- 3-stupňový motor ventilátora na striedavý prúd
- Analýza projektu
- IR dekodér
- Dizajn GreenPAK
- Rýchlosť MUX
- Časovač
- Výsledky
- Záver
Jednofázové motory na striedavý prúd sa zvyčajne nachádzajú v domácich výrobkoch, ako sú napríklad ventilátory, a ich rýchlosť je možné ľahko regulovať, keď sa na požadované otáčky použije niekoľko samostatných vinutí. V tomto článku zostavujeme digitálny radič, ktorý umožňuje používateľom ovládať funkcie, ako sú otáčky motora a prevádzková doba. Tento článok obsahuje aj obvod infračerveného prijímača, ktorý podporuje protokol NEC, kde je možné motor ovládať pomocou tlačidiel alebo zo signálu prijímaného infračerveným vysielačom.
Na tento účel sa ako základný radič zodpovedný za tieto rôzne funkcie používa GreenPAK ™ SLG46620 IC: multiplexný obvod na aktiváciu jednej rýchlosti (z troch rýchlostí), 3-periódy odpočítavania a infračervený dekodér na príjem externý infračervený signál, ktorý extrahuje a vykoná požadovaný príkaz.
Ak sa pozrieme na funkcie obvodu, všimneme si niekoľko súčasne použitých diskrétnych funkcií: MUXing, časovanie a IR dekódovanie. Výrobcovia často používajú na vytvorenie elektronického obvodu veľa integrovaných obvodov kvôli nedostatku dostupného jedinečného riešenia v rámci jediného integrovaného obvodu. Použitie IC GreenPAK umožňuje výrobcom zamestnať jediný čip na zahrnutie mnohých požadovaných funkcií a následne znížiť systémové náklady a dohľad nad výrobou.
Systém so všetkými jeho funkciami bol testovaný, aby sa zaistila jeho správna funkčnosť. Konečný obvod môže vyžadovať špeciálne úpravy alebo ďalšie prvky prispôsobené zvolenému motoru.
Na kontrolu nominálneho fungovania systému boli pomocou emulátora dizajnéra GreenPAK vygenerované testovacie prípady vstupov. Emulácia overuje rôzne testovacie prípady pre výstupy a potvrdzuje sa funkčnosť IR dekodéra. Konečný dizajn sa tiež testuje so skutočným motorom na potvrdenie.
3-stupňový motor ventilátora na striedavý prúd
3-stupňové striedavé motory sú jednofázové motory poháňané striedavým prúdom. Často sa používajú v širokej škále domácich strojov, ako sú rôzne typy ventilátorov (nástenný, stolový, krabicový). V porovnaní s jednosmerným motorom je riadenie otáčok v motore na striedavý prúd pomerne komplikované, pretože kvôli zmene otáčok motora sa musí meniť frekvencia dodávaného prúdu. Zariadenia, ako sú ventilátory a chladiace stroje, zvyčajne nevyžadujú jemnú zrnitosť rýchlosti, ale vyžadujú samostatné kroky, ako sú nízke, stredné a vysoké rýchlosti. Pre tieto aplikácie majú motory na striedavý prúd niekoľko vstavaných cievok určených pre niekoľko rýchlostí, pri ktorých sa zmena z jednej rýchlosti na druhú uskutočňuje napájaním cievky požadovanej rýchlosti.
Motor, ktorý v tomto projekte používame, je 3-stupňový striedavý motor, ktorý má 5 vodičov: 3 vodiče na reguláciu otáčok, 2 vodiče na napájanie a štartovací kondenzátor, ako je znázornené na obrázku 2 nižšie. Niektorí výrobcovia používajú na identifikáciu funkcií štandardné farebne odlíšené vodiče. V údajovom liste motora sa zobrazia informácie o konkrétnom motore na identifikáciu vodiča.
Analýza projektu
V tomto článku je GreenPAK IC nakonfigurovaný na vykonávanie daného príkazu prijatého zo zdroja, ako je infračervený vysielač alebo externé tlačidlo, na indikáciu jedného z troch príkazov:
Zap / Vyp: systém sa zapne alebo vypne pri každej interpretácii tohto príkazu. Stav Zap / Vyp bude obrátený s každou stúpajúcou hranou príkazu Zap / Vyp.
Časovač: časovač je v prevádzke 30, 60 a 120 minút. Pri štvrtom impulze sa časovač vypne a doba časovača sa vráti do pôvodného stavu časovania.
