30 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2016

PROJEK TY

Monitor odnawialnego źródła energiiOdnawialne źródła energii (w  skrócie OZE) cieszą się rosnącą popularnością. Mnogość rozwiązań dostępnych na  rynku może przyprawić o  zawrót głowy, lecz większość z  nich jest przeznaczona do  dużych instalacji, o  mocach rzędu kilowatów. Wybór maleje, jeżeli chodzi o  małą instalację na  niskie napięcie, przeznaczoną do  zasilania np. domku letniskowego. Niniejszy projekt jest propozycją rozwiązania tego problemu.Rekomendacje: urządzenie przyda się na  działce lub w  domku letniskowym.

dodatkowe materiały na  ftp:ftp://ep.com.pluser: 75540, pass: 75542v64W ofercie AVT*AVT-5533 A, B, UKPodstawowe informacje:• Obsługa jednego, dwóch lub trzech wejść,

każde o  innym priorytecie wyboru.• Przystosowanie do  napięcia stałego 12  V,

24  V, 36  V lub 48  V.• Minimalna wartość napięcia: 50% napięcia

nominalnego lub 9  V (opis w  tekście).• Maksymalna wartość napięcia: 200% napię-

cia nominalnego lub 55  V (opis w  tekście).• Maksymalny prąd: 16  A.• Rozdzielczość pomiaru napięcia: 0,1  V.• Wyświetlacz: LCD 4×16.• Sygnalizacja pracującego wejścia za pomocą

kolorowych LED oraz przez komunikat na  wyświetlaczu.

• Wbudowana przetwornica step-down dla układu pomiarowego.

• Podejmowanie decyzji o  przełączeniu: okre-sowo, co  100…1000 ms, regulowane.

• Czas martwy między wyłączeniem jednego wejścia i  załączeniem drugiego 0,4 ms.

Projekty pokrewne na  FTP:(wymienione artykuły są  w  całości dostępne na  FTP)AVT-2944 Bateria słoneczna (EdW 7/2010)* Uwaga:Zestawy AVT mogą występować w  następujących wersjach:AVT xxxx UK to  zaprogramowany układ. Tylko i  wyłącznie. Bez elementów

dodatkowych.AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w  opisie

wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych.AVT xxxx A+ płytka drukowana i  zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji

A  i  wersji UK) bez elementów dodatkowych.AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymienio-

ny w  załączniku pdfAVT xxxx C to  nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wluto-

wane w  PCB. Należy mieć na  uwadze, że  o  ile nie zaznaczono wyraźnie w  opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w  załączniku pdf

AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to  niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w  link umieszczony w  opisie kitu)

Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

po  podłączeniu go do  zbyt niskiego napię-cia, wówczas lepiej jest po  prostu go wyłą-czyć. Prezentowany układ taką funkcję ma, o  czym dalej. Kolejnym uzasadnieniem jest wygodna prezentacja aktualnych napięć wystę-pujących na wejściach oraz czytelna informa-cja o tym, które wejście jest aktywne. Pozwala to na szybką ocenę jakości pracy naszego sys-temu zasilania. W układzie diodowym wiąza-łoby się to z koniecznością dodania zewnętrz-nego modułu pomiarowego.

Budowa i zasada działaniaSchemat ideowy układu monitora znajduje się na  rysunku  3. Z  racji stopnia rozbudowania, zostanie omówiona zasada funkcjonowania poszczególnych jego bloków.

Selektor wejść składa się z trzech identycz-nych obwodów, które obsługują każde wejście oddzielnie. Elementem wykonawczym jest tranzystor MOSFET z  kanałem P, co  umożli-wia przełączanie dodatnich zacisków zasila-jących. Istotna jest tutaj możliwie niska rezy-stancja otwartego kanału –  w  IRF4905 jest

wejść są  połączone, a  przełącza się bieguny dodatnie. Zilustrowano to na rysunku 1.

