Danijel Konjevi ć

Danijel Konjević

TESTIRNA NAPRAVA ZA KONTROLO ZATISNJENOSTI TIPAL

Diplomsko delo

Maribor, junij 2011

I

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa


Študent: Danijel Konjević

Študijski program: VS ŠP Elektrotehnika

Smer: Elektronika

Mentor: Mitja Solar, doc. dr.

Somentor: Bojan Jarc, doc. dr.

Mentor v gospodarski

družbi:

Zlatko Bartolac

Maribor, junij 2011

II

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju Solar Mitju za pomoč

in vodenje pri opravljanju diplomskega dela.

Prav tako se zahvaljujem somentorju Jarc

Bojanu. Hvala tudi podjetju Gorenje IPC ter

mentorju v podjetju Bartolac Zlatku, ki mi je

tekom nastanka diplomske naloge nudil

vsestransko pomoč pri izdelavi. Hkrati se

zahvaljujem tudi vsem zaposlenim na oddelku

Razvoj in tehnologija za idejo in pomoč pri

nastajanju diplomskega dela.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi

omogočili študij.

IV


Klju čne besede: Testirna naprava, NTK tipala, hladilno – zamrzovalni aparat, mikrokrmilnik PIC UDK: 621.398:681.584.63(043.2)

Povzetek

V diplomski nalogi je predstavljena zasnova in realizacija testirne naprave za kontrolo

zatisnjenosti tipal. Potreba po tej napravi se je pojavila v podjetju Gorenje IPC, kjer

izdelujejo med drugimi tudi kabelske sete za vgradnjo v hladilno-zamrzovalne aparate.

Ti seti vsebujejo tudi tipala NTK, katerih konci so zatisnjeni v konektor. Konektorji se

namestijo v ohišje aparata, ki se zalije s toplotno izolacijo. Ob nepravilni zatisnjenosti

tipal je nemogoče to popraviti in ohišje je neuporabno, kar pa predstavlja velike

stroške.

Podrobneje je opisana izdelava napajalnega dela naprave, ki skrbi za napajanje

mikrokrmilnika in grelnih elementov ter razvoj programske kode, ki bo tekla na jedru

mikrokrmilniškega dela, Microchipovem mikrokrmilniku PIC 16F88.

Cilj diplomske naloge je izdelati prototip čimbolj kompaktne in cenovno ugodne

naprave, ki se bo uporabljala v proizvodnji na delovnem mestu.

V

TESTING DEVICE FOR CONTROLLING IMPRESSION OF

SENSORS

Key words: Testing device, NTK sensors, cooling and freezing appliances, microcontroller PIC

UDK: 621.398:681.584.63(043.2)

Abstract

This diploma work presents the design and realization of the testing device, used for

controlling impression of sensors. Need for testing device appeared in Gorenje IPC,

where among other, they also manufacture cable sets for the installation in cooling and

freezing appliances. These kits contain NTK temperature sensors, whose ends are

impressed into the connector. Connectors are installed in the casing of the appliance,

which is filled with thermal insulation. Error of incorrect impressment of the sensor is

impossible to overcome and a case is rendered useless, which results in a large

expense.

The construction of power supply circuit for the heating elements and a Microchip PIC

16F88 microcontroller is explained in detail, along with the code that will run on its

core.

The goal of this diploma work is to produce prototype of most compact and affordable

device to be used in the production workplace.

VI

VSEBINA

1 UVOD ....................................................................................................................... 1

1.1 OPIS DELA ........................................................................................................... 4

2 GRELNI ELEMENTI ............................................................................................ 5

3 ELEMENTI NAPAJALNIKA ............................................................................... 8

3.1 TRANSFORMATOR ............................................................................................... 9

3.2 DIODNI MOSTIČEK ............................................................................................. 10

3.3 REGULATORJI NAPETOSTI ................................................................................. 11

4 NAČRTOVANJE VEZJA IN TISKANINE NAPAJALNIKA ........... .............. 16

5 IZBIRA MIKROKRMILNIKA ............................. .............................................. 21

6 PROGRAMIRANJE ............................................................................................. 22

6.1 ZAČETEK PROGRAMA ........................................................................................ 23

6.2 A/D PRETVORBA ............................................................................................... 26

6.3 OBDELAVA PREBRANIH VREDNOSTI .................................................................. 30

6.4 TISKANINA MIKROKRMILNIŠKEGA DELA ........................................................... 34

7 REZULTATI ......................................................................................................... 38

8 SKLEP .................................................................................................................... 42

9 VIRI IN LITERATURA ....................................................................................... 44

10 PRILOGE ........................................................................................................... 45

10.1 KAZALO SLIK ................................................................................................ 45

10.2 KAZALO TABEL ............................................................................................. 47

10.3 CELOTEN PROGRAM: ..................................................................................... 48

10.4 NASLOV ŠTUDENTA ....................................................................................... 54

10.5 KRATEK ŽIVLJENJEPIS ................................................................................... 54

VII

UPORABLJENI SIMBOLI

°C - stopinj Celzija (enota za temperaturo)

°C/W - stopinja Celzija na Watt (enota za učinkovitost odvajanja

sproščane toplote od upora v okolico

V - Volt (enota za električno napetost

A - Amper (enota za električni tok)

F - Farad (enota za kapacitivnost)

VIII

UPORABLJENE KRATICE

IPC - Invalidsko podjetniški center

FERI - Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko

NTK - Termistor z negativnim temperaturnim koeficientom (Negative

temperature coefficient thermistor)

A/D - Analogno/digitalni prevornik (Analog to digital converter)

PIC - Periferni vmesniški krmilnik (Peripheral Interface Controller)

PCB - Plošča tiskanega vezja (Printed Circuit Board)

Testirna naprava za kontrolo zatisnjenosti tipal Stran 1

1 UVOD

V podjetju Gorenje IPC med drugimi izdelujejo tudi kabelske sete za vgradnjo v Hladilno-

zamrzovalne aparate. Ti seti vsebujejo tudi tipala NTK, katerih konci so zatisnjeni v

konektor [1]. Konektorji se namestijo v ohišje aparata, ki se zalije s toplotno izolacijo. Ob

nepravilni zatisnjenosti tipal v konektorje je nemogoče to popraviti in ohišje je

neuporabno, kar predstavlja velike stroške. Z vpeljavo naprave, ki bi kontrolirala pravilnost

zatisnjenosti tipal v konektor, bi se tem stroškom izognili.

V podjetju smo prišli do zaključka, da bomo napravo izdelali tako, da bo naprava napajala

nekakšne grelne elemente, v katera bodo vstavljena NTK tipala (slika 1.1).

Slika 1.1: Vstavljanje NTK tipala v grelni element


Ta tipala so navadni NTK upori (slika 1.2), zaliti v plastično ohišje, kar jim zagotavlja

odpornost na vlago, prah in razne nevarne pline. Uporabljajo se za uravnavanje

temperature v različnih delih v Hladilno-zamrzovalnem aparatu.

Slika 1.2: NTK tipalo

Ker imajo kabelske sete z največ 6 tipali, ki se vgradijo v hladilno-zamrzovalni aparat

bomo potrebovali 5 grelnih elementov, se pravi da bomo lahko kontrolirali 6 tipal, ki so

zatisnjeni v konektor. Pet od teh tipal bo vstavljenih v grelne elemente, eden pa bo zunaj na

temperaturi okolice. Vsak grelni element bo napajan z drugačno napetostjo, se pravi da se

bo na grelnih elementih trošila drugačna moč in posledično s tem bo v grelnih elementih

drugačna temperatura. Tako bo tipalo, ki mora biti na poziciji 1 v konektorju na prostem,

se pravi bo na njem temperatura okolice. Tipalo, ki mora biti na poziciji 2 v konektorju, bo

v prvem grelcu, katerega bomo napajali s takšno napetostjo, da bo temperatura v grelcu za

približno 2 °C večja kot pa je temperatura okolice. Tipalo, ki mora biti na poziciji 3 v


konektorju, bo v drugem grelcu, katerega bomo napajali s takšno napetostjo, da bo

temperatura v grelcu za približno 2°C večja kot pa je temperatura v prvem grelcu. Tipalo,

ki mora biti na poziciji 4 v konektorju, pa bo v tretjem grelcu, kjer bo morala biti

temperatura za 2°C večja kot pri drugem grelcu. Podobno naredimo tudi pri tipalih, v 5. in

6. poziciji v konektorju. Tako bomo na tipalih simulirali različne temperature.

Temperaturo v grelcih bomo kontrolirali s termometri, ki jih bomo skupaj s tipali vstavili v

grelne elemente. Ko bo narejena simulacija temperature na tipalih, pa bomo ta tipala

povezali na mikrokrmilnik, ki bo preko delilnika in A/D pretvornika odčitaval padce

napetosti na NTK tipalih in dobljene vrednosti primerjal med sabo. Tako bo ob pravilni

zatisnjenosti tipal v konektor, moral biti padec napetosti na tipalu na 1. poziciji v

konektorju večji kot padec napetosti na tipalu na 2. poziciji. Podobno bo na vsakem

naslednjem tipalu v konektorju manjši padec napetosti. In ob primernih razlikah napetosti,

bomo z izhodom iz mikrokrmilnika krmilili optični povezovalnik. Na ta optični

povezovalnik bomo priključili vhod in izhod iz kontrolnega računalnika. Kontrolni

računalnika se uporablja za električno kontrolo kabelskih setov, to pomeni testiranje

prevodnosti kabelskih setov. Deluje tako, da eno povezavo, se pravi eno žico, iz izhoda

kontrolnega računalnika povežemo na vhod kontrolnega računalnika. Če žica prevaja

električni tok, se na zaslonu kontrolnega računalnika to izpiše. V našem primeru bi z

optičnim povezovalnikom povezali izhod in vhod kontrolnega računalnika.


