Electronica Azi - HOBBY

NOIEMBRIE, 2012 NUMĂR PILOT

Electronica Azi HOBBY: O nouă abordare

FT232 –ConvertorSerial – USB

Low powerRGB controllerPagina 8

Protecție stațiede amplificarePagina 12

Prima ediție POLIfest a fost de succes:a atras un număr mare de elevi, viitoristudenți, la evenimentele din acest anși a stârnit multe discuții interesanteprintre participanți.

Kit didacticSoluţie pentruîncepătoriScopul acesteiplatforme este de aoferi începătorilormijloacele necesareformării unordeprinderi eficiente șicorecte de programare.

EDITORIAL

Experimentum est mater studiorumStudenții care învață să fie ingineri trebuie să știe că, celpuțin în electronică și sisteme aplicate, expresia latină,Repetitio est mater studiorum, trebuie extinsă laExperimentum est mater studiorum.

Nimic nu este mai important pentru cariera unui viitoringiner ca practica. Desigur, pregătirea teoretică este la felde importantă - fără ea, succesul unui proiect hardwareeste mult mai puțin probabil, dacă nu imposibil.

Din punctul meu de vedere, planul de educare tehnică alunui student trebuie să pornească de la aplicații simple −se folosesc platforme și/sau circuite propuse de alțiipentru a beneficia de experiența lor. Inițial se lucrează pecircuite gata asamblate, dar acest lucru nu aduce valoarede învățare decât pentru scurt timp.

Următorul pas pentru dobândirea competenței ar trebuiesă fie experimentarea pe circuite semi-asamblate, realizareacircuitelor pe scheme și layout-uri realizate de alții.

Pe măsură ce studentul capătă experiență, ar fi ideal sătreacă la proiectarea propriilor circuite, și de aici să înceapăadevăratul proces de învățare și creație, indispensabil uninginer bun.

Un exemplu bun pentru importanța aplicațiilor practiceși, mai ales, pentru valoarea perseverenței în inginerie epovestea unei echipei de studenți pe care am coordonat-o.Aceștia au implementat un robot destinat competițilorde robotică tip line-follower, iar modelul inițial al robo -tului nu a plecat de la linia de start la primul concurs. A doua variantă a câștigat însă locul al III-lea la competițianațională Oradea line-follower.

A treia variantă a ieșit pe locul I la etapa națională a celeimai mari competiții de robotică din România -Robochallenge.

La fiecare etapă, noua versiune a avut mai puține compo -nente cumpărate de-a gata, iar montajele realizate în labo-rator au devenit din ce în ce mai compacte și mai fiabile.Este interesant de observat modul în care au evoluatcircuitele proiectate de studenții mei − cât de elegantă aajuns, dar și cât de performantă și fiabilă este varianta apatra. Despre toate aceasta o să revin însă cu un articol înediția următoare a revistei. Până atunci, vă invit să văjucați cu circuitele propuse de numărul actual al revistei șisă citiți mai ales articolul despre Titan32. Vă va face să văgândiți mai mult la microcontrolere. Have fun!

Daniel Rosnerhttp://eap.cs.pub.ro

EAH

Electronica Azi HOBBY • Noiembrie, 2012 • Număr Pilot

4

Kitul didactic Titan32Soluţie pentru începători

Utilitatea și versatilitatea microcontrolerelor captează din ce în ce mai multe persoane, printrecare numeroși tineri. Astfel a apărut o cerere mult mai mare de soluții care să faciliteze învățareautilizării și programării cu microcontrolere.În momentul actual există numeroase soluții, ele variind din punct de vedere al performanței șia facilităților oferite, al prețului, al scalabilității și al suportului oferit.Printre variantele disponibile unui începător sau pentru proiecte cu o complexitate medie senumară și kitul didactic Titan32. Acesta este o alternativă open source la platformele existentepe piață și a fost realizată de către Adrian Cristea, student la Universitatea POLITEHNICA dinBucurești. Scopul acestei platforme este unul didactic și anume de a atrage cât mai mulți tinericătre acest domeniu și de a le oferi acestora mijloacele necesare formării unor deprinderieficiente și corecte de programare.