Można zapytać –  w  czym ten układ jest lepszy od  zwykłego przełącznika zbudowa-nego z  użyciem 3 diod, takiego jak pokazano na rysunku 2? Wydawać by się mogło, że  jest zdecydowanie łatwiejszy do zbudowania, pew-niejszy w działaniu oraz tańszy. Źródło o naj-wyższym napięciu wyjściowym otwiera przy-należną mu diodę szeregową polaryzując pozo-stałe w  kierunku zaporowym i  już. Jednak odpowiedź nie nastręcza trudności. Po pierw-sze, układ diodowy nie ma możliwości usta-lenia priorytetów wejść. Przykładowo, do  jed-nego z  wejść zostanie dołączony akumulator, pełniący rolę zasilacza rezerwowego, a napięcia na pozostałych dwóch wejściach (np. z modułu fotowoltaicznego i  turbiny wiatrowej) będą tylko nieznacznie niższe od tego, które ma aku-mulator. Wówczas odbiornik zostanie zasilony z  akumulatora, powodując jego niepotrzebne rozładowywanie. Drugim powodem jest brak kontroli nad wartością napięcia. Jeżeli zasi-lany odbiornik może działać nieprawidłowo

Idea projektu polega na  przełączaniu jednego wyjścia pomiędzy trzema wejściami o różnych priorytetach. Przykładowo, najwyższy priory-tet może mieć turbina wiatrowa, nieco niższy moduł fotowoltaiczny, zaś najniższy awaryjne źródło zasilania, np. akumulator lub zasilacz sieciowy. Przełączanie następuje na  podsta-wie pomiaru napięcia panującego na  każdym z  wejść oraz porównania ich z  zachowaniem pewnej histerezy. Napięcie na każdym aktyw-nym wejściu jest na bieżąco wyświetlane, tak samo, jak aktywne wejście. Masy wszystkich

31ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2016

Monitor odnawialnego źródła energii

przez nią prąd o natężeniu ok. 4 mA, a pozo-stała część przez wspomniany już rezystor. Tranzystor wejdzie w stan aktywny i nadmiar napięcia będzie odkładał się na nim.

Parametry układu pozostaną niezmienne w  szerokim zakresie napięcia wejściowego: wartość maksymalna wynosi ok. 150  V i  jest ograniczona przez straty w BF422. Nawet skoki napięcia o  dużej amplitudzie nie będą w  sta-nie go uszkodzić: dopuszczalne UCE to  250  V. Wytrzymałość napięciowa układu jest ograni-czona, w  praktyce, maksymalnym napięciem dren-źródło tranzystorów polowych.

Warto zwrócić uwagę, że załączenie danego wejścia jest równoznaczne z zaświeceniem się przypisanej mu diody LED1-LED3. Ich kolory zostały dobrane według priorytetów wejść: zielony najwyższy, żółty średni i  czerwony najniższy.

Pomiar napięcia na  każdym z  wejść jest mierzony za pośrednictwem dzielnika rezy-stancyjnego, który dopasowuje jego wartość do  takiej, którą zaakceptuje przetwornik A/C w  mikrokontrolerze. Żądane napięcie odkłada się na  części suwaka potencjometru, a  pozo-stała (znacząca) jego część na rezystorze szere-gowym. Przyjęto, że należy wlutować rezystory R16…R18 o  rezystancjach odpowiednich dla danego zakresu. Wszystkie one powinny mieć jednakową wartość. Aby regulacja potencjo-metrami P1…P3 działała efektywnie, dla rezy-stancji nominalnych ślizgacze powinny znaj-dować się w  położeniu środkowym. Oznacza to, że przy maksymalnym mierzonym napięciu (dwukrotność zakresowego), przez ten obwód ma płynąć prąd 0,5  mA. Wyniki wyliczeń (zaokrąglone do szeregu E24) podaje tabela 1. Rezystory te mogą mieć tolerancję 5%, ponie-waż kalibracja zniweluje ten błąd.