1.1 Opis dela

Delo smo si razdelila na dva okvirna dela. Prvi del je napajalni del, z izbiro grelnih

elementov. Najprej smo izbrali grelne elemente, v katera se bodo lahko vstavila tipala

NTK in ti grelni elementi se bodo glede na pritisnjeno napetost segrevali. Potem smo se

lotili načrtovanja napajalnika, ki bo imel 5 nastavljivih izhodov za napajanje grelnih

elementov in en stabilni izhod za napajanje mikrokrmilnika. Izbrali smo elemente

napajalnika in načrtali vezje ter tiskanino napajalnika ter ga na koncu tudi izdelali.

Drugi del predstavlja mikrokrmilniški del. Najprej smo izbrali mikrokrmilnik, programski

jezik in program v katerem bomo pisali programsko kodo. Nato je sledilo pisanje

programske kode.


2 GRELNI ELEMENTI

Najprej je bilo potrebno izbrati grelne elemente [2]. Grelni elementi morajo biti takšni, da

jih lahko namestimo na mizo, na kateri se sestavlja kabelski set z NTK tipali in izvaja

elektro kontrola kabelskih setov. Za grelne elemente smo izbrali zacementirane keramične

žične upore, ki imajo v sredini luknjo takšnega prereza, da se lahko vanj vstavi NTK tipalo

(slika 2.1). Na mizi se grelci nahajajo tam, kjer se nahajajo NTK tipala. NTK tipala se

vstavijo v grelne elemente. Na mizo pa se poleg kontrolnega računalnika, ki izvaja elektro

kontrolo kabelskega seta, priklopi tudi naprava, ki smo jo izdelali.

Slika 2.1: Grelni element - Keramični žični upor z ustrezno luknjo


Upornost keramičnih uporov je 68 Ω in to predstavlja breme, ki ga priključimo na

posamezen izhod napajalnika. V posameznem uporu se glede na napetost in tok na uporu,

troši določena električna moč, zaradi katere se upor segreva (slika 2.2).

Slika 2.2: Razmere v obremenjenem uporu

Ko priklopimo upor na električno napetost se začne upor segrevati in ko mu temperatura

naraste toliko, da postane oddana toplotna moč enaka prejeti električni moči, potem

pravimo, da je nastopilo termično ravnovesje (enačba 2.1):

R

UIU

R

TT

PP

thsa

as

preodd

2

=⋅=−

= (2.1)

kjer je:

oddP - oddana moč

preP - prejeta moč

sT - temperatura v uporu

aT - temperatura okolice (28 °C)

thsaR - termična upornost upora (5,2 °C/W)

U - napetost na uporu

I - tok skozi upor


Iz enačbe 2.1 si sedaj lahko izračunamo napetost, ki je potrebna da se bo na uporu trošila

električna moč, ki bo segrela upor na temperaturo, ki jo potrebujemo.

Tabela 2.1: Izračun napetosti U

Rthsa

[°C/W] Ts [°C] Ta [°C] R [Ω] U [V]

5,2 30 28 68 5,1

5,2 32 28 68 7,2

5,2 34 28 68 8,9

5,2 36 28 68 10,2

5,2 38 28 68 11,4

Iz rezultatov vidimo (tabela 2.1), da moramo prvi izhod iz napajalnika nastaviti na 5,1V,

saj s tem dosežemo na prvem grelnem elementu temperaturo, ki je za 2 °C večja od

temperature okolice. Drugi izhod moramo nastaviti na 7,2V, in s tem dosežemo na drugem

grelnem elementu temperaturo , ki je za 2 °C večja od temperature na prvem grelcu. Tretji

izhod nastavimo na 8,9V in zagotovimo ustrezno temperaturo na tretjem grelcu. Četrti

izhod bomo nastavili na 10,2V in četrti grelni element se bo segrel na temperaturo 36°C,

kar bo za 2°C več, kot na tretjem grelcu. In na koncu bomo nastavili še peti izhod na

napetost 11,4V.

Te napetosti bodo ustrezale pri temperaturi okolice 28°C. Če se bo temperatura okolice

dvignila nad 28°C, bo potrebno izhode iz napajalnika malce prilagoditi in sicer tako, da jim

bomo z vrtenjem potenciometrov (večanjem upornosti) povečali izhodno napetost in s tem

povečali tudi temperaturo na grelnih elementih.


3 ELEMENTI NAPAJALNIKA

Iz rezultatov meritev vidimo, da mora napajalnik, ki je potreben za napajanje grelnih

elementov, imeti 5 napetostno nastavljivih izhodov. Nastavljivih zaradi tega, ker se prvo

tipalo nahaja na temperaturi okolice v proizvodnji, ki pa je v poletnem času višja kot npr. v

zimskem času. Zato se bo dalo posredno z višanjem izhodnih napetosti iz napajalnika,

višati temperaturo v grelnih elementih, tako da bo na prvem grelcu za približno 2 stopinjo

višja temperatura kot pa temperatura okolice in na vsakem naslednjem grelcu za 2 stopinjo

višja kot na grelcu pred njim.

Poleg 5 nastavljivih izhodov pa mora napajalnik imeti tudi izhod s stabilizirano napetostjo

5 V, s katerim bomo napajali mikrokrmilnik.

Načrtovanja napajalnika smo se lotili tako, da smo najprej izračunali kakšen tok bo tekel

na posameznem izhodu napajalnika ob priklopljenem bremenu. Tokove, ki bodo tekli skozi

grelce smo izračunali z Ohmovim zakonom (enačba 3.1), kjer je bila nastavljena napetost,

takšna da zagotavlja željeno temperaturo na grelcu, upornost pa je bila upornost grelca

68Ω .

R

UI =

mAV

R

UI 75

68

1,511 =

Ω==

mAV

R

UI 106

68

2,722 =

Ω==

mAV

R

UI 130

68

9,833 =

Ω==

mAV

R

UI 150

68

2,1044 =

Ω==

mAV

R

UI 167

68

4,1155 =

Ω== (3.1)


To so tokovi, ki bodo tekli skozi posamezne grelce. Za skupni tok, ki ga bo moral

transformator dati na svojem izhodu, smo le-te posamezne tokove sešteli (enačba 3.2).

mAIIIIII 62854321 =++++= (3.2)

Maksimalna napetost na izhodu pa bo 11,4 V.

Sedaj, ko imamo skupni tok in maksimalno napetost, ki bo potrebna na izhodu napajalnika

se lahko lotimo izbire komponent potrebnih za naš napajalnik.

3.1 Transformator

V vezju smo uporabili transformator (slika 3.1), ki izmenično napetost 230 V iz omrežja,

pretvori v 15 V efektivno vrednost izmenične napetosti [3]. Efektivni tok na sekundarju

transformatorja je 1,07 A, kar bo zadoščalo za potrebe naše naprave.

Slika 3.1: Transformator 15 V (16 VA) zalit v plastično ohišje


3.2 Diodni mostiček

Z diodnim mostičkom v Greatzovi vezavvi [4] smo zgradili polnovalni usmernik (slika

3.3). Diode v Greatzovem mostičku delujejo tako, da v času pozitivne polperiode, tok teče

skozi diodo D2, skozi breme in skozi diodo D4. Med negativno polperiodo pa teče tok

skozi D3, skozi breme in skozi D1. Torej teče v obeh polperiodah tok skozi breme v isti

smeri (slika 3.2).

Slika 3.2: Delovanje Greatzovega mostiča

Tako smo na izhodu dobili polnovalno usmerjeno enosmerno napetost (enačba 3.3).

2⋅= efm UU (3.3)

Slika 3.3: Diodni mostiček


Ta usmerjena enosmerna napetost pa še ni čisto konstanta, ampak zaradi izmenične

napetosti na vhodu še vedno nekoliko niha. Poleg enosmerne komponente je prisotna tudi

izmenična komponenta napetosti. Da bi to nihanje zmanjšali smo dodali gladilni

kondenzator, izračunan po enačbi 3.4:

117,02/

98,26

5,14

1

==∆=

Ω==

=⋅⋅⋅

=

rbsr

r

rbsr

c

reg

vhregb

b

U

U

U

U

I

UR

mFfR

C

γ

γ

(3.3)

kjer je:

bR …upornost bremena

f …frekvenca (50Hz)

γ …brum

rU …utripanje izmeničnega dela (izberemo 2V)

3.3 Regulatorji napetosti

Glajeno enosmerno napetost, je bilo potrebno z regulatorji napetosti nastaviti na željene

izhodne napetosti.

Za napajanje mikrokrmilnika smo uporabili stabilizator 7805CT za pozitivne napetosti

proizvajalca ON Semiconductors (slika 3.4) [5].

Slika 3.4: Napetostni stabilizator 7805CT v TO-220 ohišju


To je tritočkovni regulator s stabilizirano izhodno napetostjo 5V, ki je ob primernem

hlajenju zmožen na izhodu dati tok 1 A. Po predlogu proizvajalca mu dodamo še

kondenzator 330nF na vhodu in kondenzator 100nF na izhodu

Za napajanje grelnih elementov bomo regulacijo izvedli z linearnimi regulatorji LM317T

proizvajalca ON Semiconductors (slika 3.5) [6].

