанный на ток 500 мА и напряжение 12 вольт. Его выходное напряжение поступает на вход контактной группы реле COLLER в блоке управления и индикации и ко входу подсветки ЖКИ вышеописанным способом. Выход контактной группы реле COLLER подключается непосредственно к вентилятору охлаждения.
На передней панели располагают кнопки управления, индикаторы включения защиты по току, клеммы и регуляторы. Регуляторы напряжения – многооборотные. При необходимости на боковой стороне размещают сетевой выключатель.
Резисторы в измерительных цепях в блоке измерения и устройстве стабилизации напряжения и тока должны быть с точностью не хуже 1%, оптопары IC2, IC5 — 4N35, CNY17 или аналогичные. Транзистор VT1 в устройстве стабилизации напряжения и тока – любой N-P-N дарлингтон транзистор 60 – 250 вольт, мощностью не менее 150 ватт и током коллектора не менее 10 ампер. Измерительный шунт – резистор R16 – мощностью не менее 5 ватт. Без изменений схемы микросхема KA1M0565R может быть заменена на KA1H0565R. С определёнными доработками допустимо использование контроллеров серий TOP или VIPER. Контактные группы комутационных реле должны быть расчитаны на токи, указанные на схеме.
Для снижения общих габаритов устройства целесообразно использовать поверхностные SMD-компоненты, а нужные значения сопротивлений для измерительных цепей можно получить, используя программу Parcalc (http://pgurovich.ru/parcalc/) .
Устройство предназначено для отображения на индикаторе информации в 2-х режимах:
режим 0 – отображается время, календарь и температура на пониженной яркости;
режим 1 – отображаются напряжения, токи и мощности 2-х каналов на полной яркости.
Выбор режима производится соответствующим логическим уровнем напряжения на входе MODE (вывод 19 ATmega) .
При переходе из режима 0 в режим 1, удерживая кнопку MODE, напряжение с ЛИП не поступит в нагрузку до отпускания этой кнопки. Это сделано для контролирования момента подачи напряжения.
При превышении температуры датчика значения +45,0°С, независимо от режима индикации, включится вентилятор, а при снижении её до +35,5°С, вентилятор выключится.
При превышении температуры датчика значения +85,0°С в режиме 1 на индикаторе вместо значений мощностей отобразится надпись “ ALARM !” .
При нарушении нормальной работы термодатчика, независимо от режима индикации, в нижней строке индикатора отобразится надпись “ TempERR”.
Установка новых значений времени и календаря возможна только в режиме 0. Кнопкой Sel (вывод 17 ATmega) производится выбор параметра для его изменения в следующем порядке: часы, минуты, день, месяц, день недели, год, секунды. Выбранный параметр мигает на индикаторе. Он устанавливается в нужное значение кнопками “+” и “-“ (выводы 18 и 19 ATmega) кроме секунд, кнопкой Sel секунды обнуляются, т.е. текущая минута начинается сначала.
Устройство выходит из режима редактирования:
— через 3 секунды после последнего нажатия на любую кнопку;
— после редактирования секунд;
— после редактирования точности хода часов.
После удержания кнопки “+” или “-“ нажатой более 3-х секунд увеличится скорость изменения значения выбранного параметра.
При необходимости подстроить точность хода часов нужно в режиме 0 подержать кнопку Sel нажатой не менее 3-х секунд. На индикаторе появится параметр, управляющий точностью. При изменении этого числа на единицу кнопками “+” и “-“ точность хода изменится в ту же сторону примерно на 1 секунду за 3 месяца. После установки нового значения параметра для его записи в EEPROM и выхода из редактирования нужно нажать кнопку Sel. Параметр точности может быть в пределах от 0 до 2000000.
Устройство источника питания не является критичным в плане ЭМС, не требует дополнительных мер и может быть собрано на тестовых платах с использованием SMD -компонентов. Важно, чтобы все экраны импульсных источников питания были соединены с заземлением, а высоковольтные первичные цепи были надёжно изолированы и закрыты. ленты. Both comments and pings are currently closed.
