Jak naprogramovat IR dekodér pro vícerychlostní řízení střídavého motoru: 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Jednofázové motory se střídavým proudem se obvykle nacházejí v domácích potřebách, jako jsou ventilátory, a jejich rychlost lze snadno ovládat při použití několika diskrétních vinutí pro nastavené rychlosti. V tomto Instructable stavíme digitální ovladač, který umožňuje uživatelům ovládat funkce, jako jsou otáčky motoru a provozní doba. Tento Instructable také obsahuje obvod infračerveného přijímače, který podporuje protokol NEC, kde lze motor ovládat pomocí tlačítek nebo ze signálu přijímaného infračerveným vysílačem.

K tomu se používá GreenPAK ™, SLG46620 slouží jako základní ovladač zodpovědný za tyto různé funkce: multiplexní obvod pro aktivaci jedné rychlosti (ze tří rychlostí), 3-periodové odpočítávací časovače a infračervený dekodér pro příjem externí infračervený signál, který extrahuje a provede požadovaný příkaz.

Podíváme -li se na funkce obvodu, všimneme si několika současně použitých diskrétních funkcí: MUXing, časování a IR dekódování. Výrobci často používají mnoho integrovaných obvodů pro stavbu elektronických obvodů kvůli nedostatku dostupného jedinečného řešení v rámci jednoho integrovaného obvodu. Použití integrovaného obvodu GreenPAK IC umožňuje výrobcům použít jeden čip pro zahrnutí mnoha požadovaných funkcí a následně snížit náklady na systém a dohled nad výrobou.

Systém se všemi svými funkcemi byl testován, aby zajistil správnou funkci. Konečný obvod může vyžadovat speciální úpravy nebo dodatečné prvky přizpůsobené zvolenému motoru.

Aby bylo možné ověřit, že systém funguje nominálně, byly pomocí emulátoru návrháře GreenPAK generovány testovací případy pro vstupy. Emulace ověří různé testovací případy pro výstupy a potvrdí se funkčnost IR dekodéru. Konečný design je také testován se skutečným motorem pro potvrzení.

Níže jsme popsali potřebné kroky, abychom pochopili, jak byl čip GreenPAK naprogramován tak, aby vytvořil IR dekodér pro řízení vícerychlostního střídavého motoru. Pokud však chcete získat pouze výsledek programování, stáhněte si software GreenPAK a zobrazte již dokončený soubor návrhu GreenPAK. Připojte vývojovou sadu GreenPAK k počítači a spusťte program, abyste vytvořili vlastní IC pro IR dekodér pro vícerychlostní řízení střídavých motorů.

Krok 1: 3rychlostní střídavý motor ventilátoru

Třírychlostní střídavé motory jsou jednofázové motory napájené střídavým proudem. Často se používají v celé řadě domácích strojů, jako jsou různé typy ventilátorů (nástěnný ventilátor, stolní ventilátor, krabicový ventilátor). Ve srovnání se stejnosměrným motorem je řízení rychlosti v motoru se střídavým proudem poměrně komplikované, protože frekvence dodaného proudu se musí změnit, aby se změnily otáčky motoru. Spotřebiče, jako jsou ventilátory a chladicí stroje, obvykle nevyžadují jemnou zrnitost rychlosti, ale vyžadují diskrétní kroky, jako jsou nízké, střední a vysoké rychlosti. Pro tyto aplikace mají motory AC ventilátorů řadu vestavěných cívek navržených pro několik rychlostí, kde se přepínání z jedné rychlosti na druhou provádí napájením cívky požadované rychlosti.

Motor, který v tomto projektu používáme, je 3stupňový střídavý motor, který má 5 vodičů: 3 vodiče pro řízení rychlosti, 2 vodiče pro napájení a startovací kondenzátor, jak je znázorněno na obrázku 2 níže. Někteří výrobci používají pro identifikaci funkcí standardní barevně označené vodiče. Datový list motoru zobrazí informace o konkrétním motoru pro identifikaci drátu.

Krok 2: Analýza projektu

V tomto Instructable je GreenPAK IC nakonfigurován tak, aby prováděl daný příkaz, přijatý ze zdroje, jako je IR vysílač nebo externí tlačítko, pro indikaci jednoho ze tří příkazů:

Zapnuto/Vypnuto: systém se zapne nebo vypne při každé interpretaci tohoto příkazu. Stav Zapnuto/Vypnuto bude obrácen s každou stoupající hranou příkazu Zapnuto/Vypnuto.