Pentru a realiza acest lucru, față de alteplăci de dezvoltare existente pe piață,aceasta se deosebeşte prin folosirea unorcomponente THT de uz general pentru aușura procesul de fabricație și pentru aconduce la un preț scăzut. Totodată, a fostpus accent pe modul de proiectare pentruca sursele proiectului să poată fi folosite caun exemplu de bune practici pentru dez-voltarea unui circuit electronic.După cum spune și denumirea sa, pentru caacest kit să poată fi folosit în scopurieducaționale trebuie ca utilizatorii să poatăavea la dispoziție numeroase noțiuniteoretice și practice despre cum seprogramează un microcontroler, să existe ocomunitate numeroasă de utilizatori care săpoată oferi biblioteci, diverse exemple deaplicații, suport în cazul în care este necesardar și idei noi care să poată fi baza unorviitoare proiecte. Pe lângă aceste lucruri,era necesar ca mediul de programare să fiegratuit, iar limbajul de programare să fie

unul popular. Din aceste considerenteTitan32 a fost construit în jurul unui micro-controler din familia megaAVR, Atmega32.Astfel, nivelul de abstractizare al aplicațiilordezvoltate este unul redus, se poate operadirect cu regiștri microcontrolerului și înacest mod pot dobândi deprinderi corecteși eficiente de programare, utilizândeficient resursele puse la dispoziţie deacest dispozitiv.

DESCRIEREKitul didactic este construit din 7 blocurifuncționale:• Microcontrolerul pe 8 de biți Atmega32(Figura 1.1) care oferă următoarele facilități:frecvența maximă de funcționare de 16MHz, memorie flash programabilă de 32 KB,32 de linii de intrare/ieșire programabile, 2timere de 8 biți și unul de 16 biți, 4 canalePWM, interfață serială, interfață SPI, oscila-tor intern RC, 8 convertoare analog-digitalede 10 biți, întreruperi interne și externe,

interfaţă ethernet, 32 de regiștri de uzgeneral, ș.a. Toate aceste caracteristici facdin acest microcontroler unul potrivitpentru o gamă largă de proiecte cu ocomplexitate scăzută și medie.• Alimentarea circuitului (Figura 1.2) sepoate realiza cu ajutorul unei mufe de ali-mentare sau cu ajutorul unui conector cușurub. Pentru a putea oferi o flexibilitate șio stabilitate mai mare în ceea ce priveștealimentarea, tensiunea de alimentare poatefi cuprinsă între 7V și 20V, iar curentul con-sumat poate avea valoarea maximă de 1Adatorită utilizării circuitului integratLM7805. Acesta este un regulator detensiune care asigură o tensiune constantăde 5V întregului circuit (pentru o tensiunede alimentare cuprinsă între 7 și 20V).Pentru a se evita conectarea inversă aalimentării circuitului în mod accidental, afost adăugată o diodă în serie cu sursa detensiune, iar pentru a se putea realizamodificarea stării circuitului precum și


5

APLICAŢII - MCU

indicarea stării sale, acesta este dotat cu unmic întrerupător și un LED.• În Figura 1.3 este ilustrat modul de realizareal alimentării microcontrolerului. Pentrurealizarea acestui lucru sunt folosite trei con-densatoare care au rolul de a filtraeventualele zgomote sau perturbații alecircuitului și de a asigura o tensiuneconstantă unității de procesare. Cu toate căacest microcontroler are un oscilator internde tip RC care funcționează la o frecvențădestul de ridicată, a fost adăugat și un oscila-tor extern de 16 MHz care asigură un semnalde ceas mai rapid și mai exact decât cel aloscilatorului intern.

El este necesar pentru cazurile în care sedorește funcționarea la o frecvență maimare cu perioade de timp bine definite șipentru a se putea realiza o comunicațiesincronizată cu alte dispozitive. Pentru cazulîn care se dorește repornirea programelor,circuitul dispune și de un buton de resetconectat între pinul corespunzător almicrocontrolerului și masă. Comandaprimită de acest dispozitiv funcţionează pelogica negativă, iar pentru a evita comenzilefalse este folosită o rezistență de pull-upconectată către alimentarea circuitului.• Acest kit didactic poate fi programat îndouă moduri. Primul mod cel în care se

folosește un programator și o interfaţă ISP(In-System Programming – Figura 1.4).Această interfață are 6 pini: de alimentare(+5 și GND), de reset, de date MISO (MasterInput, Slave Output) și MOSI (MasterOutput, Slave Input) și un pin de sin-cronizare (SCK). În procesul de programareunul din cele două dispozitive va fi Master șicelălalt Slave, pe pinul SCK se transmite unsemnal de ceas de către Master pentru caambele dispozitive să fie sincronizate, iarprogramul este transmis pe cele două linii dedate. În urma acestui proces, la fiecare ali-mentare a microcontrolerului acesta va rulaprogramul cu care a fost programat.