Kondensatory ceramiczne znajdujące się w  otoczeniu każdego potencjometru mają za zadanie odfiltrować zaburzenia, które mogą przenosić się na wejście. Niestety, wprowadzają one pewną zwłokę: łatwo oszacować, że  stała czasowa takiego układu RC to  ok. 100  ms. Z tego względu, kontrola napięcia na wejściach odbywa się nie częściej, niż co 100 ms.

Diody Schottky chronią wrażliwe wej-ścia przetwornika A/C przed uszkodzeniem wywołanym napięciem o  zbyt dużej wartości lub przeciwnej polaryzacji. Przy ustawieniu

Rysunek 1. Zasada działania monitora Rysunek 2. Selektor diodowy

Wykaz elementówModuł z mikrokontrolerem

Rezystory: (SMD 1206)R1…R3, R22: 10 kVR4…R6: 330 VR7…R15: 1 kVR16…R18: 39 kV/0,25 W (opis w tekście)R19: 22 V/5 WR20: 4,7 kVR21: 47 VRN1: 4×10 kVRN2: 8×10 kVP1…P4: 10 kV (pot. montażowy, leżący)Kondensatory:C1, C3, C5, C12…C14, C20: 10 mF/10 V (SMD 1206)C2, C4, C6, C9, C11, C15…C17, C19: 100 nF (SMD 1206)C7: 100 mF/63 V (elektrolit.)C8, C10: 470 mF/16 V (elektrolit.)C18: 10 nF (SMD 1206)Półprzewodniki:D1…D3: MBR1660D4…D6: dioda Zenera 15 V (MiniMELF)D7…D12: BAS85 (MiniMELF)D13…D16: 1N4007 (MELF)D17: 1.5KE56A (transil, opis w tekście)D18: SS14LED1: zielona, matowa, 5 mmLED2: żółta, matowa, 5 mmLED3: czerwona, matowa, 5 mmT1…T3: IRF4905 (opis w tekście)T4…T6: BF422US1: LM2575HVT-5.0 (TO220-5)US2: LM385-2.5 (TO92)US3: ATmega8 (TQFP32)Inne:J1…J4: ARK2/7,5 mmJ5: ARK2/5 mmJ6: goldpin 1×5 pinJP1: goldpin 2×3 pin JP2: goldpin 2×2 pinGoldpin 1×16 pin, męski+żeńskiF1: BKS 400 mAL1, L2: 330 mH (pionowy)L3: 10 mH (SMD 1210)LCD1: Wyświetlacz LCD 4×16 (zgodny z HD44780, o organizacji 2×32, opis w tekście)SW1…SW3: przycisk 6×6 mm/17 mm4×tuleja dystansowa + śruba z nakrętką do wyświetlacza LCD5 zworek goldpinRadiator na tranzystory i diody

ona na poziomie 20 mV. Powoduje to, że moc wydzielona na  tym tranzystorze przy prądzie 16  A  nie przekroczy 5  W. Załączenie tranzy-stora odbywa się poprzez dołączenie bramki do potencjału niskiego, zatem musi mieć rów-nież niewielkie napięcie progowe.

Wstawione w  szereg z  drenem diody dużej mocy mają za zadanie odciąć drogę powrotną dla prądu, która tworzy się przez diody wbudo-wane w  tranzystory MOSFET. Bez nich, prąd może przepływać przez wyłączony tranzystor od wyjścia w kierunku wejścia. Dioda Zenera o napięciu przebicia 15 V chroni bramkę przed uszkodzeniem w  wyniku przekroczenia mak-symalnego napięcia bramka źródło (±20  V). Opornik o  rezystancji 10  kV rozładowuje bramkę po wyłączeniu tranzystora oraz umoż-liwia przepływ prądu kolektora tranzystora ste-rującego. Stała czasowa: t = 10 kV×3,4 nF = 34 ms. Rozładowanie następuje w przeciągu ok. 2,2×t, czyli 75 ms. Nie uwzględnia to pojemno-ści diody Zenera, czasu wychodzenia z nasyce-nia przez tranzystor sterujący i zatykania diody szeregowej. Dlatego przyjęto 400  ms przerwy, aby mieć pewność, że  dane wejście zostanie odcięte przez podłączeniem innego. Zasilany obwód musi być odporny na tego typu zaniki.