Časovač: časovač pracuje 30, 60 a 120 minut. Při čtvrtém impulsu se časovač vypne a perioda časovače se vrátí do původního stavu časování.

Rychlost: Řídí rychlost motoru a postupně iteruje aktivovaný výstup z vodičů pro výběr rychlosti motoru (1, 2, 3).

Krok 3: IR dekodér

Obvod IR dekodéru je postaven pro příjem signálů z externího IR vysílače a pro aktivaci požadovaného příkazu. Protokol NEC jsme přijali kvůli jeho popularitě mezi výrobci. Protokol NEC používá ke kódování každého bitu „pulzní vzdálenost“; každý impuls trvá 562,5 nás, aby byl vyslán pomocí signálu nosiče frekvence 38 kHz. Přenos signálu logiky 1 vyžaduje 2,25 ms, zatímco přenos signálu logiky 0 trvá 1,125 ms. Obrázek 3 ukazuje přenos sledu pulsů podle protokolu NEC. Skládá se z 9 ms AGC shluku, pak 4,5 ms prostoru, pak z 8bitové adresy a nakonec z 8bitového příkazu. Všimněte si toho, že adresa a příkaz jsou přenášeny dvakrát; podruhé je to komplement 1 (všechny bity jsou invertovány) jako parita, aby se zajistilo, že přijatá zpráva je správná. LSB je ve zprávě přenášen jako první.

Krok 4: GreenPAK Design

Příslušné bity přijaté zprávy jsou extrahovány v několika fázích. Na začátku je začátek zprávy určen z 9ms AGC shluku pomocí CNT2 a 2bitové LUT1. Pokud to bylo zjištěno, pak je pomocí CNT6 a 2L2 specifikován prostor 4,5 ms. Pokud je záhlaví správné, je výstup DFF0 nastaven na High, aby byl umožněn příjem adresy. Bloky CNT9, 3L0, 3L3 a P DLY0 se používají k extrahování hodinových impulzů z přijaté zprávy. Bitová hodnota je převzata na stoupající hraně signálu IR_CLK, 0,845 ms od stoupající hrany od IR_IN.

Interpretovaná adresa je poté porovnána s adresou uloženou v PGEN pomocí 2LUT0. 2LUT0 je brána XOR a PGEN ukládá invertovanou adresu. Každý bit PGEN je postupně porovnáván s příchozím signálem a výsledek každého srovnání je uložen v DFF2 spolu se stoupající hranou IR-CLK.

V případě, že byla v adrese detekována jakákoli chyba, 3bitový výstup LUT5 SR se změní na High s cílem zabránit porovnávání zbytku zprávy (příkazu). Pokud se přijatá adresa shoduje s uloženou adresou v PGEN, je druhá polovina zprávy (příkaz a převrácený příkaz) směrována do SPI, takže požadovaný příkaz lze přečíst a provést. CNT5 a DFF5 se používají k určení konce adresy a začátku příkazu, kde „data čítače“CNT5 se kromě prvních dvou impulsů (9 ms, 4,5 ms) rovnají impulzům adresy 18: 16.

V případě, že byla úplná adresa, včetně záhlaví, správně přijata a uložena v IC (v PGEN), výstup 3L3 OR Gate dává signál Low to SPI nCSB pin, který má být aktivován. SPI následně začne přijímat příkaz.

SLG46620 IC má 4 interní registry s 8bitovou délkou a je tak možné uložit čtyři různé příkazy. DCMP1 se používá k porovnání přijatého příkazu s interními registry a je navržen 2bitový binární čítač, jehož výstupy A1A0 jsou připojeny k MTRX SEL # 0 a # 1 DCMP1 za účelem porovnávání přijatého příkazu se všemi registry postupně a nepřetržitě.

Dekodér se západkou byl konstruován pomocí DFF6, DFF7, DFF8 a 2L5, 2L6, 2L7. Design funguje následovně; pokud A1A0 = 00, je výstup SPI porovnáván s registrem 3. Pokud jsou obě hodnoty stejné, DCMP1 dává na svém výstupu EQ signál High. Od A1A0 = 00 se tím aktivuje 2L5 a DFF6 následně vydá signál High, který indikuje, že signál On/Off byl přijat. Podobně pro zbytek řídicích signálů jsou CNT7 a CNT8 nakonfigurovány jako „zpoždění obou hran“, aby generovaly časové zpoždění a umožnily DCMP1 změnit stav svého výstupu dříve, než je hodnota výstupu držena DFF.