• În figura 1.5 este ilustrat un conector USBde tip B cu care kitul este echipat și cuajutorul căruia se poate realiza alimentareași comunicarea cu alte dispozitive folosindacest protocol, dar și al doilea mod deprogramare a platformei. Dacă microcon-trolerul are un bootloader instalat anterior,procesul de scriere a programului înmemoria acestuia poate fi simplificatfolosind interfaţa USB și nemainecesitândun programator. Acest proces are loc lapornirea kitului, atunci când bootloaderulpornește și în cazul în care detectează uncablu USB conectat așteaptă primireaprogramului. Când primește un program îl

scrie la o adresă de memorie disponibilă,iar în cazul în care acest lucru nu se întamplăse execută programul care a fost deja scrisla acea adresă de memorie.• Pentru ca microcontrolerul să poatăcomunica cu alte dispozitive poate fifolosită și interfața seriala (Figura 1.6). Înmomentul de față puține calculatoare mod-erne mai dispun de un conector DB9 și dinaceastă cauză pentru realizarea conexiunii afost preferată folosirea unui pinheader cu 3pini: TX, RX și GND pe care se poateefectua transmiterea și recepționareadatelor și se poate stabili un nivel dereferință comun al tensiunii. Pentru a vedeași fizic că procesul de transmitere șirecepționare al informațiilor funcţionează,circuitul are în componența sa și două LED-uri conectate la liniile pe care se realizeazăcomunicarea.• Kitul didactic a fost conceput pentru aputea fi folosit într-un sistem modular șipentru a putea fi încorporat în alte sistememai complexe. Astfel, placa dispune de 4pinheader-e (Figura 1.7) care sunt conec-tate la cei 32 de pini programabili aimicrocontrolerului dar și la pinii de ali-mentare. Cu ajutorul acestora pot fiadăugate alte module cu funcții diferitepentru ca întregul ansamblu să poatăefectua operații mai complexe (ex:conectarea supraetajată a unei plăci pentrusenzori, a plăcii Titan32 și a unui driver demotoare de curent continuu pentrurealizarea unui robot).Pe lângă aceste părți funcţionale, placa maidispune și de un LED conectat la unul dinpinii microcontrolerului cu ajutorul unuijumper pentru a se putea realiza cu ajutorulunui program simplu testarea integrității șia bunei funcţionări a platformei didactice.

PCBPartea fizică a circuitului (Figura 2) a fostconcepută astfel încăt să poată fi realizată șiacasă de către persoane fără multăexperiență și pentru a fi un exemplu debune practici în design. Pe lângă faptul căpoate fi folosită în diverse proiecte, unul dinscopurile principale al dezvoltării ei a fost caaceasta să poată fi utilizată în scop didactic,pentru ca un începator să o poată realizaacasă, sa înteleagă modul ei de funcționare șisă o poată folosi ușor și eficient. Din acestemotive componentele folosite sunt de tipTHT, pad-urile și traseele sunt groase, fărăunghiuri drepte, sunt prezente via-uri doarîn locurile unde nu a existat o alternativă, iarmajoritatea traseelor sunt pe parteainferioară. De asemenea, placa dispune șide trei găuri de fixare, iar dimensiunea eieste una redusă (aproximativ 75 × 82 mm)

Figura 1 – Schema electronică a kitului didactic Titan32.


6

pentru a putea fi încorporată în proiecte maicomplexe care necesită de asemenea unspațiu consumat mic.Oscilatorul intern adăugat circuitului a fostmontat căt mai aproape de microcontrolerpentru ca semnalele de ceas transmise săfie cât mai puțin afectate de către zgomote.Pinheader-ele cu care se poate realizaconexiunea cu alte module sunt de tipmamă, au o lungime mare a pinilor și au fostdispuse într-un mod standard pentru cainterconectarea să se poată realiza rapid șiușor în mod supraetajat.