Slika 3.5: Regulator LM317T v TO-220 ohišju

To je tritočkovni linearni regulator, ki je zmožen doseči tok 1,5 A na izhodu. Z njim lahko

nastavljamo izhodno napetost od 1,2 V do 37 V. Če ga vežemo s potenciometrom (slika

3.6) mu lahko to izhodno napetost linearno spreminjamo (enačba 3.4). Rezultate R2 za

izračun željene napetosti lahko vidimo v tabeli 3.1. Drugi del formule 250 RA⋅µ , pri tako

nizkih vrednostih R2, ne vpliva dosti na velikost izhodne napetosti, zato ga lahko pri

izračunu tudi zanemarimo.

Slika 3.6: Vezje z LM317


21

2 50)1(25,1 RAR

RVVout ⋅++⋅= µ (3.4)

Tabela 3.1: Izračun upornosti R2

Uout [V] R1 [Ω] R2 [Ω]

5,1 270 823

7,2 270 1272

8,9 270 1635

10,2 270 1913

11,4 270 2169

Slika 3.7: Graf Uout(R2)

LM 317 ima vgrajeno termično zaščito, da zaščiti regulator pred pregrevanjem.

Maksimalna temperatura je 125°C. Da bi ugotovili ali regulator potrebuje hladilno jedro za

odvajanje toplote, smo morali izračunati moč DP , ki jo bo oddajal regulator (enačba 3.5).

Pri drugem delu formule )( GIN IV × je mAIG 1,0= , zato lahko to moč zanemarimo, saj ne

vpliva dosti na segrevanje regulatorja.

)())(( GINLOUTIND IVIVVP ×+×−= (3.5)


Slika 3.8: Napetosti in tokovi pri LM 317

Naslednje, kar je potrebno izračunati je termična upornost JAθ (enačba 3.6):

D

MAXAMAXJJA P

TT )()( −=θ (3.6)

kjer je:

)(MAXJT …maksimalna temperatura elementa (125°C)(pri izračunu smo uporabili 100°C)

)(MAXAT …maksimalna temperatura okolice (30°C)

Če je ta izračunana termična upornost JAθ , manjša od termične upornosti podane v

podatkih proizvajalca je potrebno na regulator namestiti hladilno rebro. Termična upornost

podana od strani proizvajalca je =JAθ 50 °C/W.

Tabela 3.2: Izračun moči na regulatorju in termi čne upornosti

Vin [V] Vout [V] IL [A] Ig [A] Pd [W] θja(izr) [°C/W]

19 5,1 0,075 0,00005 1,04345 86,25234

19 7,2 0,105882 0,00005 1,250362 71,97917

19 8,9 0,130882 0,00005 1,322862 68,03432

19 10,2 0,15 0,00005 1,32095 68,13278

19 11,4 0,167647 0,00005 1,275068 70,58449


Iz tabele 3.2 vidimo, da je vrednost JAθ nižja od 50 °C/W, zato smo morali regulatorje

pritrditi na hladilno rebro. Vse regulatorje napetosti smo namestili na skupni hladilnik.

Pri namestitvi regulatorjev na skupni hladilnik je pomembno upoštevati, da je drugi pin

regulatorjev povezan z zadnjo stranjo regulatorja, kamor se namesti hladilno rebro. Zato je

potrebno električno izolirati hladilnik od regulatorjev. To smo storili s montažnim

priborom za ohišje TO220 (slika 3.8) za vsak regulator posebej.

Slika 3.9:Montažni pribor za ohišje TO220

Po narisani shemi smo naročili elemente, jih povezali na eksperimentalni ploščici, testirali

delovanje vezja in ga umerili.


4 NAČRTOVANJE VEZJA IN TISKANINE NAPAJALNIKA

Po testiranju in umerjanju vezja na eksperimentalni ploščici, smo narisali tiskanino za naš

napajalnik. Tiskanino smo risali v programu Altium Designer Winter 2009, ki smo ga

spoznali na fakulteti in ga uporabljali za risanje tiskanin [7].

Najprej je potrebno ustvariti nov PCB projekt s končnico .PrjPCB, ki smo ga shranili s

končnico .PrjPCB in mu dodali novo shemo, ki jo shranimo s končnico .SchDoc. in sicer v

isto datoteko kot projekt. Da lahko začnemo risati shemo moramo projektu dodati še

knjižnice, ki vsebujejo elemente, ki jih bomo potrebovali in njihova podnožja. Potem smo

le poiskali posamezne elemente in jih postavili na shemo. Če podnožje katerega elementa

ni ustrezalo našim elementom, ki smo jih naročali, smo poiskali podobnega in mu kasneje

priredili podnožje. Ko smo poiskali vse potrebne elemente smo jih razvrstili po prostoru za

shemo in jih ustrezno povezali med seboj. Elemente smo tudi poimenovali in jim nastavili

vrednosti. Ko smo vse povezali smo označili posamezne povezave kot so, izmenična

napetost 220 V (220 AC1, 220 AC2), izmenična napetost 15 V (AC1, AC2), enosmerna

napetost 21 (DC) in masa (GND).


C1

220uF/35V

C333uF

R3260

C533uF

R5260

33uFC7

R7260

33uFC9

R9260

33uFC11

100nFC4

C2100nF

100nFC6

100nFC10

100nFC12

100nFC13

R45k

R65k

R85k

R105k

J1

220 AC1

J2

220 AC2

5kR2

R1260

100nFC8

1

2

4

3

D1Greatz J3

VCC_(2-5V)J4GND

J5VCC_(5-8V)

J7VCC_(8-11V)

J9VCC_(11-14V)

J11VCC_(14-18V)

J13VCC_(5v STAB.)J14GND

GND

VCC_(2-5V)

VCC_(5-8V)

VCC_(8-11V)

VCC_(11-14V)

VCC_(14-18V)

VCC_(5V STAB.)

AC1

AC2

DC1 4

2 3

TR

Trans

220 AC1

220 AC2

IN1

2

OUT3

GND

U1

MC7805CT

IN3

1

OUT 2

ADJ

IC 1 LM317T

IN3

1

OUT2

ADJ

IC 2 LM317T

IN3

1

OUT 2

ADJ

IC 3 LM317T

IN3

1

OUT2

ADJ

IC 4 LM317T

IN3

1

OUT 2

ADJ

IC 5 LM317T

R11

260

R12

260

R13

260

R14

260

R15

260

Slika 4.1: Električna shema napajalnika


Ko smo vse elemente poimenovali, jim izbrali podnožja ter jih ustrezno povezali med

seboj, smo shemo in projekt shranili. Nato z ukazom Compile PCB Project pregledamo

pravilnost vezja. Ko vezje uredimo, se lahko lotimo tiskanine. Za to smo uporabili

čarovnika za ustvarjanje tiskanin. Pri čarovniku moramo nastaviti:

• merilne enote (imperial)

• nastaviti mu moramo zunanjo mero tiskanine, ki jo lahko kasneje po potrebi

spreminjamo

• število plasti (1signal layer)

• obliko lukenj

• obliko povezave elementa s povezavo na tiskanem vezju (Trough – Hole

components)

Ko končamo s čarovnikom se odpre PCB dokument, ki ga shranimo in dodamo k našemu

projektu in shranimo projekt. Nato odpremo shemo in v meniju Design izberemo Update

PCB dokument. Ta ukaz nam informacije o elementih in povezavah pošlje na PCB

dokument. V PCB dokumentu se pojavijo elementi, ki jih ustrezno povežemo med seboj.

Pri načrtovanju moramo paziti na debelino povezav, na razdaljo med povezavami, na

premer lukenj in spajkalnih očes posameznih elementov.

V Altium designerju imamo možnost pregleda tiskanega vezja v 2D in 3D obliki. Na sliki

4.2. vidimo izgled narisanega tiskanega vezja v 2D obliki. Na sliki 4.3. pa ga vidimo v 3D

obliki. Na sliki 4.4. pa je podana predloga za izdelavo tiskanega vezja.


Slika 4.2: 2D pogled tiskanega vezja

Slika 4.3: 3D pogled tiskanega vezja napajalnika


Na tiskanini imamo levo zgoraj konektor za priklop omrežne napetosti na transformator, ki

se nahaja pod konektorju in se montira na tiskano vezje. Pod njim je diodni mostiček. Na

vrhu tiskanine imamo regulatorje napetosti, ki so nameščeni na hladilno rebro. Pod

regulatorji pa so še kondenzatorji in upori, ki so potrebni za pravilno delovanje regulatorja

napetosti. Spodaj imamo še potenciometre za nastavitve izhodnih napetosti. Izhodi za te

nastavljive napetosti se nahajajo na spodnji strani tiskanine, med tem ko se izhod s stabilno

napetostjo 5V nahaja na konektorju na desni strani tiskanine.