Tranzystor sterujący pracuje w  nieczęsto spotykanej dla driverów konfiguracji, ponieważ jest źródłem prądowym. Można je wyłączyć (sytuacja A) po zwarciu lewego wyprowadzenia rezystora 1 kV do potencjału zbliżonego do 0 V.

Po  podaniu napięcia 5  V przez mikrokon-troler, jego baza jest podciągana do potencjału 2,5  V. To  powoduje otwarcie złącza baza-e-miter, a  na  emiterze ustala się potencjał ok. 1,8 V względem masy. Wywołuje to przepływ prądu o  natężeniu ok. 5,5  mA przez rezy-stor emiterowy. Maksymalnie o  takiej warto-ści prąd (z dokładnością do pomijalnie małego prądu bazy) jest przewodzony przez kolek-tor, przez co  potencjał bramki tranzystora MOSFET obniża się. Objaśnienie znajduje się na rysunku 4.

Sytuacja B: przy małym napięciu podawa-nym na wejście (do ok. 17 V), tranzystor NPN nasyca się, ponieważ dioda Zenera pozostaje zatkana i przez kolektor może płynąć tylko nie-wielki prąd, wynikający z obecności rezystora 10 kV. Gdy napięcie podniesie się (sytuacja C), dioda Zenera zacznie przewodzić i  popłynie

suwaka w  połowie ślizgacza potencjometru, dioda dołączona do +5 V zaczyna się otwierać przy napięciu niewiele wyższym niż referen-cyjne, które wynosi 2,5 V. Jednocześnie, rezy-story szeregowe ograniczają prąd płynący przez te diody.

MikrokontrolerMikrokontroler, który zarządza pracą całego systemu, to  ATmega8 w  obudowie TQFP32. Jego 10-bitowy przetwornik A/C dosko-nale wpasowuje się w  potrzeby tego układu. Napięcia referencyjnego 2,5  V dostarcza mu zewnętrzny układ typu LM385-2.5. Do wypro-wadzeń mikrokontrolera został dołączony również wyświetlacz LCD o  organizacji 4 wiersze po  16 znaków. Pamięć w  większości takich wyświetlaczy jest tak zorganizowana,

32 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2016

LED

1gr

een

LED

2ye

llow

LED

3re

d

R13

1k R14

1k R15

1k

IN1

IN2

IN3

R16 *

D7

BAS8

5

D8

BAS8

5C1 10

u

P1 10k

C2 100n

R17 *

D9

BAS8

5

D10

BAS8

5

C3 10u

P2 10k

C4 100n

R18 *

D11

BAS8

5

D12

BAS8

5C5 10

u

P3 10k

C6 100n

V1 V2 V3

ADC1

ADC2

ADC3

FB4

VIN

1

ON

/OFF

5

GN

D3

OU

T2

US1

LM25

75H

VT-5

.0

D13

D14

D15

D18

SS14

R19

22

D17

1.5K

E56A

D16

1 2J5

L1

330u

H

C7 100u

/63V

F1

BKS

400m

A

C8 470u

/16V

C9 100n

L2

330u

H

C10

470u

/16V

C11

100n

V1 V2 V3

PC6

(RES

ET)

29PD

0 (R

XD)

30

PD1

(TXD

)31

PD2

(INT0

)32

PD3

(INT1

)1

PD4

(XCK

/T0)

2

VCC

6

GN

D5

PB6

(XTA

L1/T

OSC

1)7

PB7

(XTA

L2/T

OSC

2)8

PD5

(T1)

9

PD6

(AIN

0)10

PD7

(AIN

1)11

PB0

(ICP)

12

PB1

(OC1

A)13

PB2

(SS/

OC1

B)14

PB3

(MO

SI/O

C2)

15

PB4

(MIS

O)