APLICAȚIIAplicațiile care pot fi realizate cu acest kitdidactic au o diversitate mare. După cum afost mentionat anterior, acest kit poate fifolosit atât în scop didactic cât și pentruconstruirea unor roboți. Astfel se pot formadeprinderi corecte despre cum se pot citivalorile unor senzori analogici sau digitali,despre cum se pot comanda niște LED-uripentru afișare sau chiar un ecran LCD, cumfuncționează timer-ele pentru a efectuadiverse operații la anumite interval detimp, cum se comandă corect motoare decurent continuu sau cum se modifică corectculoarea unor LED-uri RGB cu ajutorulcanalelor PWM, cum se poate determinafrecvența unui semnal exterior, cum sefolosește interfața serială sau cea SPI pen-tru a comunica cu alte dispozitive, ș.a.Atunci când se adaugă și alte module

acestui kit, pot fi construiți roboți cu o com-plexitate medie: line follower, mini sumo,sumo etc. Pentru realizarea lor mai estenecesară conectarea senzorilor la pinhead-er-ele de extensie sau la un alt modul carese poate conecta cu Titan32 și conectareaunui driver pentru motoare care să poatăasigura puterea necesară pentru bunafuncționare a acestora.

SURSEKitul didactic Titan32 are sursele „opensource” pentru ca oricine sa aibă acces laele, pentru a-l putea construi și utiliza laaplicațiile pe care dorește să le realizeze.Aceste surse, precum și cele ale altor mo -dule care pot fi conectate la placaprezentată pentru a forma un ansamblu cepoate efectua funcții mai complexe pot figăsite și descărcate de la adresa de internet:http://eap.cs.pub.ro/w/?page_id=814. Totla această adresă se pot obține informațiisuplimentare despre modul de fabricare șifuncționare, se pot obține exemple simplede aplicații precum și indicații despremodul de programare. n

Adrian CristeaFigura 2 – Circuit PCB.


7

APLICAŢII - USB

FT232Convertor Serial – USB

Un mod accesibil de a face acest lucruposibil îl reprezintă folosirea convertoruluiUSB – Serial FT232RL (figura 1).

Acesta realizează conversia de tensiune pen-tru protocolul USB, poate transfera datelefolosind nivele TTL ale tensiunii cu o rată de

transfer cuprinsă între 300 baud și 3 Mbaud,iar interfața sa UART suportă 7 sau 8 biți dedate, unul sau doi biți de stop și biți deparitate. El are doi pini (CBUS0 și CBUS1) lacare se pot conecta led-uri pentru a seputea observa când se realizează comuni-carea între module. Datele sunt trans ferateîntre FT232 și USB cu ajutorul pinilorUSBDM și USBDP, iar pentru transmiterea lorcătre dispozitivul care comunică serial sefolosesc pinii TXD și RXD. Alimentarea acestui circuit se realizează cuajutorul mufei USB (care are conectate 2condensatoare cu rolul de a filtra zgomo -tele) iar pentru conectarea cu microcon-trolerul este folosit un pinheader mamă cu3 pini: TX, RX și GND. Acest circuit are o dimensiune redusă deaproximativ 55 x 23 mm (figura 2), el putândfi ușor integrat într-un proiect mai complexfără a reprezenta o problemă în privințaspaţiului consumat. De asemenea, conec -tarea și deconectarea lui se realizează rapid,necesitând conec tarea a două cabluri: celUSB și cel pentru comunicare serială. n

Adrian CristeaPentru a putea realiza comunicarea și con-versia datelor trebuie ca pe calculatorul cucare se realizează conexiunea să fie instalatedriverele de la următoarea adresă de web:www.ftdichip.com/Support/Documents/InstallGuides.htmSursele le puteti găsi la adresa de internet:http://eap.cs.pub.ro/w/?page_id=818

Figura 2

Figura 1Schema electronică a convertorului USB – Serial

În ultima perioadă tot mai puținecalculatoare dispun de o interfață

serială prin care să poată comunicacu microcontrolere. În schimb,

datorită popularității protocoluluiUSB, acesta reprezintă o soluție

viabilă pentru a realiza comunicareași pentru a o înlocui pe cea serială.


8

Suntem doi studenți la Automatică. Cu pasiune pentru electronică, programare și muzică, ne-amhotărât să încercăm realizarea unui gadget care să le reuneasă pe toate. Astfel, folosind tehnicade PWM distribuit, ping-pong buffering, FFT, ceva programare .NET și de AVR, am reușit să neîndeplim scopul. Cum ne-au ajutat cele enumerate mai sus, citiți în continuare.