Slika 4.4: Predloga za izdelavo tiskanega vezja


5 IZBIRA MIKROKRMILNIKA

Pri izbiri mikrokrmilnika smo bili pozorni na:

• ceno (čip naj bo čim cenejši)

• dobavljivost

• velikost (čip naj bo čim manjši)

• A/D pretvornik (potrebovali bomo 6-kanalni pretvornik)

• čim manj zunanjih elementov za delovanje naše naprave

Zaradi dobavljivosti v Sloveniji in zaradi nizkih cen smo se odločili, da bomo izbrali

mikrokrmilnik proizvajalca Microchip. Proizvajalec nam nudi celo paleto PIC –

mikrokrmilnikov, ker pa potrebujemo mikrokrmilnik z vgrajenim A/D pretvornik se je

izbira malce zmanjšala. Lahko bi uporabili manjši in cenejši PIC – mikrokrmilnik brez

vgrajenega A/D pretvornika, skupaj v kombinaciji z zunanjim A/D pretvornikom, vendar

bi s tem narasla cena izdelave in velikost mikrokrmilniškega dela naprave. Izbrali smo PIC

– mikrokrmilnik 16f88, ki se nahaja v 18 – pinskem ohišju (slika 5.1) [8]. Vsebuje 7-

kanalni A/D pretvornik. To pomeni, da lahko na ta mikrokrmilnik priklopimo 7 analognih

signalov in jih pretvorimo v digitalne vrednosti. Njegova cena je 5,12 evrov1.

Slika 5.1: Razpored priključnih nožic za mikrokrmilnik PIC16F88

1 Cena velja za čas nastanka diplomske naloge


6 PROGRAMIRANJE

Program za mikrokrmilnik smo napisali v orodju MPLAB (slika 6.1), ki ga lahko

brezplačno presnamemo iz Microchipove internetne strani [9]. Orodje je zelo uporabno,

ker omogoča tudi simulacijo napisane kode. S simulacijo lahko sproti preverjamo napisano

kodo. Pisali smo v zbirniku, to je programski jezik, ki ga lahko uvrstimo tik nad strojni

jezik, ki ga razumejo mikrokrmilniki [11, 12].

Slika 6.1: Razvojno okolje MPLAB

Zbirniški prevajalnik bo kodo napisano v zbirniku prevedel v kodo razumljivo

mikrokrmilniku v datoteko s končnico .hex (slika 6.2).

Slika 6.2: Shema prevajanja zbirniškega programa

To datoteko s pomočjo programatorja (slika 6.3) prenesemo na mikrokrmilnik.


Slika 6.3: Programator

6.1 Začetek programa

Na začetku vsakega programa, ki ga želimo naložiti na mikrokrmilnik je potrebno napisati

direktive prevajalniku. Ti ukazi se ne prevedejo v strojno kodo, ampak so potrebni zato, da

prevajalnik ve kako določene dele prevajati [10, 11].

Obvezne direktive oziroma ukazi na začetku programa, ki so potrebne za pisanje kode so:

• določitev tipa uporabljenega mikrokrmilnika

LIST p=16F88 ;s to direktivo povemo prevajalniku, da je

koda napisana za mikrokrmilnik PIC 16f88

• vklju čitev datoteke z definicijami registrov mikrokrmilni ka

#INCLUDE <p16f88.inc> ;s to direktivo vklju čimo datoteko p16F88 v

program, ta datoteka pa vsebuje imena registrov, ki nam zelo olajšajo

pisanje kode


• nastavitev mikrokrmilnika

__CONFIG ;s to direktivo nastavimo mikrokrmilnik

• določitev naslova programskega pomnilnika kamor se bo program vpisoval org 0x00 goto START ;s direktivo org dolo čimo, da se bo

naslednja inštrukcija (goto START) vpisala na naslo v 0, saj mikrokrmilnik ob vklopu vedno izvrši inštrukcijo na naslovu 0

• konec programa

end ;s to direktivo zaklju čimo program

Ko smo napisali vse potrebne direktive smo si za lažje in hitrejše pisanje programa

definirali še določene spremenljivke (registre), ki smo jih potrebovali med samim pisanjem

programa.

REZ1 equ 0x23 ;rezultat 1 meritve(AN0) REZ2 equ 0x26 ;rezultat 2 meritve(AN1) REZ3 equ 0x29 ;rezultat 3 meritve(AN2) REZ4 equ 0x32 ;rezultat 4 meritve(AN3) REZ5 equ 0x35 ;rezultat 5 meritve(AN4) REZ6 equ 0x38 ;rezultat 6 meritve(AN5) REF equ 0x51 ;register v katerem je vrednost 4,5 V RAZ equ 0x53 ;register v katerem je vrednost 0,05 V Zastave equ 0x55 #define zHister Zastave,0 ; Če je 1, je histereza, če je 0 pa ni.


Zatem smo morali mikrokrmilniku povedati, katere pine naj jemlje kot vhode in katere kot

izhode. To storimo s pomočjo TRISA in TRISB registra. To sta krmilna registra za vhodno

izhodne registre PORTA in PORTB. TRISA krmili PORTA, TRISB pa PORTB. Če v

TRISA vpišemo samo logične 1, bodo vsi pini v PORTA vhodi v naš mikrokrmilnik. Če

vpišemo logične 0 pa so pini izhodni (slika 6.4).

Slika 6.4: Upravljanje vhodno/izhodnih pinov

Ko smo nastavili kateri pini bodo vhodni in kateri izhodni smo se lotili A/D pretvorbe, ki

je opisana v naslednjem poglavju.


6.2 A/D pretvorba

Da bi naša naprava lahko delovala je potrebno padce napetosti na NTK tipalih nekako

izmeriti in jih kasneje obdelati. Za zajem analognih vrednosti NTK tipal smo uporabili A/D

pretvornik v našem mikrokrmilniku. NTK tipala bomo enostavno preko delilnika napetosti

povezali na vhode mikrokrmilnika (slika 6.5).

10K

R1

10K

R2

10K

R3

10K

R4

10K

R5

10K

R6

t° NTK1 t° NTK2 t° NTK3 t° NTK4 t° NTK5 t° NTK6

GND

VCC

RA0 RA1 RA2 RA3 RA4 RB6

Slika 6.5: Priklop tipal na mikrokrmilnik

Pretvornik je 10-bitni, kar pomeni, da se analogni signal pretvori v 10-bitno digitalno

vrednost. Ker so registri za shranjevanje podatkov 8-bitni, se bo rezultat shranil v dva

registra, in sicer v ADRESH in ADRESL [8].

Za delovanje A/D modula je pomembnih 5 registrov:

• ADRESH

• ADRESL

• ADCON0

• ADCON1

• ANSEL


Najprej smo s pomočjo registra ADCON1 nastavili:

• napetostno referenco

• obliko shranjenega rezultata.

Tabela 6.1: Register ADCON1

ADFM ADSC2 VCFG1 VCFG0 - - - -

1 0 0 0 0 0 0 0

Bit 7 Bit 0

ADFM bit v ADCON1 registru smo postavili na 1 in s tem nastavili desno poravnavo

rezultata. To pomeni da so biti od 2 do 7 v registru ADRESH prebrani kot 0 (slika 6.6).

Slika 6.6: Izbira poravnave rezultata A/D pretvorbe

S tem, ko smo VCFG0 in VCFG1 bit v registru ADCON1 postavili na 0, smo nastavili

napetostne reference tako, da je Vref+ kar napajalna napetost Vdd. Vref- je masa Vss.

Naslednji je register ADCON0, s pomočjo katerega smo:

• nastavili uro A/D pretvorbe

• izbrali analogni pin, na katerem bomo odčitali analogno vrednost


Tabela 6.2: Register ADCON0

ADSC1 ADSC0 CHS2 CHS1 CHS0 GO/(/DONE) - ADON

1 0 0 0 0 0 0 0

Bit 7 Bit 0

Z biti CHS0-CHS2 postavljenimi na 0 smo si izbrali AN0 pin, iz katerega bomo odčitali

analogno vrednost.

S tem ko smo ADSC0 in ADSC1 bit v ADCON0 postavili na 0 in 1 smo nastavili uro A/D

pretvorbe na Fosc/32. To smo morali storiti zato, da smo pred meritvijo zagotovili

zadosten čas, v katerem bo A/D pretvornik polno napolnil kondenzator z vhodno

napetostjo.

Vse druge bite smo postavili na 0, ker se pretvoba še ne sme začeti.

Ko smo uredili ADCON0 register smo prišli do ANSEL registra. S tem registrom samo še

enkrat izberemo pin, iz katerega se naj odčita analogna vrednost. Izbrali smo ANS0.

Tabela 6.3: Register ANSEL

- ANS6 ANS5 ANS4 ANS3 ANS2 ANS1 ANS0

0 0 0 0 0 0 0 1

Bit 7 Bit 0

Sedaj je na vrsti skok na podprogram za meritev. Na ta podprogram se skoči vsakič, ko se

izbere nov kanal za zajemanje analogne vrednosti. V tem podprogramu najprej pobrišemo

oba registra za shranitev rezultata ADRESL in ADRESH. Potem v registru ADCON0

najprej vklopimo bit ADON, s katerim vklopimo AD modul, nato pa še bit GO/(/DONE), s

katerim zaženemo A/D pretvorbo.

Ko zaženemo pretvorbo moramo bit GO/(/DONE) stalno preverjati, dokler se ta samodejno

ne izklopi. To je znak, da je pretvorba končano. To preverjanje storimo takole:

btfsc ADCON0,2 ;Preverjamo ali je kon čana AD pretvorba goto $-1 ;Ponavljamo dokler ni kon čana meritev bcf ADCON0, ADON return


S prvim ukazom preverjamo 2 bit v ADCON0 registru. In če je v 2. bitu 1, se program

preko naslednjega ukaza vrne na preverjanje 2. bita. Ko pa je v 2. bitu 0, program preskoči

naslednji ukaz in skoči na ukaz, v katerem se AD modul izklopi. S tem je pretvorba

končana in iz podprograma se vrnemo v glavni program z ukazom return.

