A/D konvertor unutar mikrokontrolera se uglavnom dizajnira tako da vrši konverziju signala u naponskom opsegu jednakom naponu napajanja samog mikrokontrolera. Opseg od , na primer 0 – 5 V, se pretvara u digitalnu reč sa n-bita, gde je n uobičajeno broj 8, 10, 12. Veći broj n donosi manji kvantni nivo. Kvantni nivo je jednak najmanjem priraštaju analognog signala koji A/D može detektovati tj. to je vrednost LSB u izlaznoj digitalnoj reči. Uvećanje broja n donosi bolju rezoluciju i preciznost, ali uvećava cenu mikrokontrolera. Iskustvo pokazuje da je n=10 (rezultat u opsegu Vmin → 0 Vmax →1023) dovoljno za merenje u većini pogona i industijskih procesa.

 U elektromotornom pogonu se mnogi proračuni moraju vršiti u realnom vremenu tako da je vreme A/D konverzije jednog signala veoma bitan podatak. Vreme jedne konverzije ADC modernog DSP oko 200 ns, u slučaju više sukcesivnih konverzija sledeća traje samo 80 ns. Vreme konverzije ADC u tipičnog mikrokontrolera je reda veličine 1 µs.

 Postoje dva osnovna tipa A/D konvertora:

• Flash A/D konvertori: Konverzija je izuzetnog brza jer za svako stanje postoji odgovarajući komparator. Za Flash A/D treba puno hardvera, tako da su jako skupi. Često su brži i od samog procesora. Inicira se AD konverzija i u sledećoj naredbi rezultat je već spreman. Zbog cene se uglavnom se ne ugrađuju ni u mikroprocesore ni u DSP.
• A/D konvertor sa metodom sukcesivnih aproksimacija. Više se koristi pošto se izgrađuju sa manje hardwera pa su pristupačnije cene. Rade postepeno, odlučuju za svaki bit rezultata posebno, bit po bit, počevši od MSB. Rade na osnovu internog clock signala, zahtevaju dodatno S&H kolo da se nivo signala ne promeni tokom konverzije. Način konverzije ih čini relativno su sporim ali ta brzina (čak i ispod 100 ns za konverziju) je sasvim dovoljna za većinu primena. Mikrokontroler je uglavnom brži od A/D konverzije, tako da koristi handshake signali (signali rukovanja) kao što su START CONVERSION i BUSY (ili prekid) da bi se sinhronizovao rad CPU sa A/D konvertorom.

 Tipična primena A/D sa metodom sukcesivnih aproksimacija u sklopu mikrokontrolera

 A/D konvertor sa metodom sukcesivnih aproksimacija ne može trenutno da izvrši konverziju signala. Ovaj A/D konvetor u svakom ciklusu internog clock signala odlučuje o jednom bitu rezultata, za 10-bitni konvertor treba barem 10 clock ciklusa. Ovaj tip A/D konvertora zahteva na svom ulazu dodatno sample&hold kolo (S&H- odabirač i zadržač signala) na čijem se izlazu zadržava isti nivo signala tokom konverzije. Sa strane CPU, takoñe je neophodna dodatna logika koja sinhronizuje rad CPU i sporijeg A/D konvertora. CPU definiše trenutak starta A/D konverzije (signal START), ali kraj iste signalizira sam A/D konvertor (signal BUSY ili mehanizam prekida).

  Radi dalje uštede pri izradi mikrokontrolera, koja rezultuje u nižoj ceni, uglavnom se ugrađuje samo jedan A/D konvertor u mikrokontroler. Merenje (A/D konverzija) više analognih ulaza se omogućuje primenom analognom multipleksera, koji u odgovarajućem trenutku prosleđuje izabrani analogni signal ka jedinom A/D konvertoru. Postoje jeftinije varijante ovog sistema sa jednim S&H kolom na ulazu A/D konvertora, i više, na svakom analognom ulazu po jedno S&H kolo. Druga varijanta je skuplja ali omogućuje istovremeno odabiranje više veličina (veoma važno!).

 Na sledećoj slici br.1 je prikazan blok dijagram tipičnog sistema za A/D konverziju. Pored samog A/D konvertora, prikazano je i S/H kolo, signala za sinhronizaciju rada CPU i A/D, kao i analogni multiplekser.

Slika 1 Tipičan blok u sklopu mikrokontrolera za A/D konverziju više analognim ulaza

Na slici br.2 je prikazan algoritam rada sa prikazanim sistemom za A/D konverziju.