Proiectul a pornit din dorința de a încercaceva nou, pentru a învăța. Când am avut ocazia să experimentăm cuun anumit driver de LED-uri (folosit aici),ne-am gândit să vedem cât de departepoate duce un astfel de proiect. Rezultatul ne-a depășit așteptările și deaceea dorim să împărțim şi cu voi, cititorii,

un gadget amuzant. După aprindereacâtorva LED-uri, prima idee a fostadăugarea controlului intensității luminii(PWM), apoi a schimbării secven țiale aacesteia (frame-uri) în așa fel încât tranzițiasă fie cursivă. Am căutat astfel de soluțiipentru crearea simplă dar și eficientă aacestora (suport pentru crearea de

animații) și, în cele din urmă, am renunțat laLED-urile albe folosite la teste în favoareacelor RGB și am trecut la controlul prinintermediul calculatorului după un elementdinamic al mediului. La întrebarea “Care este acel element?”răspunsul a venit de la sine destul derepede: după sunet.

Figura 1 – Schema electronică Low power RGB controller.

Low power RGB controllerProiect hobby


9

APLICAŢII - LED

IMPLEMENTAREAbordarea proiectului a implicat, bine -înțeles, două părți: o parte electronică(fizică) şi una de programare (virtuală).Realizarea fizică ține de electronică și apli-carea ei într-un mod elegant. Sigur, sepoate face ceva similar folosind un Arduinoși câteva shield-uri, eventual un bread-board și totul să fie conectat prin 1245423fire și să semene cu ce rezultă dineviscerarea cu un fierăstrău a lui C3PO. Noiam decis să lucrăm elegant, integrat și ieftin.Driverul folosit, M5450, poate conduce 34de canale limitate intern la 15mA, comuni-carea cu sursa de date fiind realizată serialprin doar doi pini - clock și data. Rezultatula fost o plăcuță de doar 60 × 80 mm cepune aproape totul la dispoziție.Alimentarea este flexibilă, avem posibi -litatea selecției modului de funcționare,posibilitatea reprogramării microproce -sorului, ieșirea serială pentru comunicareacu calculatorul, și nu în ultimul rând, cei doiconectori IDC, ce asigură conexiunea pen-tru fiecare LED în parte.Partea de programare a fost nevoită să uti-lizeze la maxim sistemul fizic, urmărind caprim obiectiv eficiența.Aplicația (care este open-source) estescrisă în C#, folosește biblioteca de pro -cesare a sunetului Bass.NET, și este oferităca exemplu de utilizare pentru comuni-carea cu dispozitivul. Ea poate fi modificatăconform nevoilor sau dorințelor utilizatoru-lui (spre exemplu, maparea LED-urilordupă instrumente, nu după frecvență).

TEHNICI FOLOSITEDeoarece driver-ul este limitat la o frecvenţămaximă de 500kHz, optimizarea codului pemicrocontroler a inclus următoarele tehnici:

• Ping-pong buffering (page flipping):presupune folosirea a două buffere pentruprelucrarea și afișarea datelor. Cât timp se“scrie” într-unul din buffere, celălalt esteafișat, iar când scrierea este gata, doar seinversează pointerii celor 2 buffere, evitândcopieri de date ineficiente.• PWM distribuit: spre deosebire dePWM-ul clasic, care împarte un ciclu în 2secvenţe bine delimitate: cea de nivel ‘1’logic și cea de ‘0’ logic, PWM-ul distribuit

intercalează cele 2 secvenţe pentru asimula o frecvenţă mai mare. Astfel, într-unciclu va fi o secvenţă de ‘1’ și ‘0’ completatăcu o secvenţă constantă în funcție de fac-torul de umplere. Spre exemplu: pentru unciclu cu rezoluție de 3 biți și un factor deumplere de 5/8, ordinea finală în ciclu va fi:‘1010 1011’.

Pentru prelucrarea sunetului în aplicația depe calculator:• Fast Fourier Transform (FFT), cea mairăspândită familie de algoritmi deprelucrare a datelor, folosită aici pentru atransforma sunetul produs de calculator îndate utile pentru prelucrarea și transfor-marea în coordonate a culorilor. Pentru asta am folosit biblioteca Bass.NET(explicația pentru splash - screen-ul de lapornirea aplicației).

LED-urileO provocare importantă a fost alegereaLED-urilor deoarece nu putem să nu ținemcont de caracteristica curent-tensiune.Aceasta diferă în funcție de putereaconsumată, și chiar având LED-uri de aceeașiputere, caracteristica este diferită la culoridiferite ale LED-urilor.


10

Fiecare opțiune pentru LED-uri ar fi pusprobleme la tensiunea de alimentare șicurentul suportat de fiecare LED în parte,placa nu ar fi putut fi făcută într-o variantăde uz general întrucât rezistențele trebuiaucalculate pentru fiecare culoare în partepentru a asigura redarea corectă acombinațiilor de culori. Am eliminat această problemă prinfolosirea benzilor de LED-uri RGB, tot mairăspândite în comerț.