16

PB5

(SCK

)17

AVCC

18

AREF

20

GN

D21

PC0

(AD

C0)

23

PC1

(AD

C1)

24

PC2

(AD

C2)

25

PC3

(AD

C3)

26

PC4

(AD

C4/S

DA

)27

PC5

(AD

C5/S

CL)

28

GN

D3

VCC

4

AD

C619

AD

C722

US3

ATm

ega8

-16A

C

1 2 3 4 5J6

COM 11 22 33 44 5

RN1

4x10

k

+5V

MO

SI

MO

SI

MIS

O

MIS

O

SCK

SCK

RESE

T

RESE

T

C16

100nA

REF

L3

10uH

C17

100n

C18

10n

C19

100n

C20

10u+5

V

US2

LM38

5-2.

5C1

3

10u

R20

4,7k

+5V

C14

10u

C15

100n

+5V

AD

C1A

DC2

AD

C3

12

34

56JP1

12

34

JP2

1-2

OFF

, 3-4

OFF

: 48V

1-2

OFF

, 3-4

ON

: 36V

1-2

ON

, 3-4

OFF

: 24V

1-2

ON

, 3-4

ON

: 12V

1-2

ON

: IN

13-

4 O

N: I

N2

5-6

ON

: IN

3

COM 11 22 3344 55 66 77 88 9

RN2

8

x10k

+5V

U0

U1

ENA

1EN

A2

ENA

3

ENA1

ENA2

ENA3

U0

U1

GN

D1

VCC

2

CON

TR3

RS4

RW5

ENA

6

D0

7

LED

+15

LED

–16

D1

8

D2

9

D3

10

D4

11

D5

12

D6

13

D7

14

LCD

1

4x16

R21

47P4 10

k

RS

RS

ENA

ENA

D4

D5

D6

D7

D4

D5

D6

D7

SW1

SW2

SW3

SW1

SW2

SW3

SW1

SW2

SW3

SW1

SW2

SW3

R22

10k

+5V

IN1

IN2

IN3

+5V

+5V

+5V

C12

10u

AREF

4x1N

4007

+5V

++

+

Rysunek 3. Schemat ideowy monitora odnawialnych źródeł energii

PROJEK TY

33ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2016

Rysunek 3. cd.

12

J1

12

J2

12

J3

12

J4

T1IRF4905

T2IRF4905

T3IRF4905

D415V

D515V

D615V

T4BF422

T5BF422

T6BF422

R10

1k

R71k

R4330

R11

1k

R81k

R5330

R12

1k

R91k

R6330

IN1

IN2

IN3

V1

V2

V3

R110k

R210k

R310k

D1MBR1660

D2MBR1660

D3MBR1660

Rysunek 4. Zasada działania układu sterującego tranzystorem MOSFET

że wiersze nieparzyste to  jedna linia, a parzy-ste – druga. Od strony bibliotek go obsługują-cych jest widoczny jakby miał 2 wiersze po 32 znaki. Potencjometr P4 służy do regulacji kon-trastu LCD.

Aby konfiguracja układu pod kątem akty-wacji poszczególnych wejść i  zawiadomienia o  napięciu zakresowym była nieskompliko-wana i czytelna, na płytce zamontowano dwa zespoły zworek: JP1 i JP2. Ich działanie opisują tabela 2 i tabela 3.

Rysunek 5. Schemat montażowy płytki monitora odnawialnych źródeł energii

Monitor odnawialnego źródła energii

34 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2016

zasilania, przepaleniu ulegnie bezpiecznik F1. Ma to na celu ochronę układu przed dalszymi zniszczeniami lub nawet wywołaniem pożaru przez rozgrzane podzespoły.