Otáčky: Riadi otáčky motora, postupne iteruje aktivovaný výstup z vodičov na voľbu otáčok motora (1,2,3).
IR dekodér
Obvod IR dekodéra je zostavený na príjem signálov z externého IR vysielača a na aktiváciu požadovaného príkazu. Protokol NEC sme prijali kvôli jeho popularite medzi výrobcami. Protokol NEC používa na kódovanie každého bitu „vzdialenosť impulzu“; každý impulz trvá 562,5 nás, aby sme sa preniesli pomocou signálu s frekvenčnou nosnou 38 kHz. Prenos signálu logickej 1 vyžaduje 2,25 ms, zatiaľ čo prenos signálu logickej 0 trvá 1,125 ms. Obrázok 3 zobrazuje prenos sledu impulzov podľa protokolu NEC. Skladá sa z 9 ms zhluku AGC, potom 4,5 ms priestoru, potom 8-bitovej adresy a nakoniec 8-bitového príkazu. Upozorňujeme, že adresa a príkaz sa prenášajú dvakrát; druhýkrát je doplnok 1 (všetky bity sú invertované) ako parita na zabezpečenie správnosti prijatej správy.LSB sa prenáša ako prvý v správe.
Dizajn GreenPAK
Dizajn IC bol postavený na bezplatnom softvéri GreenPAK Designer založenom na GUI. Celý návrhový súbor nájdete tu.
Príslušné bity prijatej správy sú extrahované v niekoľkých fázach. Začiatok správy je najskôr určený z 9ms AGC burst pomocou CNT2 a 2-bitovej LUT1. Ak to bolo zistené, potom sa cez CNT6 a 2L2 zadá 4,5ms priestor. Ak je hlavička správna, výstup DFF0 je nastavený na vysokú, aby umožnil príjem adresy. Bloky CNT9, 3L0, 3L3 a P DLY0 sa používajú na extrakciu hodinových impulzov z prijatej správy. Bitová hodnota sa berie na stúpajúcej hrane signálu IR_CLK, 0,845 ms od stúpajúcej hrany od IR_IN.
Interpretovaná adresa sa potom porovná s adresou uloženou v PGEN pomocou 2LUT0. 2LUT0 je brána XOR a PGEN ukladá invertovanú adresu. Každý bit PGEN sa postupne porovnáva s prichádzajúcim signálom a výsledok každého porovnania sa ukladá do DFF2 spolu so stúpajúcou hranou IR-CLK.
V prípade, že v adrese bola zistená chyba, 3-bitový výstup západky LUT5 SR sa zmení na High, aby sa zabránilo porovnaniu zvyšku správy (príkazu). Ak sa prijatá adresa zhoduje s adresou uloženou v PGEN, druhá polovica správy (príkaz a invertovaný príkaz) je smerovaná do SPI, aby bolo možné požadovaný príkaz prečítať a vykonať po ňom. CNT5 a DFF5 sa používajú na určenie konca adresy a začiatku príkazu, kde sa „Počítadlo dát“ CNT5 rovná 18:16 impulzov pre adresu a okrem prvých dvoch impulzov (9ms, 4,5ms).
Ak bola úplná adresa vrátane hlavičky správne prijatá a uložená v IC (v PGEN), výstup 3L3 OR Gate dá signál Low na nCSB pin SPI, ktorý sa má aktivovať. SPI následne začne dostávať príkaz.
SLG46620 IC má 4 interné registre s 8-bitovou dĺžkou a je tak možné uložiť štyri rôzne príkazy. DCMP1 sa používa na porovnanie prijatého príkazu s internými registrami a je navrhnutý 2-bitový binárny čítač, ktorého výstupy A1A0 sú pripojené k MTRX SEL # 0 a # 1 z DCMP1, aby mohli postupne a nepretržite porovnávať prijatý príkaz so všetkými registrami.
Dekodér so západkou bol skonštruovaný pomocou DFF6, DFF7, DFF8 a 2L5, 2L6, 2L7. Dizajn funguje nasledovne; ak A1A0 = 00 , výstup SPI sa porovná s registrom 3. Ak sú obidve hodnoty rovnaké, DCMP1 dáva na výstupe EQ signál High. Pretože A1A0 = 00 , toto aktivuje 2L5 a DFF6 následne vyšle vysoký signál, ktorý označuje, že bol prijatý signál Zap / Vyp. Podobne pre zvyšok riadiacich signálov sú CNT7 a CNT8 konfigurované ako „oneskorenie oboch okrajov“, aby generovali časové oneskorenie a umožnili DCMP1 zmeniť stav svojho výstupu predtým, ako je hodnota výstupu zadržaná DFF.