Avantajele aduse de acestea sunt multiple -au alimentare fixă la 12V, au rezistențeleincluse pe bandă, iar conectarea implică 4pini - anodul comun legat la alimentare și 3pini pentru fiecare culoare conducând și lao conectare favorabilă. Fiecare conectorIDC găzduiește 20 de conexiuni împărtițeîn 5 grupuri ce se conectează direct labanda cu LED-urile RGB.Driverul doar limitează curentul la 15mApe canal asigurând flexibilitate în alimenta-

rea LED-urilor. Prin mufa de alimentareputând fi conectat orice alimentator între 5și 30V, minim 600mA.Prin conectorul cu șurub, tensiunea estestabilizată la 12V.

FUNCŢIONAREÎn varianta actuală, “free-running”, jocul delumini se alege din comutatorul cu optpoziții prezent pe placă. În variantaconectată la calculator, jocul de lumini va fisincronizat cu frecvențele sunetului venitede la sursa selectată. Aplicația de calculatorasigură comunicarea cu placa, permitealegerea culorilor de variație și intervalulfrecvențelor pentru fiecarui glob în parte.Interfața plăcii dispune de 3 pini de intrarepentru comunicarea serială și este nevoie deun convertor serial pentru conectarea întrecalculator și placă. Modificarea luminozitățiiLED-urilor poate fi făcută direct de pe placă,prin potențiometrul legat la pinul de bright-ness al driverului de LED-uri.

ÎMBUNĂTĂȚIRI VIITOAREPe viitor dorim să conectăm mai multe LED-uri și să realizăm o rezoluție mai bună aculorii. Trebuie analizat dacă alegerea unuialt controler este absolut necesară.Dispozitivul ar putea fi conectat wireless lacalculator. Deoarece plăcuța expune piniide serial ai microcontrolerului, se poatefolosi orice interfață care comunică pe acestprotocol. Deci, ar fi posibilă eliminareaconectării fizice dintre dispozitiv şi calcula-tor prin intermediul unui modul wireless.Pentru început, a fost aleasă o imple -mentare SMD deoarece am urmăritrealizarea unei variante compacte, pentru aputea fi pusă într-o eventuală carcasă. O variantă DIP sau altă variantă cuposibilitatea conectării unor LED-uri maiputernice, până la 100mA pe canal, pot fiușor derivate din schema curentă. n

Andreea BeciuOvidiu-Marius Alexandru

Prima ediție POLIfest a fost de succes – a atras un număr mare de elevi, viitori studenți, la evenimentele din acestan și a stârnit multe discuții interesante printre participanți.Standul de robotică și hardware, organizatde Facultatea de Automatică și Calcula toareîn colaborare cu Facultatea de Energetică șiclubul RobotiqueFF, a fost în centrulatenției. Un număr mare de elevi curioși s-auînghesuit să afle secretele tehnologiilor dinspatele proiectelor hardware. Cel mai multau atras atenția roboții de line-follower șimini-sumo; în timp ce roboții de viteză îșiexersau talentele acrobatice pentru a scoatecei mai buni timp pe trasee, roboții de mini-sumo își etalau forța de luptă. Roboții aufost însă doar o parte din proiectele reali -zate în cadrul labora toarelor de pregătirepentru concursuri hardware din cadrul ACS

– Centru de performanță în InGinerieelectrică: Energetică, Automatizări șiRobotică din UPB (http://eap.cs.pub.ro),respectiv Laboratorul Wonderbots(http://wonderbots.cs.pub.ro). La standul de robotică a fost prezentatpentru prima oară și kit-ul educațional dez-voltat în cadrul centrului de performanțăInGEAR, pe care îl puteți găsi detaliat înnumărul curent al revistei de hobby. Eleviiparticipanți la eveniment au fost curioși, aupus multe întrebări, iar noi sperăm să îireîntâlnim curând ca studenți în inginerie –cu microbul electronicii și sistemelor încor-porate în sânge.


12

PROTECȚIE STAȚIE DE AMPLIFICAREDescriere funcțională a schemei

Partea esențială a acestei scheme estecuplarea releului de 24V la un curentconsumat de stația de amplificare cedepășește valoarea de:

unde: VBE =0,65V pentru Q1 și Q3, iar R10, R11 = 0,18Ω

Atunci Iconsumat = 3,61A, ceea ce înseamnă oputere consumată de amplificator de126W pe canal. Pentru un randament alamplificatorului de 80% și puterea de ieșirede maximum 75W ar rezulta o puteremaximă consumată de 93,75W.