MontażUkład monitora został zmontowany

na dwustronnej płytce drukowanej o wymia-rach 118  mm×100  mm. Jej schemat monta-żowy pokazano na rysunku 5. Płytka zawiera zarówno elementy przewlekane, jak i  mon-towane powierzchniowo. Zalecana kolejność montażu to: elementy RLC SMD i diody SMD, mikrokontroler ATMega8, elementy przewle-kane na warstwie górnej (potencjometry P1…P3, drabinka RN2, tranzystory T4…T6, układ US2, złącze goldpin do LCD, rezystory R16…

PROJEK TY

Fotografia 14. Ustawianie czasu między następnymi kontrolami

Fotografia 6. Ekran powitalny Fotografia 7. Ekran główny – załączone wejście 1

Fotografia 8. Ekran główny – załączone wejście 2 Fotografia 9. Ekran główny – przekroczenie napięcia

Fotografia 10. Ekran główny – obciążenie wyłączone

Fotografia 11. Ustawianie progu wyłączenia

Fotografia 12. Dodatkowy komunikat na pierwszej pozycji menu

Fotografia 13. Ustawianie progu załączenia

na  napięcia. W  pro-totypie użyto stabi-lizatora HVT – ozna-cza to, że  akceptuje napięcie wejściowe do  60  V. Jest on  jed-nak droższy od  swojej podstawowej wersji, która działa z  napięciem nieprzekraczającym 40 V. Warto dostosować do niego również tran-sil zabezpieczający: zamiast 1.5KE56A (56 V) wlutować np. 1.5KE39A (39  V). Tańszą wer-sję można zastosować również wtedy, kiedy wymontuje się diody D13…D15, a cały układ zasili z  zewnętrznego zasilacza, poprzez złą-cze J5. Wtedy obwód zasilania jest całkowicie niezależny od tego, co dzieje się na wejściach IN1…IN3.

Rolą rezystora R19 jest ograniczanie prądu płynącego przez transil w  momencie, kiedy ulegnie on  chwilowemu otwarciu dostatecz-nie wysokim napięciem. Jeśli płynąłby przez niego zbyt duży prąd, co oznaczałoby znaczne przekroczenie napięcia lub zwarcie w  sekcji

Aktywowanie danego wejścia polega na tym, że napięcie na nim występujące będzie wyświe-tlane na  ekranie urządzenia. Ponadto, wejścia nieaktywne nie są brane pod uwagę, jeżeli cho-dzi o  dokonywanie wyboru przy dołączaniu wyjścia.

Zasilacz urządzenia wykonano w  oparciu o  stabilizator impulsowy typu LM2575-5.0 w typowej aplikacji. Na jego wyjściu znajduje się filtr z  cewką L2. Dołączenie wejścia pętli sprzężenia zwrotnego za tą  cewką powoduje kompensację spadku napięcia na  rezystancji jej uzwojenia. Prąd dla stabilizatora impulso-wego jest „podkradany” przez diody D13…D16 z wejścia, które ma aktualnie najwyższe napięcie względem masy. Działa to  w  analo-giczny sposób, jak opisany wcześniej diodowy selektor napięć. Na płytce znajduje się złącze J5, służące do  dołączenia zewnętrznego zasi-lacza o napięciu min. 8 V. Jego zastosowanie może być przydatne w sytuacji, gdy napięcia na wejściach mogą spadać poniżej tej wartości, a  zależy nam na  tym, by zachować podgląd

35ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2016

REKLAMA

Monitor odnawialnego źródła energii

R18), zaczynając od  najniższych, bez diod LED1…LED3 i  przycisków SW1…SW3, ele-menty przewlekane na  warstwie spodniej, zaczynając od najniższych, na samym końcu, przyciski SW1…SW3 oraz diody świecące LED1…LED3.

Rezystor R19 oraz transil D17 zaleca się montować kilka milimetrów nad powierzch-nią płytki, aby obieg powietrza wokół nich był swobodny. Diody D1…D3 oraz tranzy-story T1…T3 znajdują się w  jednej linii, aby łatwo można było je wszystkie razem przykrę-cić do wspólnego radiatora za pośrednictwem termoprzewodzących podkładek izolacyjnych. Układ US1 nie wymaga radiatora. Należy pamiętać o  zamontowaniu rezystorów R16…R18 odpowiednich dla żądanego zakresu.