Slika br.2 Tipičan algoritam rada sa A/D sistemom

The post Analogno/digitalni konvertor – A/D konvertor appeared first on Automatika.rs.

Kontroler prekida

 U mikrokontrolerskom sistemu postoji više izvora prekida. Rad CPU ponekad treba prekinuti ako je jedan od brojača odbrojao, ili kada je neki impuls detektovan, kada je A/D konverzija završena, kada je pristigao podatak sa serijske veze, itd. U principu, svaka periferija ima nekoliko svojih razloga za prekid.

 Neko treba da kontroliše sve ove izvore prekida. Taj neko je interrupt controller , kontroler prekida. Uobičajeno je da ovaj kontroler poseduje barem dva konfiguraciona registra. Jedan je registar kojim se dozvoljava ili zabranjuje pojedini izvor prekida (jedan bit za jedan izvor, 1 – prekid je dozvoljen, 0 – prekid je zabranjen). Obično postoji i globalni bit dozvole, na slici dole EA (enable all). Ukoliko EA nije setovan, ni jedan prekid nije dozvoljen. Drugi registar služi za podešavanje prioriteta pojedinih prekida. Ovim se definiše koji se prekid prvi servisira, i da li neki prekid može prekinuti prekid koji se trenutno servisira. Kod složenih jedinica postoji i dodatni konfiguracioni registar, koji služi za podešavanje načina rada kontrolera prekida, podešava se dozvola ili zabrana ugnježnjavanja prekida, podešava se da li su prekidi aktivni na nivo ili na ivicu, itd…

Slika br.1 Kontroler prekida kod mikrokontroler 8051

Watchdog timer

 Watchdog je u osnovi potpuno nezavisni sistemski brojač (može biti 16-bitni, 32-bitni). Jednom dozvoljen njegov rad, postavlja ovaj brojač u režim neprekidnog brojanja ka gore. U momentu kada watchdog dostigne unapred zapisanu vrednost generiše se reset signal za µC. Da se ovo ne bi desilo, korisnički program mora periodično da osvežava odgovarajući registar (ili registre) watchdog sistema, i da time inicira reset brojačkog sistem na početnu poziciju. Ukoliko korisnički program ovo ne uradi , smatra se da je program ‘odlutao’, da sistem nije više stabilan i da je najbolje resetovati µC. Jednostavan primer za ovu situaciju je greška u čitanju jednog bita adrese skoka. Ovo je moguće usled šuma u sistemu, uglavnom nastaje usled loše projektovane procesorske pločice. Program se grana na lokaciju koja nije predviñena, tamo nema programa , obično se takve instrukcije tretiraju kao NOP, program ne radi ništa predviñeno, a ujedno ni ne osvežava watchdog i watchdog resetuje sistem.

Slika br.2  Način rada watchdog timer-a

POR – Power on reset

 Svi µP, µC ili DSP su predviñeni da rade u odreñenom opsegu napajanja. Uobičajeno jednosmerno napajanje potrebno za µP i µC je 5V, ±10%. Uobičajeno jednosmerno napajanje za novu generaciju DSP je 3,3V, ±10%. Prilikom uspostavljanja napajanja, kao i prilikom nestanka, jednosmerni napon vrši ekskurziju od ili ka 0V. U tom režimu rad CPU, memorije, kao i svih ostalih delova sistema je potpuno nedefinisan, i može prouzrokovati neželjene izlazne signale. Ovo je veoma opasno, pogotovo za mikrokontrolerski sistem koji kontroliše rad celokupnog elektromotornog pogona. Da bi se ovaj problem rešio, u µC ili DSP se ugrañuje dodatno kolo (POR) koje zadržava ureñaj u resetu dok se ne postigne potrebni nivo napajanja. Ukoliko ureñaj ne poseduje ovo dodatno kolo problem je moguće rešiti spoljašnjim POR kolom.

Slika br.3 Primer dodavanja spoljašnjeg POR kola

The post Šta je kontroler prekida, watchdog timer i POR-Power or reset kod mikrokontrolera? appeared first on Automatika.rs.

RS232 standard

RS232 bit stream

 Slika br.1 Logički i naponski nivoi tipičnog RS232 paketa bitova. Prikazani paket prenosi 8 bitova (jedan 8 bitni karakter, 0xA6), kao primer je uzet bit parnosti 1, koriščen je samo jedan STOP bit

Half i Full duplex RS232 komunikacija

RS232 Fizički nivo

RS232 Naponi

 Maksimalna dužina kabla

The post Serijski protokol – RS232 protokol appeared first on Automatika.rs.