Ko se pretvorba zaključi, se rezultat shrani v registra ADRESH in ADRESL. Iz teh dveh

registrov smo rezultat shranili v dva registra, ki smo si jih na začetku definirali. In sicer

rezultat iz odčitavanja na prvem kanalu, smo si shranili v registra REZ1 in REZ1+1. S tem

smo z odčitavanjem na enem kanalu končali. Podobno storimo še za drugih 5 kanalov.


6.3 Obdelava prebranih vrednosti

Ko smo napisali program za odčitavanje vseh 6 kanalov je bilo potrebno rezultate teh

odčitavanj analognih signalov, med saboj primerjati in ugotoviti ali je vsak naslednji na

vsaj 1 stopinjo celzija večji temperaturi. Za to smo uporabili karakteristiko NTK tipal, ki

smo jo dobili od proizvajalca le teh. Dodali smo ji še preračunane padce napetosti na

tipalih ob določenih temperaturah (tabela 6.4).

Tabela 6.4: Delna karakteristika NTK tipal z padci napetosti

T [°C] R [Ω] UNTK

[V] UNTK(n) - UNTK(n+1) [V]

20 6249 1,922888 0,05

21 5973 1,869718 0,05

22 5711 1,817516 0,05

23 5462 1,766266 0,05

24 5225 1,715928 0,05

25 5000 1,666667 0,05

26 4786 1,618423 0,05

27 4582 1,571115 0,05

28 4388 1,524882 0,05

29 4203 1,479617 0,04

30 4027 1,435446 0,04

31 3860 1,392496 0,04

32 3700 1,350365 0,04

33 3548 1,309418 0,04

34 3403 1,269492 0,04

35 3264 1,230398 0,04

36 3132 1,192507 0,04

37 3000 1,153846 0,03

38 2886 1,11982 0,03

39 2771 1,08488 0,03

40 2662 1,051177 0,03

41 2557 1,018157 0,03

42 2457 0,986193 0,03

43 2362 0,955347 0,03

44 2270 0,92502 0,03

45 2183 0,895921 0,03

46 2100 0,867769 0,03

47 2020 0,840266 0,03

48 1944 0,813798 0,03

49 1870 0,7877 /


V tabelo smo vnesli še padce napetosti na tipalih ob določenih temperaturah ter razliko

padca napetosti pri 1 stopinjo višji temperaturi.

NTKNTKVCCNTK RRRUU ⋅+÷= ))(( (6.1)

kjer je:

NTKU - padec napetosti na tipalu NTK

VCCU - napajalna napetost (5V)

R - upornost upora v delilniku (10kΩ)

NTKR - upornost tipala NTK

Na sliki 6.7 nam graf prikazuje, kako se upornost NTK tipala spreminja v odvisnosti od

temparature in pa kako se spreminja padec napetosti na NTK tipalu v odvisnosti od

temperature.

Slika 6.7: Graf R(T) in Untk(T)


Na sliki 6.8 je prikazan diagram poteka za primerjanje izmerjenih padcev napetosti.

Slika 6.8: Diagram poteka za 6 tipal


Iz diagrama je razvidno, da smo najprej padcu napetosti, ki ga izmeri na 5. tipalu prišteli

vrednost 0,05 V. To smo prišteli zato, ker če bo padec napetosti na 4. tipalu večji od te

nove vrednosti (Untk5 + 0,05V), pomeni da je tipalo 5 na približno za 1 stopinjo celzija višji

temperaturi. Da smo ugotovili ali je padec napetosti na 4. tipalu manjši od te nove

vrednosti smo od te nove vrednosti odšteli padec na 4. tipalu. Če rezultat ni negativen,

pomeni da ta nova vrednost ni manjša od padca na 4. tipalu, zato smo postavili RB3 pin na

mikrokrmilniku na logično 0, s tem dioda v optičnem povezovalniku ni prevajala in

tranzistor v povezovalniku ni odprt. Če pa je rezultat negativen, to pomeni da je nova

vrednost manjša od padca na 4. tipalu. In s tem je izpolnjen prvi pogoj. Potem naprej

preverjamo ali je 4. tipalo na približno 1 stopinjo nižji temperaturi kot je tipalo 3. Tako

storimo z vsakim sosednjim tipalom. Ko so izpolnjeni vsi pogoji z ukazom BSF PORTB.3

postavimo RB3 pin na mikrokrmilniku na logično 1, s tem nam dioda v povezovalniku

prevaja in tranzistor na izhodu se odpre. Na sliki 6.9 je prikazana shema optičnega

povezovalnika.

Slika 6.9: Shema optičnega povezovalnika [10]


6.4 Tiskanina mikrokrmilniškega dela

Ko smo napisali program smo narisali še električno shemo (slika 6.10) in tiskano vezje za

mikrokrmilniški del naprave (slika 6.11).

Slika 6.10: Električna shema mikrokrmilniškega dela

RA0

/AN

017

RA1

/AN

118

RA2

/AN

2/C

VRE

F/VR

EF-

1R

A3/

AN3/

VR

EF+

/C1O

UT

2R

A4/A

N4/

T0C

KI/C

2OU

T3

RB

0/IN

T/C

CP

16

RB

1/S

DI/S

DA

7R

B2/

SD

O/R

X/D

T8

RB

3/P

GM

/CC

P1

9R

B4/

SC

K/S

CL

10R

B5/

SS

/TX/

CK

11R

B6/

AN5/

PG

C/T

1OS

O/T

1CKI

12R

B7/

AN6/

PG

D/T

1OS

I13

VSS

5

RA5

/MC

LR

/VP

P4

RA7

/OS

C1/

CL

KI

16

RA6

/OS

C2/

CL

KO15

VDD

14

PIC

16F8

8-I/P

RE

SE

T

OC

Opt

oiso

lato

r1

VC

C

GN

D

10K

R1

10K

R2

10K

R3

10K

R4

10K

R5

10K

R7

270

R8

2_T

3_T

4_T

5_T

6_T

5 V

GN

D

NTK 1

NTK 2

NTK 3

NTK 4

NTK 5

Vhod

kon

trol

nega

raču

naln

ika

Izho

d ko

ntro

lne

ga r

ačuna

lnik

a


0

0

0

0

0

0

1

3

0 0

00

0 0

0

01

2

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

3 4

2 1

1 1

12

12

12

12

12

12

1

2

101112131415161718

987654321

2

1

Slika 6.11: Tiskano vezje mikrokrmilniškega dela

Slika 6.12: 3D pogled tiskanega vezja mikrokrmilniškega dela


Na tiskanini imamo levo zgoraj konektor za priklop napajanja, pod njim je upor, ki služi za

to, da drži pin MCLR na napajalni napetosti. Levo spodaj se nahaja konektor za priklop

kontrolnega računalnika. Na desni strani tega konektorja je reset tipka, ki služi za reset

mikrokrmilnika. Poleg njega na desni strani je optični povezovalnik, ki ob ustreznem

pogoju sklene kontakta v konektorju za priklop kontronega računalnika. Nad optičnem

povezovalniku imamo predupor za diodo v optičnem povezovalniku. Potem imamo 6

uporov enega pod drugim, ki so skupaj s NTK tipali vezani v delnilnike napetosti na naših

vhodih v mikrokrmilnik. Na desnem robu tiskanine so konektorji za priklop NTK tipal na

vezje. Na sredini vezja pa se nahaja srce našega vezja in to je mikrokrmilnik PIC 16F88.

Slika 6.13: Predloga za izdelavo tiskanine


Ko smo končali z izdelavo napajalnega in mikrokrmilniškega dela naprave, smo naredili še

dodatno tiskano vezje, na katerega se bodo priklopili tako izhodi iz napajalnega dela kot

tudi vhodi in izhodi iz mikrokrmilniškega dela naprave. Na tem tiskanem vezju (slika 6.14)

se bo nahajal konektor DB25 (slika 6.15), ki bo skrbel za povezavo naše naprave z delovno

mizo na delovnem mestu.

Slika 6.14: Tiskano vezje za priklop naprave na delovno mizo

Slika 6.15: Konektor DB25


7 REZULTATI

Najprej smo izdelali napajalnik za napravo. Le-tega smo tudi testirali in sicer najprej tako,

da smo z voltmetrom merili napetost na izhodih. Z vrtenjem potenciometrov se napetost na

izhodih linearno spreminja. Na izhodu napajalnika, ki je namenjen napajanju

mikrokrmilniškega dela, je bila stabilna napetost 5V. Nato smo na te izhode priklopili še

grelne elemente in s termometri merili temperaturo v njih (slika 7.1). Temperatura je bila

višja v grelnih elementih, ki so bili priključeni na višjo napetost. Potem smo z vrtenjem

potenciometrov nastavili napetosti na izhodih napajalnika tako, da je bila v vsakem

naslednjem grelnem elementu za približno 2 °C višja temperatura, kot v elementu pred

njim. V prvem grelnem elementu pa smo nastavili temperaturo približno 30 °C. Napajalni

del je bil s tem končan.