Hodnota příkazu On/Off je uložena v registru 3, příkaz časovače v registru 2 a příkaz rychlosti v registru 1.

Krok 5: Speed MUX

Pro přepínání rychlostí byl postaven 2bitový binární čítač, jehož vstupní impuls je přijímán externím tlačítkem, které je připojeno k Pin4 nebo ze signálu rychlosti IR přes P10 z komparátoru příkazů. V počátečním stavu Q1Q0 = 11 a aplikováním impulsu na vstup čítače od 3bit LUT6 se Q1Q0 postupně stává 10, 01 a poté stavem 00. K přeskočení stavu 00 byl použit 3bitový LUT7, protože ve zvoleném motoru jsou k dispozici pouze tři rychlosti. Signál zapnutí/vypnutí musí být vysoký, aby se aktivoval řídicí proces. V důsledku toho, pokud je signál On/Off nízký, aktivovaný výstup je deaktivován a motor je vypnut, jak je znázorněno na obrázku 6.

Krok 6: Časovač

Je implementován časovač se 3 periodami (30 min, 60 min, 120 min). K vytvoření řídicí struktury přijímá 2bitový binární čítač impulsy z externího tlačítka časovače připojeného k Pin13 a ze signálu IR časovače. Počitadlo používá Pipe Delay1, kde Out0 PD num se rovná 1 a Out1 PD num se rovná 2 výběrem převrácené polarity pro Out1. V počátečním stavu Out1, Out0 = 10 je časovač deaktivován. Poté se aplikováním impulzu na vstupní CK pro Pipe Delay1 výstupní stav postupně změní na 11, 01, 00, čímž se převede CNT/DLY do každého aktivovaného stavu. CNT0, CNT3, CNT4 byly konfigurovány tak, aby fungovaly jako „zpoždění stoupajícího okraje“, jehož vstup pochází z výstupu CNT1, který je konfigurován tak, aby dával puls každých 10 sekund.

Chcete -li mít časové zpoždění 30 minut:

30 x 60 = 1800 sekund ÷ 10sekundové intervaly = 180 bitů

Data čítačů pro CNT4 jsou tedy 180, CNT3 je 360 a CNT0 je 720. Jakmile skončí časové zpoždění, přes 3L14 až 3L11 se přenese vysoký impuls, což způsobí vypnutí systému. Časovače se resetují, pokud je systém vypnut externím tlačítkem připojeným k Pin12 nebo signálem IR_ON/OFF.

*Pokud chcete použít elektronický spínač, můžete místo elektromechanického relé použít triakové nebo polovodičové relé.

* Pro tlačítka byla použita hardware debouncer (kondenzátor, odpor).

Krok 7: Výsledky

Jako první krok při hodnocení návrhu byl použit softwarový simulátor GreenPAK. Na vstupech byla vytvořena virtuální tlačítka a byly monitorovány externí LED diody naproti výstupům na vývojové desce. Nástroj Průvodce signálem byl použit ke generování signálu podobného formátu NEC kvůli ladění.

Byl generován signál se vzorem 0x00FF5FA0, kde 0x00FF je adresa odpovídající převrácené adrese uložené v PGEN a 0x5FA0 je příkaz odpovídající převrácenému příkazu v DCMP registru 3 pro ovládání funkce Zapnuto/Vypnuto. Systém v počátečním stavu je ve stavu VYPNUT, ale poté, co je signál aplikován, zaznamenáme, že se systém zapne. Pokud byl v adrese změněn jeden bit a signál byl znovu použit, všimneme si, že se nic neděje (nekompatibilní adresa).

Obrázek 11 představuje desku po jednom spuštění Průvodce signálem (s platným příkazem Zap/Vyp).

Závěr

Tento Instructable se zaměřuje na konfiguraci integrovaného obvodu GreenPAK IC určeného k ovládání 3stupňového střídavého motoru. Zahrnuje řadu funkcí, jako jsou rychlosti cyklování, generování časovače se 3 periodami a konstrukce IR dekodéru kompatibilního s protokolem NEC. GreenPAK prokázal účinnost při integraci několika funkcí, a to vše při nízkých nákladech a řešení malé oblasti IC.