Realizacija digitalnog sata sa kalendarom i termomertrom je moguća korišćenjem Microchip PIC16F628 mikrokontrolera i DS18S20 i DS18B20 Maxim IC temperaturnog senzora. Hardver je prilično jednostavan pošto sadrži samo PIC mikrokontroler, DS18S20/DS18B20 senzor, 4×7 segmentni LED displej sa zajedničkom anodom, četiri 2N3906 tranzistora i nekoliko otpornika.

Princip rada

 Kada se uređaj uključi prvi put, sat se održava 8 sekundi, zatim datum 2 sekunde i na kraju se temperatura pokazuje u trajanju od 3 sekunde. Sat ima četiri tastera, pri čemu se jednim određuje režim rada, drugim se uvećavaju vrednosti, treći služi za smanjivanje vrednosti i na kraju dolazi reset. Ako ne želite taster za resetovanje samo povežite pin na +5V. Ono što se može podešavati je:

• ho -> – čas, od 0 do 23,
• nn -> – minuti, od 00 do 59,
• dd -> – dan datuma, od 1 do dani/mesec, u zavisnosti od meseca i godine,
• dn -> – mesec datuma, (JA FE |¯|A AP |¯|Y JU JL AU SE oc i dE ili 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12, u zavisnosti od dt podešavanja),

• dy -> – godina datuma, od 00 koje se odnosi na 2000. do 99 koja se odnosi na 2099,
• dt -> – tip podataka, može biti 1 ili 2, za 1 se za označavanje meseci koriste slova a za dt tip 2 se koriste brojevi,

• tt -> – vreme u sekundama, za prkazivanje vreme/sat, od 2 do 99,
• td -> – vreme u sekundama za prikazivanje datuma, od 0 do 99, pri čemu se za vrednost 0 datum ne prikazuje,
  

• tE -> – vreme u sekundama za prikazivanje temperature, od 0 do 99, pri čemu se za vrednost 0 temperatura ne prikazuje,

• Sh -> – kalibracija sata podešavanjem sekundi naviše (vidi ispod),
• Sl -> – kalibracija sata podešavanjem sekundi naniže (vidi ispod).

The post Digitalni sat/kalendar/termometar appeared first on Automatika.rs.

Relej predstavlja uređaj koja služi za prekidanje ili uspostavljanje strujnog kola. Prekid nastupa kada se na kalem dovede struja. U opštem slučaju, struja se mora konstantno dovoditi na kalem, radi održavanja kontakta, dok impulsni relej „pamti“ i reaguje samo na trenutnu vrednost struje. Drugim rečima, električni impuls do kalema rezultuje paljenjem kontakta, dok sledećim električnim impulsom dolazi do gašenja kontakta.

Opis

 Digitalni impulsni relej predstavlja elektronski sklop koji verno oponaša osobine impulsnog releja sa mehanizmom zupčanika. Prvim pritiskom tastera relej se uključuje, a drugim isključuje. Prednost ovog sklopa je to da se može koristiti u centralizovanom sistemu za kućnu automatizaciju. Još jedna prednost je niža cena u odnosu na impulsni relej sa zupčanikom. Na digitalni impulsni relej ne utiče električni šum, a konekcija između tastera i kola se može postići kablom bez zaštite bilo koje dužine.

Šema

 Osnovna komponenta kola je IC1 (CD4017). Pri povezivanju tastera, prisutan je i optoizolator, komponenta koja služi za prenos električnih signala između dva izolovana kola, uz pomoć svetlosti.

 Prvim pritiskom bilo kog tastera dolazi do uključivanja opto-izolatora do GND u IN stanje. Izlazni signal iz opto-izolatora se pojačava tranzistorom Q1 (BC557), zajedno sa C1, R3 i R4. Tako pojačani signal se dovodi na takt (pin 14) dekadnog brojača IC1 (CD4017), stanje brojača se povećava za 1 i relej se uključuje (stanje ON). Tranzistor Q2 (2N2222) povezan na pin 2 IC1 dovodi napon od 12V. LED1 prikazuje ON/OFF stanja. Drugim bilo kojim pritiskom tastera, relej se isključuje. Ako pomoću LE didode, D2, povežemo pin 4 da resetuje pin CD 4017, brojač se vraća u inicijalno stanje, i spreman je za sledeći pritisak tastera, za uključivanje. Komponente C2 i R6 održavaju napon od 12V za Reset pin, tokom napajanja kola, dok se C2 ne napuni na 12V.