Slika 7.1: Napajalnik, grelni upori in termometri


V tabeli 7.1 izmerjene napetosti in temperature v grelnih elementih. Na sliki 7.2 je

prikazana odvisnost temperature grelnih elementov od napetosti. Hkrati so iz grafa

razvidne izračunane in izmerjene vrednosti ter razlike med njimi. Vidimo, da grelni

element potrebuje manjšo napetost, kot smo jo izračunali, da se segreje na željeno

temperaturo.

Tabela 7.1: Tabela izmerjenih napetosti in temperature v grelnih elementih

U [V] Ts [°C]

4,37 29,8

5,92 32,2

6,72 34,2

8,02 36,5

8,91 39,9

Slika 7.2: Odvisnost temperature grelnega telesa Ts od napajalne napetosti U

Pri mikrokrmilniškem delu smo delovanje testirali tako, da smo tipala priklopili na vhode v

mikrokrmilnik in tipala vstavili v grelne elemente. Tako je bil padec napetosti na tipalih

odvisen od temperature v grelnem elementu, v katerega je bil vstavljen. Izhod iz

mikrokrmilnika smo preko optičnega povezovalnika povezali na kontrolni računalnik. Ko

smo na mikrokrmilnik naložili naš program, so se začele izvajati meritve padcev napetosti

na tipalih. V primeru, da je mikrokrmilnik s primerjanjem vrednosti temperatur, na katerih

se nahajajo tipala ugotovil, da je vsako naslednje tipalo na približno 2°C višji temperaturi,

kot tipalo pred njim, je s pomočjo optičnega povezovalnika poslal signal, ki ga je prejel iz


kontrolnega računalnika nazaj v kontrolni računalnik in to je pomenilo da se tipala

nahajajo na ustreznih mestih.

Če smo tipala vstavili v napačnem vrstnem redu, se pravi da je tipalo, ki bi moralo biti na

poziciji 1, bilo priklopljeno na pozicijo 2, je mikrokrmilnik s primerjanjem vrednosti

temperatur ugotovil, da tipala niso na ustreznih temperaturah, zato ni odprl optičnega

povezovalnika in kontrolni računalnik ni prejel nazaj signala, ki ga je poslal.

Obe vezji, ki smo jih naredili smo na koncu le še namestili v ohišje (slika 7.3), dodali

varovalko ter stikalo in naprava je pripravljena za uporabo.

Slika 7.3: Testirna naprava za kontrolo zatisnjenosti tipal

Na sliki 7.4 je blokovna shema celotne naprave. Na delovni mizi, kjer se sestavljajo

kabelski seti so nameščeni grelni elementi, ki so priključeni na napajalnik v naši napravi.

Tipala, ki se sestavijo v kabelski set se vstavijo v grelne elemente in so priključena na

mikrokrmilniški del naše naprave. Na napravo je priključen še kontrolni računalnik, ki

testira kabelski set.


Napajalnik Optosklopnik

Grelni elementi

Mikrokrmilnik 5V

A/D pretvorba

NTK tipala Priklop

kontrolnega računalnika

Slika 7.4: Blokovna shema naprave

Na sliki 7.5 je prikazan kabelski set, ki je razpeljan po delovni mizi. Na mizi sta

nameščena dva grelna elementa, saj je ta miza namenjena izdelovanju kabelskih setov s

tremi tipali. Na mizo je priklopljena naša testirna naprava in kontrolni računalnik.

Slika 7.5: Naprava priklju čena na delovno mizo z kabelskim setom in kontrolnim računalnikom

1 Testirna naprava za kontrolo zatisnjenosti tipal

2 Kontrolni računalnik

3 Regleta za priklop testirne naprave na delovno mizo

4 Prvo tipalo, ki se nahaja na temperaturi okolice

5 Drugo tipalo vstavljeno v prvi grelni element

6 Tretje tipalo vstavljeno v drugi grelni element


8 SKLEP

Želeli smo izdelati prototip naprave, ki bo samodejno testirala pravilnost povezave in

zatisnjenosti tipal temperature v hladilnih napravah. S to napravo se bodo odpravili

neustrezni kabelski seti in s tem tudi neuporabna ohišja hladilno – zamrzovalnih aparatov.

Osnovna zamisel je bila takšna, da bo naša naprava zagotovila različne temperature, na

katerih se bodo nahajala posamezna NTK tipala v kabelskem setu. Naprava bo potem

ugotovila ali se posamezno tipalo nahaja na primerni temperaturi. S tem bomo vedeli ali so

tipala v pravilnem vrstnem redu nameščena v konektor.

Za zagotavljanje toplote smo izbrali močnostne upore z uporovno žico navito na

keramičnem valju, ki imajo na sredini luknjo takšnega premera, da se lahko vanj vstavi

NTK tipalo. Močnostne upore napajamo z virom električne napetosti. Segrevali se bodo

glede na velikost pritisnjene napetosti. Naprava z mikrokrmilnikom zajame temperature

NTK tipal. Če bo ugotovila, da se tipala nahajajo na primernih temparaturah, bo preko

optičnega povezovalnika poslala kontrolnemu računalniku podatek, da so NTK tipala v

kabelskem setu v pavilnem vrstnem redu nameščena v konektor.

Na osnovi podanih rezultatov lahko vidimo, da napajalnik deluje pravilno. Grelni elementi

so pri ustreznem napajanju zagotavljali toploto izbranih temperatur. Mikrokrmilniški del

pravilno odčita stanje NTK tipal, ki so vstavljena v grelne elemente in odpre oziroma zapre

izhod, kamor je priklopljen kontrolni računalnik.

Možnosti za nadgradnjo in izboljšave:

- Ker pri tej napravi grelni elementi potrebujejo nekaj časa, da se segrejejo na željene

temperature, bi za izboljšavo te naprave predlagal, da bi se napajalnik naredil tako,

da bi na začetku ob vklopu grelne elemente napajali z višjo napetostjo, zato da bi se

elementi hitreje segreli, potem čez nekaj časa bi se ta napajalna napetost zmanjšala

- V primeru, da se v podjetju pojavijo potrebe po izdelavi kabelskih setov, ki

vsebujejo več kot 6 NTK tipal, se lahko ta naprava tudi nadgradi.


Med izdelavo naloge smo naleteli na kar veliko težav. Največ težav smo imeli s pisanjem

programa za mikrokrmilnik, saj pred tem nismo imeli veliko izkušenj na področju

programiranja mikrokrmilnikov.

Z izbrano temo diplomske naloge sem zadovoljen, saj sem svoje znanje, ki sem ga pridobil

tekom študija, uporabil za izdelavo zadanega projekta. Hkrati pa sem med nastajanjem

diplomskega dela osvojil nekatera nova znanja in predvsem sposobnost projektiranja

sistema od ideje do končnega izdelka.


9 VIRI IN LITERATURA

[1] Switches and sensors – Magnet sensors, level switches, temperature switches, 2010

http://www.strips.si/switches-and-asensors.html

[2] Wire wound resistors, 2010

http://www.krah-gruppe.de/html/cement_coated.html

[3] Printed circuit – board transformers, output capacity up to 15 VA, 2010

http://www.hahn-trafo.com/english/pcb-transformers-ei54.php

[4] Silicon bridge rectifiers, 2010

http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/134/232990_DS.pdf

[5] Positive voltage regulator, 2010

http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC7800-D.PDF

[6] Adjustable output, positive voltage regulator, 2010

http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/LM317-D.PDF

[7] Altium Designer – Training manuals, 2010

http://www.altium.com/training/en/manuals-and-downloads.cfm

[8] Microhip – PIC 16f88, 2010

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/30487c.pdf

[9] MPLAB – User`s guide, 2010

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/MPLAB_User_Guide_51519

c.pdf

[10] Optocoupler, 2010

http://www.electronics-lab.com/blog/?p=8418

[11] Matić, Nebojša. PIC mikrokontroleri. Beograd: Mikroelektronika, 2002.

[12] Mikeln, Jurij. Programirajmo mikrokontrolerje. Ljubljana: AX elektronika, 2004.


10 PRILOGE

10.1 Kazalo slik

Slika 1.1: Vstavljanje NTK tipala v grelni element............................................................... 1

Slika 1.2: NTK tipalo ............................................................................................................ 2

Slika 2.1: Grelni element - Keramični žični upor z ustrezno luknjo ..................................... 5

Slika 2.2: Razmere v obremenjenem uporu........................................................................... 6

Slika 3.1: Transformator 15 V (16 VA) zalit v plastično ohišje ........................................... 9

Slika 3.2: Delovanje Greatzovega mostiča .......................................................................... 10

Slika 3.3: Diodni mostiček .................................................................................................. 10

Slika 3.4: Napetostni stabilizator 7805CT v TO-220 ohišju ............................................... 11

Slika 3.5: Regulator LM317T v TO-220 ohišju .................................................................. 12

Slika 3.6: Vezje z LM317 .................................................................................................... 12

Slika 3.7: Graf Uout(R2) ..................................................................................................... 13

Slika 3.8: Napetosti in tokovi pri LM 317 ........................................................................... 14

Slika 3.9:Montažni pribor za ohišje TO220 ........................................................................ 15

Slika 4.1: Električna shema napajalnika .............................................................................. 17

Slika 4.2: 2D pogled tiskanega vezja................................................................................... 19

Slika 4.3: 3D pogled tiskanega vezja napajalnika ............................................................... 19

Slika 4.4: Predloga za izdelavo tiskanega vezja .................................................................. 20