Po  upewnieniu się, że  wszystkie elementy znajdują się na  swoich miejscach, można wetknąć wyświetlacz LCD (z  wlutowanym złączem goldpin żeńskim) w  przeznaczone do tego miejsce oraz przykręcić go. Proponuję również nałożyć zworki na JP1 i JP2, zgodnie z wymaganiami.

UruchomieniePierwszą czynnością uruchomieniową jest dołączenie zasilania (min. 8  V) do  którego-kolwiek wejścia oraz skontrolowanie napię-cia zasilającego mikrokontroler, mierząc je np. na  kondensatorze C11. Powinno wyno-sić 5 V±100 mV. Po wykonaniu tego pomiaru, można przejść do  zaprogramowania pamięci Flash mikrokontrolera. Oprócz tego, konieczna będzie modyfikacja bitów zabezpieczających:

• Przełączenie źródła zegara na wewnętrzny oscylator RC 8 MHz.

• Załączenie funkcji BODEN.Jeżeli mikrokontroler został prawidłowo

skonfigurowany, należy ustawić prawidłowy kontrast na wyświetlaczu za pomocą potencjo-metru P4. Następnie, odłączyć zasilanie i połą-czyć równolegle wszystkie te  wejścia, któ-rych zamierzamy używać. Ponownie włączyć

zasilanie, tym razem zważając na to, aby napię-cie zasilające mieściło się w tolerowanym przez wybrany zakres (oraz stabilizator) przedziale. Równoległe połączenie wejść służy ułatwieniu kalibracji: wystarczy ustawić jedną, poprawną wartość wskazywaną na  jednym wejściu, a  potem tę  samą na  pozostałych. Kalibracji dokonuje się potencjometrami P1…P3. Ostatnią czynnością przygotowującą układ do pracy jest ustawienie parametrów przełączania. Zostanie to opisane w następnym rozdziale.

EksploatacjaPo włączeniu zasilania, przez 3 sekundy jest wyświetlany ekran powitalny –  fotografia 6. Widoczne są  na  nim nastawy wykonane zworkami, tj. napięcie pracy i wybrane wej-ścia. W  czasie prawidłowej pracy, wyświe-tlane są aktualne napięcia na wejściach oraz aktualnie załączone wejście, zgodnie z pobra-nymi z  EEPROM ustawieniami. Pokazano to  na  fotografii  7 oraz fotografii  8. Diody LED1…LED3 również wskazują aktualnie pracujące wejście.

Jeżeli napięcie na którymś wejściu przekra-cza 200% wartości zakresowej, wówczas jest wyświetlany komunikat „MAX!” zamiast war-tości liczbowej –  fotografia  9. Pomimo tego, wejście nie jest odłączane od obciążenia. Ma to  zapobiec odłączeniu np. turbiny wiatro-wej w czasie silnego wiatru. Takie działanie doprowadziłoby do nagłego wzrostu prędko-ści obrotowej wirnika, co mogłoby się skoń-czyć poważną awarią generatora. Z  tego powodu, samo obciążenie musi być przy-stosowane do  napięcia zasilającego zmie-niającego się w  szerokim zakresie. W  sytu-acji, kiedy żadne z wejść nie spełnia stawia-nych mu warunków załączenia (napięcia na  nich są  zbyt niskie), następuje ich odłą-czenie od  obciążenia –  fotografia  10. Układ dalej monitoruje napięcia i  załączy zasila-nie ponownie, jak tylko którekolwiek z nich wróci do prawidłowego stanu.