Hodnota príkazu Zap / Vyp je uložená v registri 3, príkaz časovača v registri 2 a príkaz na rýchlosť v registri 1.
Rýchlosť MUX
Na prepínanie rýchlostí bol zostrojený 2-bitový binárny čítač, ktorého vstupný impulz je prijímaný externým tlačidlom, ktoré je pripojené na Pin4 alebo zo signálu IR rýchlosti cez P10 z komparátora príkazov. V počiatočnom stave Q1Q0 = 11 a aplikáciou impulzu na vstup počítadla z 3-bitového LUT6 sa Q1Q0 postupne stane stavom 10, 01 a potom 00. 3-bitový LUT7 sa použil na preskočenie 00 stavov, pretože vo vybranom motore sú k dispozícii iba tri rýchlosti. Signál zapnutia / vypnutia musí byť vysoký, aby sa aktivoval riadiaci proces. Ak je teda signál Zap / Vyp nízky, aktivovaný výstup je deaktivovaný a motor je vypnutý, ako je to znázornené na obrázku 6.
Časovač
Je implementovaný 3-periódový časovač (30 min., 60 min., 120 min.). Na vytvorenie riadiacej štruktúry 2-bitový binárny čítač prijíma impulzy z externého tlačidla časovača pripojeného na pin 13 a zo signálu IR časovača. Počítadlo používa Pipe Delay1, kde Out0 PD num sa rovná 1 a Out1 PD num sa rovná 2 výberom obrátenej polarity pre Out1. V počiatočnom stave Out1, Out0 = 10 je časovač deaktivovaný. Potom aplikáciou impulzu na vstup CK pre Pipe Delay1 sa výstupný stav postupne zmení na 11,01,00 a invertuje CNT / DLY do každého aktivovaného stavu. CNT0, CNT3, CNT4 boli nakonfigurované tak, aby fungovali ako „oneskorenia nábežnej hrany“, ktorých vstup pochádza z výstupu CNT1, ktorý je nakonfigurovaný na vydávanie impulzu každých 10 sekúnd.
Ak chcete mať časové oneskorenie 30 minút:
30 x 60 = 1800 sekúnd ÷ 10sekundové intervaly = 180 bitov
Preto sú údaje počítadla pre CNT4 180, CNT3 360 a CNT0 720. Po dokončení časového oneskorenia sa cez 3L14 až 3L11 prenesie vysoký impulz, ktorý spôsobí vypnutie systému. Časovače sa resetujú, ak je systém vypnutý externým tlačidlom pripojeným k Pin12 alebo signálom IR_ON / OFF.
* Ak chcete použiť elektronický spínač, môžete namiesto elektromechanického relé použiť triak alebo polovodičové relé.
* Pre tlačidlá bol použitý hardvérový debouncer (kondenzátor, odpor).
Výsledky
Ako prvý krok v hodnotení návrhu bol použitý GreenPAK Software Simulator. Na vstupoch boli vytvorené virtuálne tlačidlá a boli monitorované externé LED diódy oproti výstupom na vývojovej doske. Na vygenerovanie signálu podobného formátu NEC sa použil nástroj Signal Wizard.
Bol vygenerovaný signál so vzorom 0x00FF5FA0, kde 0x00FF je adresa zodpovedajúca invertovanej adrese uloženej v PGEN a 0x5FA0 je príkaz zodpovedajúci invertovanému príkazu v registri DCMP 3 na riadenie funkčnosti zapnutia / vypnutia. Systém v počiatočnom stave je v stave VYPNUTÉ, ale po použití signálu si všimneme, že sa systém zapne. Ak bol v adrese zmenený jeden bit a signál bol znovu použitý, zaznamenávame, že sa nič nestane (nekompatibilná adresa).
Po jednom spustení Sprievodcu signálom (s platným príkazom Zap / Vyp):
Záver
Tento článok sa zameriava na konfiguráciu integrovaného obvodu GreenPAK určeného na riadenie 3-stupňového striedavého motora. Zahŕňa niekoľko funkcií, ako napríklad rýchlosť cyklovania, generovanie 3-periódového časovača a konštrukcia IR dekodéra kompatibilného s protokolom NEC. GreenPAK preukázal účinnosť pri integrácii niekoľkých funkcií, a to všetko v nízkonákladovom a malometrickom riešení IC.