Slika 5.1: Razpored priključnih nožic za mikrokrmilnik PIC16F88 ................................... 21

Slika 6.1: Razvojno okolje MPLAB .................................................................................... 22

Slika 6.2: Shema prevajanja zbirniškega programa............................................................. 22

Slika 6.3: Programator ......................................................................................................... 23

Slika 6.4: Upravljanje vhodno/izhodnih pinov .................................................................... 25


Slika 6.5: Priklop tipal na mikrokrmilnik ............................................................................ 26

Slika 6.6: Izbira poravnave rezultata A/D pretvorbe ........................................................... 27

Slika 6.7: Graf R(T) in Untk(T)........................................................................................... 31

Slika 6.8: Diagram poteka za 6 tipal.................................................................................... 32

Slika 6.9: Shema optičnega povezovalnika [10] ................................................................. 33

Slika 6.10: Električna shema mikrokrmilniškega dela ........................................................ 34

Slika 6.11: Tiskano vezje mikrokrmilniškega dela ............................................................. 35

Slika 6.12: 3D pogled tiskanega vezja mikrokrmilniškega dela ......................................... 35

Slika 6.13: Predloga za izdelavo tiskanine .......................................................................... 36

Slika 6.14: Tiskano vezje za priklop naprave na delovno mizo .......................................... 37

Slika 6.15: Konektor DB25 ................................................................................................. 37

Slika 7.1: Napajalnik, grelni upori in termometri ................................................................ 38

Slika 7.2: Odvisnost temperature grelnega telesa Ts od napajalne napetosti U .................. 39

Slika 7.3: Testirna naprava za kontrolo zatisnjenosti tipal .................................................. 40

Slika 7.4: Blokovna shema naprave .................................................................................... 41

Slika 7.5: Naprava priključena na delovno mizo z kabelskim setom in kontrolnim

računalnikom ............................................................................................................... 41


10.2 Kazalo tabel

Tabela 2.1: Izračun napetosti U ............................................................................................. 7

Tabela 3.1: Izračun upornosti R2 ........................................................................................ 13

Tabela 3.2: Izračun moči na regulatorju in termične upornosti ........................................... 14

Tabela 6.1: Register ADCON1 ............................................................................................ 27

Tabela 6.2: Register ADCON0 ............................................................................................ 28

Tabela 6.3: Register ANSEL ............................................................................................... 28

Tabela 6.4: Delna karakteristika NTK tipal z padci napetosti ............................................. 30

Tabela 7.1: Tabela izmerjenih napetosti in temperature v grelnih elementih ..................... 39


10.3 Celoten program:

;-------------------------------------------------- ---------------------------- ; PROCESSOR DECLARATION ;-------------------------------------------------- ---------------------------- LIST p=16F88 ; list directive to define processor #INCLUDE <p16f88.inc> ; processor specific variable definitions ;-------------------------------------------------- ---------------------------- ;-------------------------------------------------- ---------------------------- __CONFIG _CONFIG1, _CP_OFF & _CCP1_RB0 & _DEBUG_OFF & _W RT_PROTECT_OFF & _CPD_OFF & _LVP_OFF & _BODEN_OFF & _MCLR_ON & _PW RTE_ON & _WDT_OFF & _INTRC_IO __CONFIG _CONFIG2, _IESO_OFF & _FCMEN_OFF ;-------------------------------------------------- ---------------------------- ;----------------------- ;Nastavitev spremenljivk ;----------------------- REZ1 equ 0x23 ;rezultat 1 meritve(AN0) REZ2 equ 0x26 ;rezultat 2 meritve(AN1) REZ3 equ 0x29 ;rezultat 3 meritve(AN2) REZ4 equ 0x32 ;rezultat 4 meritve(AN3) REZ5 equ 0x35 ;rezultat 5 meritve(AN4) REZ6 equ 0x38 ;rezultat 6 meritve(AN5) REF equ 0x51 ;register v katerem je vrednost 4,5 V RAZ equ 0x53 ;register v katerem je vrednost 0,05 V Zastave equ 0x55 #define zHister Zastave,0 ; Če je 1, je histereza, če je 0 pa ni. org 0x00 goto START org 0x004 ;-------------- ;Glavni program ;-------------- START bsf STATUS, RP0 clrf TRISA movlw b '11111111' movwf TRISA ;PORTA nastavimo kot vhod clrf TRISB movlw b '11100111' movwf TRISB ;RB3 je izhod,ostali pini na PORTB so vhodi movlw b '10000000' ;nastavimo referenco za AD (Vss,Vdd) movwf ADCON1 ;izberemo desno poravnavo rezultata AD pretvorbe bcf STATUS,RP0 bcf PORTB,3 GLAVNAZ clrf REF ;zbrišemo vse uporabljene spremenljivke clrf REF+1


bcf STATUS,RP0 clrf REZ1 clrf REZ2 clrf REZ1+1 clrf REZ2+1 clrf REZ3 clrf REZ4 clrf REZ3+1 clrf REZ4+1 clrf REZ5 clrf REZ6 clrf REZ5+1 clrf REZ6+1 clrf RAZ clrf RAZ+1 bcf PORTB, 0 bcf PORTB, 1 bcf PORTB, 2 bcf PORTB, 5 bcf PORTB, 7 ;--------------------- ;Meritve, AD pretvorba ;--------------------- ;------prva meritev------- bcf STATUS,RP0 movlw b '10000000' ;f/32, izbira AN0 kanala, AD modul ni vklopljen movwf ADCON0 bsf STATUS, RP0 clrf ANSEL ;V ANSEL damo same 0 bsf ANSEL, 0 ;Izberemo AD vhod = AN0 call AD_MERITEV ;kli čemo podprogram za izvedbo meritve bsf STATUS, RP0 movf ADRESL,0 ;rezultat iz ADRESL shranimo v W bcf STATUS, RP0 movwf REZ1+1 ;Vrednost ADRESL prenesemo v REZ1+1 bcf STATUS, RP0 ;IZBEREMO BANKO 0 movf ADRESH,0 ;rezultat iz ADRESH shranimo v W movwf REZ1 ;Vrednost ADRESH prenesemo v REZ1 ;------druga meritev------- bcf STATUS,RP0 movlw b '10001000' ;f/32, izbira AN1 kanala, AD modul ni vklopljen movwf ADCON0 bsf STATUS, RP0 clrf ANSEL ;V ANSEL damo same 0 bsf ANSEL, 1 ;Izberemo AD vhod = AN1 call AD_MERITEV ;kli čemo podprogram za izvedbo meritve bsf STATUS, RP0 movf ADRESL,0 ;rezultat iz ADRESL shranimo v W bcf STATUS, RP0 movwf REZ2+1 ;Vrednost ADRESL prenesemo v REZ2+1 bcf STATUS, RP0 movf ADRESH,0 ;rezultat iz ADRESH shranimo v W movwf REZ2 ;Vrednost ADRESH prenesemo v REZ2


;------tretja meritev-------- bcf STATUS,RP0 movlw b '10010000' ;f/32, izbira AN0 kanala, AD modul ni vklopljen movwf ADCON0 bsf STATUS, RP0 clrf ANSEL ;V ANSEL damo same 0 bsf ANSEL, 2 ;Izberemo AD vhod = AN2 call AD_MERITEV ;kli čemo podprogram za izvedbo meritve bsf STATUS, RP0 movf ADRESL,0 ;rezultat iz ADRESL shranimo v W bcf STATUS, RP0 movwf REZ3+1 ;Vrednost ADRESL prenesemo v REZ3+1 bcf STATUS, RP0 movf ADRESH,0 ;rezultat iz ADRESH shranimo v W movwf REZ3 ;Vrednost ADRESH prenesemo v REZ3 ;-------- četrta meritev------ bcf STATUS,RP0 movlw b '10011000' ;f/32, izbira AN0 kanala, AD modul ni vklopljen movwf ADCON0 bsf STATUS, RP0 clrf ANSEL ;V ANSEL damo same 0 bsf ANSEL, 3 ;Izberemo AD vhod = AN3 call AD_MERITEV ;kli čemo podprogram za izvedbo meritve bsf STATUS, RP0 movf ADRESL,0 ;rezultat iz ADRESL shranimo v W bcf STATUS, RP0 movwf REZ4+1 ;Vrednost ADRESL prenesemo v REZ4+1 bcf STATUS, RP0 movf ADRESH,0 ;rezultat iz ADRESH shranimo v W movwf REZ4 ;Vrednost ADRESH prenesemo v REZ4 ;---------peta meritev------ bcf STATUS,RP0 movlw b '10100000' ;f/32, izbira AN0 kanala, AD modul ni vklopljen movwf ADCON0 bsf STATUS, RP0 clrf ANSEL ;V ANSEL damo same 0 bsf ANSEL, 4 ;Izberemo AD vhod = AN4 call AD_MERITEV ;kli čemo podprogram za izvedbo meritve bsf STATUS, RP0 movf ADRESL,0 ;rezultat iz ADRESL shranimo v W bcf STATUS, RP0 movwf REZ5+1 ;Vrednost ADRESL prenesemo v REZ5+1 bcf STATUS, RP0 movf ADRESH,0 ;rezultat iz ADRESH shranimo v W movwf REZ5 ;Vrednost ADRESH prenesemo v REZ5 ;--------šesta meritev------- bcf STATUS,RP0 movlw b '10101000' ;f/32, izbira AN0 kanala, AD modul ni vklopljen movwf ADCON0 bsf STATUS, RP0 clrf ANSEL ;V ANSEL damo same 0