Krótkie przyciśnięcie przycisku SW2 (MENU) uruchamia pierwszą pozycję menu, w której ustawia się napięcie, poniżej którego wejście jest klasyfikowane jako niezdatne do  zasilania obciążenia. Ustawiany jest pro-cent napięcia zakresowego, z  przedziału 1…50% z  rozdzielczością 1%. Dla czytelno-ści, w  nawiasie jest podawane to  napięcie, przeliczone na wolty – fotografia 11. Przykła-dowo, dla zakresu 48 V, napięcie wyłączenia może zawierać się w  przedziale 24…47,5  V. Jeżeli zostało wybrane napięcie zakresowe 12 V, wówczas istnieje dodatkowe ogranicze-nie: tranzystory MOSFET mogą być otwarte, jeżeli napięcie wejściowe nie jest mniej-sze od 9 V. Powoduje to, że  zakres regulacji zawęża się do 25%, o czym informuje komu-nikat (fotografia  12). Na  innych zakresach ten problem nie występuje, ponieważ mini-malne napięcie na następnym zakresie (24 V) wynosi 12 V.

Ponownie wciskając przycisk MENU, prze-niesiemy się go ustawienia napięcia załącze-nia, czyli takiego, którego przekroczenie może spowodować przełączenie wejścia. Natural-nie, jest ono wyższe od  napięcia wyłącze-nia. Różnica między nimi wywołuje histe-rezę w  układzie. Wartość maksymalna jest równa 0% (odpowiada to napięciowi zakreso-wemu), a minimalna jest o 1% wyższa od usta-wionej wcześniej wartości progu wyłącze-nia. Dzięki temu, zachowane są  odpowied-nie relacje między tymi wartościami oraz nie ma ryzyka pracy z  zerową histerezą. W  dol-nej linijce wyświetlana jest wartość ustawiona w poprzedniej pozycji menu – fotografia 13.

Na  ostatniej pozycji menu ustawiany jest odstęp czasowy między kolejnymi pomia-rami napięcia oraz, co  z  tym związane, decy-zjami o  przełączeniu. Regulacja jest możliwa w  zakresie 100…1000  ms z  krokiem 10  ms. Z racji dużej liczby kroków, ustawianie odbywa się „w  pętli”, tj. poniżej 100  ms pojawia się 1000 ms i odwrotnie, co przyspiesza przecho-dzenie między wartościami skrajnymi. Widok wyświetlacza jest na  fotografii  14. Ponowne wciśnięcie przycisku MENU spowoduje zapis ustawień i powrót do normalnej pracy.

Wyjście z  menu następuje samoczynnie po ok. 10  s od ostatniego wciśnięcia przyci-sku. Wtedy również dokonywany jest zapis wprowadzonych zmian. Podczas regulacji w menu, wszystkie wejścia są odłączane.

Warto w  tym miejscu nadmienić, że domyślne ustawienia, które układ stosuje w przypadku błędnych wartości odczytanych z EEPROM, są następujące:

• Próg wyłączenia 1%.• Próg załączenia 0%.• Dystans czasowy 100 ms.W  mikrokontrolerze załączony jest detek-

tor Brown-out. Powoduje to wstrzymanie jego pracy (wejście w  stan resetu), kiedy napię-cie go zasilające jest zbyt niskie. Dzięki temu, chwilowe spadki napięcia poniżej wymaganej przez stabilizator wartości 8 V nie spowodują nieprawidłowości w wykonywaniu programu. Po  przywróceniu zasilania do  prawidłowej wartości, praca układu zostaje wznowiona.

Michał Kurzela, EP

Tabela 1. Wartości rezystancji R16…R18 dla poszczególnych zakresów napięciowych

RezystancjaR16…R18

Napięciezakresowe

39 kV 12 V91 kV 24 V130 kV 36 V180 kV 48 V

Tabela 2. Działanie zworek JP1Pary wyprowadzeń Działanie1-2 zwarte Wejście IN1 aktywne3-4 zwarte Wejście IN2 aktywne5-6 zwarte Wejście IN3 aktywne

Tabela 3. Działanie zworek JP2Pary pinów Napięcie

zakresowe1-2 rozwarte, 3-4 rozwarte 48 V1-2 rozwarte, 3-4 zwarte 36 V1-2 zwarte, 3-4 rozwarte 24 V1-2 zwarte, 3-4 zwarte 12 V