Dacă amplificatorul consumă 126W (ca înexemplul de mai sus) atunci există undefect sau o creştere exagerată a distorsiu -nilor. Această schemă de protecţie vaacționa prin blocarea alimentării amplifi -catorului și va declanșa iluminarea LED-urilor D5 și D7 de culoare roșie.

Dacă curentul consumat pe una dinramurile de alimentare, un curent mai maresau egal cu Iconsumat din exemplul de maisus, atunci Q3 respectiv Q1 se deschiddeterminând prin D3 respectiv Q4 și D1deschiderea tiristorului Q2 și mai departeanclașarea releului de 24V, care la rândulsău blochează alimentarea amplificatorului.

În funcționare normală, LED-urile deculoare verde D4 și D6 iluminează.

STABILIZATOR ALIMENTARESTAȚIE DE AMPLIFICAREDescriere funcțională a schemeiAcest stabilizator menține constantă ten -siunea la ieșire pentru un curent pe ramurăde 2,5A și o tensiune reglabilă în plaja (25 –30)V. Este un stabilizator cu amplificator deeroare și comparator realizat cu Q3 respectivQ4. Ca element stabilizator de referință sefolosesc diodele stabilizatoare de tensiuneD2 respectiv D1. Tranzistoarele Q8 respectivQ7 sunt utilizate pe post de generator decurent constant de aproximativ 28,67mA șiadmițând un curent prin dioda D2 respectivD1 de 14mA, atunci curentul prin bazatranzistorului Q6 (respectiv Q5) va fi deaproximativ 14mA. Grupul de tranzistoare Q1 și Q6 respectivQ2 și Q5 sunt în montaj Darlington cu fac-torul de amplificare în curent de βQ6 × βQ1

respectiv βQ5 × βQ2.

Figura 1 – Schema electronică protecție stație de amplificare audio

PCB - Protecție stație de amplificareaudio 2X (50 – 75)W - partea placată

PCB - Protecție stație de amplificareaudio 2X (50 – 75)W - inscripţionare şi

aranjarea componentelor -

PCB - Protecție stație de amplificareaudio 2X (50 – 75)W - partea plantată

PCB - Stabilizator stație de amplificareaudio 2X (50 – 75)W - partea placată

PCB - Stabilizator stație de amplificareaudio 2X (50 – 75)W - partea plantată

Protecție şi stabilizator alimentarestație de amplificare audio2 × (50 – 75)W

Electronica Azi HOBBY • Noiembrie, 2012 • Număr PilotAPLICAŢII - ANALOG

Tranzistoarele Q1 și Q6 respectiv Q2 și Q5au un factor minim de amplificare în curentde β = 20, deci factorul total pentru montajulDarlington este βtot = 400. Curentul de ieşire din fiecare ramură esteIieş =14mA × βtot=14×10-3×400 =5,6ª decicurentul de ieșire maxim este asigurat.

DESCRIEREA FUNCŢIONALĂ A ÎNTREGULUI SISTEMPentru a înţelege cum funcţionează întregulmontaj, va trebui să ne imaginăm la intrare înschema din figura 1 - adică punctele notateîn schemă cu 25V~/3A (sus), GND 0V şi25V~/3A ( jos) - conectarea unui trans -formator cu primarul 230Vca şi secundaruldiferenţial (adică înfăşurare secundară cupriză mediană şi în antifază faţă de mediană)cu tensiunea de 2×25Vca la un curent deieşire de 3A pe fiecare ramură.

Puntea redresoare D8 are pe fiecare diodăinternă montat în paralel câte uncondensator notat în schemă C3, C4, C5 şiC6 pentru diminuarea perturbaţiilor ce sepot propaga la intrarea de semnal mic aamplificatorului ce urmează a fi alimentat.Rezistorii R16, R17 sunt montaţi pentrudescărcarea condensatoarelor de filtraj C1respectiv C2 la decuplarea de la reţeaua dealimentare (230Vca). Calcularea valorii condensatoarelor defiltraj C1, C2 este următoarea:

unde: I este curentul consumat deamplificator [A], f este frecvenţa la carelucrează condensatorul de filtraj (50Hzpentru redresarea monoaltrenanţă şi 100Hzpentru redresarea dublă alternanţă), Δu este

riplul maxim pe care îl admitem la curentul I.Exemplu: I = 3A, f = 100Hz şi Δu = 3V,atunci:

Dacă tensiunea de intrare este 25Vca atunciUCmax = 35,356V, iar la un consum de 3Atensiunea minimă pe condensatorul cucapacitatea de 10.000μF va fi de UCmin =32,356V. O particularitate a schemei este că dacăsiguranţele F1 şi/sau F2 sunt întrerupte;atunci montajul la punerea în funcţiune vaaprinde LED-urile D5 şi D7 de culoare roşieşi, în acelaşi timp, nu permite alimentareaetajului următor (stabilizator figura 2) şiimplicit alimentarea amplificatorului(protejarea acestuia). Ieşirea schemei dinfigura 1 - adică punctele notate în schemăcu +35Vout, GND 0Vout şi –35Vout seconectează la schema din figura 2 astfel:+35Vout cu +35V/3A, GND 0Vout cu GND şi –35Vout cu –35V/3A.Potenţiometrele semireglabile R9 şi R10sunt utilizate pentru reglarea tensiunii deieşire în limitele (25 ÷ 30)V. Calculul tensiunii de ieşire este următorul:- Pentru ramura de +(25 ÷ 30)V/2,5A avem:

- Pentru ramura de –(25 ÷ 30)V/2,5A avem:

Valeriu Savu

PCB - Stabilizator stație de amplificareaudio 2X (50 – 75)W - inscripţionare şi

aranjarea componentelor -

Figura 2Stabilizator stație de amplificare audio.

Factorul de amplificare în curent pentru:Q1 şi Q2 minim 20Q5 şi Q6 minim 20Q3 şi Q4 minim 100Radiatoarele pentru Q1 şi Q2 vor aveaminim 100 cm2

= 10.000μF.


14

Sistemul are ca scop protecţia încăperii de:• Infractori • Incendiu • Scurgere de gaz •Scurgere de apă Prin intermediul unui telefon vechi, şi anumeSiemens M65, având pinii de ieşire uşoraccesibili şi un conector vechi, l-am unit lamicrocontrolerul Atmega8, comunicând prininterfaţă UART. De fiecare dată când dateleunui senzor depăşeau limitele pe care ledefineam în program, acesta suna la primulnumăr înregistrat în cartela SIM.Pentru această aplicaţie am utilizat următoriisenzori: DS18b20, un senzor de gaz de tipulM1-02 (deoarece nu am avut posibilitateade a-l calibra, am introdus doar o valoare deprag pentru ADC ca să-mi declanşeze alarma),

un senzor magnetic la uşă şi ferestre. De asemenea, pe plăcuţă am pus şi unbuzzer cu un switch în cazul în care sedoreşte utilizarea lui. Independent desenzorul care declanşează alarma, el emiteun sunet de diferite frecvenţe.Pe plăcuţa de circuit am mai pus 3 LED-uri:unul pentru power, al doilea se aprinde încazul în care detectează telefonul (microcon -tro lerul transmite secvenţa de verificare a pre - zenţei telefo nului, o dată la 2 sec) şi al treileaîn cazul în care se declanşează o alarmă.Pinii portului C al microcontrolerului i-amconfigurat ca pini analogici, pentru fiecarepin putând fi aplicată o limită de declan şarea alarmei. Deoarece circuitul este alimentat

la tensi unea de 5V, a fost necesar să imple-mentez un level shifter de la 5 - 3,3V pentrupinul de transmisie a datelor către telefon. Senzorul de temperatură a fost conectat lapinul PD4. Portul B a fost utilizat pentrudirijarea releelor, cu bobina alimen tată la5V. De asemenea, fiecare releu are şi un LED

pentru a indica starea lui, deschis sau închis.Alimentarea întregii plăci se efectuează dela un încarcator Nokia vechi. Când circuituleste alimentat de la reţea, bateria tele fo -nului se încarcă de la sursa de alimentare de5V. În lipsa curentului, circuitul foloseştetensiunea bateriei tele fonului prelungindastfel funcţionarea sa.Frecvenţa controlerului am ales-o de7.3728MHz, pentru a funcţiona fără erori latransmisia datelor către telefon.

Cablajul l-am realizat în Eagle 5.

Ruslan Platon

Figura 1Schema electronică a sistemuluide securitate multifuncţional.

Sistem de securitatemultifuncţional pentruprotecţia unei locuinţe

Cu aces proiect am dorit să creez o soluţie ieftină care să mă avertizeze în cazul în careîn apartament s-ar întâmpla o situaţie neplăcută.

Electronica Azi - HOBBY

Documents

Transcript of Electronica Azi - HOBBY