bsf ANSEL, 5 ;Izberemo AD vhod = AN5 call AD_MERITEV ;kli čemo podprogram za izvedbo meritve bsf STATUS, RP0 movf ADRESL,0 ;rezultat iz ADRESL shranimo v W bcf STATUS, RP0 movwf REZ6+1 ;Vrednost ADRESL prenesemo v REZ6+1 bcf STATUS, RP0 movf ADRESH,0 ;rezultat iz ADRESH shranimo v W movwf REZ6 ;Vrednost ADRESH prenesemo v REZ6 call TIPAL_5 goto GLAVNAZ ;ponovi celotno glavno zanko ;-------------------------- ;Podprogram za AD pretvorbo ;-------------------------- AD_MERITEV clrf ADRESL ;zbrišemo prejšnjo vrednost ADRESL bcf STATUS,RP0 clrf ADRESH ;zbrišemo prejšnjo vrednost ADRESH bcf STATUS, RP0 bsf ADCON0, ADON ;Vklop AD modula bsf ADCON0, 2 ;Zaženemo AD pretvorbo btfsc ADCON0,2 ;Preverjamo ali je kon čana AD pretvorba goto $-1 ;Ponavljamo dokler ni kon čana meritev bcf ADCON0, ADON return ;-------------------------------------- ;PODPROGRAM ZA 5 TIPAL V KABELSKEM SETU ;-------------------------------------- TIPAL_5 movlw b '10011000' ;spodnji del(ADRESL) damo v REF = 4,5 V movwf REF+1 movlw b '00000011' movwf REF movf REZ1+1, W subwf REF+1, f movf REZ1, W ;višji bajt REZ2 -> W btfss STATUS, C ;ali je prišlo do prenosa (C=0)? incf REZ1, W ;DA, pove čaj REZ2 -> w subwf REF, f ;odštej višje bajte btfsc STATUS, C ;preverimo ali je C=1, če C=0 je rezultat negativen goto TIPALO_1_REF_5 bcf PORTB, 3 return TIPALO_1_REF_5 clrf RAZ+1 ; če ni histereza sta oba clrf RAZ movlw b '00001010' btfsc zHister ;ali je zastavica za vklop histereze 1? movwf RAZ+1 ;JA, JE histereza, RAZ = 10


;NE, histereza ostane 0 ------- ;prištej 0,05 V k REZ2------- movf RAZ+1, W ;nižji bajt REZ2 -> W addwf REZ5+1, f ;prištej nižje bajte...REZ2 prišteje RAZ btfsc STATUS, C ;ali je prišlo do prenosa (C=0)? incf REZ5, f ;Carry=1, pove čaj višji bajt movf RAZ, W ;višji bajt REZ2 v W addwf REZ5, f ;seštej višja bajta movf REZ4+1, W ;nižji bajt REZ2 -> W subwf REZ5+1, f ;odštej nižje bajte...REZ2 odšteje od REZ1 movf REZ4, W ;višji bajt REZ2 -> W btfss STATUS, C ;ali je prišlo do prenosa (C=0)? incf REZ4, W ;DA, pove čaj REZ2 -> w subwf REZ5, f ;odštej višje bajte bcf zHister ; če je ne vklopimo, bo ostala izklopljena btfsc STATUS, C ;preverimo ali je C=1( če C=0 je rezultat negativen) bsf zHister ;vklop zastavice btfsS STATUS, C ;preverimo ali je C=1( če C=0 je rezultat negativen) goto TIPALO43_5 btfsC STATUS, C ;preverimo ali je C=1( če C=0 je rezultat negativen) bcf PORTB,3 ; če je rezultat poztiven (C=1) zapremo izhod return TIPALO43_5 clrf RAZ+1 ; če ni histereza sta oba 0 clrf RAZ movlw b '00001010' btfsc zHister ;ali je zastavica za vklop histereze 1? movwf RAZ+1 ;JA, JE histereza, RAZ = 10 ;NE, histereza ostane 0 ------ ;prištej 0,05 V k REZ2------ movf RAZ+1, W ;nižji bajt REZ2 -> W addwf REZ4+1, f ;prištej nižje bajte...REZ2 prišteje RAZ btfsc STATUS, C ;ali je prišlo do prenosa (C=0)? incf REZ4, f ;Carry=1, pove čaj višji bajt movf RAZ, W ;višji bajt REZ2 v W addwf REZ4, f ;seštej višja bajta movf REZ3+1, W ;nižji bajt REZ2 -> W subwf REZ4+1, f ;odštej nižje bajte...REZ2 odšteje od REZ1 movf REZ3, W ;višji bajt REZ2 -> W btfss STATUS, C ;ali je prišlo do prenosa (C=0)? incf REZ3, W ;DA, pove čaj REZ2 -> w subwf REZ4, f ;odštej višje bajte bcf zHister ; če je ne vklopimo, bo ostala izklopljena btfsc STATUS, C ;preverimo ali je C=1( če C=0 je rezultat negativen) bsf zHister ;vklop zastavice btfsS STATUS, C ;preverimo ali je C=1( če C=0 je rezultat negativen) goto TIPALO32_5 btfsC STATUS, C ;preverimo ali je C=1( če C=0 je rezultat negativen) bcf PORTB,3 ; če je rezultat poztiven (C=1) zapremo izhod return TIPALO32_5


clrf RAZ+1 ; če ni histereza sta oba 0 clrf RAZ movlw b '00001010' btfsc zHister ;ali je zastavica za vklop histereze 1? movwf RAZ+1 ;JA, JE histereza, RAZ = 10 ;NE, histereza ostane 0 ----- ;prištej 0,05 V k REZ2----- movf RAZ+1, W ;nižji bajt REZ2 -> W addwf REZ3+1, f ;prištej nižje bajte...REZ2 prišteje RAZ btfsc STATUS, C ;ali je prišlo do prenosa (C=0)? incf REZ3, f ;Carry=1, pove čaj višji bajt movf RAZ, W ;višji bajt REZ2 v W addwf REZ3, f ;seštej višja bajta movf REZ2+1, W ;nižji bajt REZ2 -> W subwf REZ3+1, f ;odštej nižje bajte...REZ2 odšteje od REZ1 movf REZ2, W ;višji bajt REZ2 -> W btfss STATUS, C ;ali je prišlo do prenosa (C=0)? incf REZ2, W ;DA, pove čaj REZ2 -> w subwf REZ3, f ;odštej višje bajte bcf zHister ; če je ne vklopimo, bo ostala izklopljena btfsc STATUS, C ;preverimo ali je C=1( če C=0 je rezultat negativen) bsf zHister ;vklop zastavice btfsS STATUS, C ;preverimo ali je C=1( če C=0 je rezultat negativen) goto TIPALO21_5 btfsC STATUS, C ;preverimo ali je C=1( če C=0 je rezultat negativen) bcf PORTB,3 ; če je rezultat poztiven (C=1) zapremo izhod return TIPALO21_5 clrf RAZ+1 ; če ni histereza sta oba 0 clrf RAZ movlw b '00001010' btfsc zHister ;ali je zastavica za vklop histereze 1? movwf RAZ+1 ;JA, JE histereza, RAZ = 10 ;NE, histereza ostane 0 ----- ;prištej 0,05 V k REZ2 movf RAZ+1, W ;nižji bajt REZ2 -> W addwf REZ2+1, f ;prištej nižje bajte...REZ2 prišteje RAZ btfsc STATUS, C ;ali je prišlo do prenosa (C=0)? incf REZ2, f ;Carry=1, pove čaj višji bajt movf RAZ, W ;višji bajt REZ2 v W addwf REZ2, f ;seštej višja bajta movf REZ1+1, W ;nižji bajt REZ2 -> W subwf REZ2+1, f ;odštej nižje bajte...REZ2 odšteje od REZ1 movf REZ1, W ;višji bajt REZ2 -> W btfss STATUS, C ;ali je prišlo do prenosa (C=0)? incf REZ1, W ;DA, pove čaj REZ2 -> w subwf REZ2, f ;odštej višje bajte bcf zHister ; če je ne vklopimo, bo ostala izklopljena btfsc STATUS, C ;preverimo ali je C=1( če C=0 je rezultat negativen) bsf zHister ;vklop zastavice btfsS STATUS, C ;preverimo ali je C=1( če C=0 je rezultat negativen) bsf PORTB,3 ; če je rezultat negativen (C=0) odpremo izhod btfsC STATUS, C ;preverimo ali je C=1( če C=0 je rezultat negativen) bcf PORTB,3 ; če je rezultat poztiven (C=1) zapremo izhod return end


10.4 Naslov študenta

Ime in priimek: Danijel Konjević

Naslov: Šolska ulica 37

Pošta: 3330 MOZIRJE

Tel.študenta: 040-772-536

e-mail študenta: [email protected]

10.5 Kratek življenjepis

Rojen: 27. januar 1988 v Celju

Šolanje: 1994 – 2002 OŠ Mozirje.

2002 – 2006 Šolski center Velenje, Poklicna in tehniška elektro in računalniška šola, program elektrotehnik elektronik.

2006 – 2011 Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko računalništvo in informatiko, visokošolski študijski program Elektrotehnika, smer elektronika.




Documents

Danijel Konjevi ć