 Promena stanja (IN/OUT ) kolektora tranzistora Q2 se koristi u sistemima mikrokontrolera (GSM daljinsko upravljanje, WEB kontrola i slično). Napon napajanja kola je DC napon od 12V. U standby režimu, kada je relej isključen, digitalni impulsni relej troši 0V.

Instalacija

Lista delova

IC1 – CD4017
Q1 – BC557
Q2 – 2N222
OK1 – PC818 (opto – izolator)
D1 – 1N4004
D2 – 1N4148
R1 – 3 K
R2 – 100 K
R3 – 1K
R4 – 10 K
R5 – 1 K
R6 – 100 K
R7 – 1 K
C1, C2 – 100 nF
C2, C3, C4, C5, C6 – 1μf/25V
LED1 – LED dioda
K1 – 12V relej

 Impulsni relej ima dva stanja (označava se kao bistabilan). Kada nema struje, relej ostaje u poslednjem stanju, dok prvi impuls na kalem uključuje relej, sledeći impuls ga isključuje. Ovaj tip releja ima prednost pošto jedan namotaj troši struju samo za trenutak, dok se uključi.

The post Digitalni impulsni relej appeared first on Automatika.rs.

Svesno ili nesvesno, RFID (Radio Frequency IDentification) tehnologiju koristimo u svakodnevnom životu. Služi nam umesto ključa za otvaranje automatskih brava, za identifikaciju itd. RFID sistem se sastoji iz dva dela: taga i prijemnog modema. Kada RFID tag dođe u domet prijemnog modema, tag se aktivira i šalje svoj jedinstveni identifikacioni kod prijemnom modulu. Ovaj članak pokazuje kako se prijemni modul povezuje sa Atmelovim ATmega16 mikrokontrolerom.

 RFID modul koji ćemo korisitti u ovom projektu daje jedinstveni 12-bajtni kod, u serijskom RS232 formatu logičkih nivoa. Zbog toga, između RFID modula i mikrokontrolera moramo koristiti integrisano kolo MAX232, koje ima ulogu u konvertovanju naponskih nivoa. Šema veze modula i mikrokontrolera prikazana je na slici 1. GND pinovi kola MAX232 i serijskog izlaza RFID modula moraju biti povezani. Prijemni pin modula se povezuje sa predajnim pinom MAX232 i obrnuto. Treba napomenuti i da, ako je izlaz RFID mnodula u TTL formatu, tada nema potrebe za MAX232 kolom. U tom slučaju, izlaz modula i mikrokontroler se povezuju direktno.

Slika 1. Električna šema uređaja

Na kraju teksta dat je kod za mikrokontroler. Ovde ćemo samo opisati funkciju koja “skuplja” podatke sa serijske komunikacije, a koje šalje RFID modul. Ova funkcija data je u nastavku:

void getcard_id(void) // Function to get 12 byte ID no. from rfid card

{

for(i=0;i<12;i++)

{

card[i]= usart_getch();// receive card value byte by byte

}

return;

}

 Kao što vidimo, funkcija je veoma jednostavna. Sastoji se iz jednog for ciklusa, u kome se u niz upiše 12 bajtova pristiglih sa RFID modula. U nastavku, na snimku možete videti kako uređaj radi.

Ovde možete preuzeti kod za mikrokontroler.

The post Kako povezati RFID i AVR mikrokontroler appeared first on Automatika.rs.

2. REZULTATI SIMULACIJE

Model sistema je rađen u programskom paketu Matlab odnosno delu tog paketa, Simulink-u. Model se sastoji iz tri dela. Pri izboru regulatora odlučeno je za PI regulator jer poseduje osobine koje su dobre za regulaciju temperature. Proces regulacije temperature u ovom sistemu je spor, a D regulator reaguje samo na brze promene dok spore i dugotrajne promene ne prouzrokuju nikakvo dejstvo ovog regulatora i zato ga ne koristimo.

Na slici 2.1. je prikazan blok PI regulatora. Na ulaz PI regulatora se dovodi razlika zadate (željene) i merene temperature koja se dobija sa senzora. Na izlazu regulatora dobijamo signal koji dalje prosleđujemo na kolo za poređenje.

      Slika 2.1. Blok PI regulatora realizovan u Matlab-u

Model pretvarača tj.bloka  koji na izlazu daje PWM signal,  je prikazan na slici 2.2.

Slika 2.2. Model pretvarača 

Podešavanje napona na grejaču je  realizovano preko bloka koji nam na izlazu daje PWM signal. PWM signal je dobijen poređenjem trougaonog signala periode 6 sekundi i signala faktora ispune koji je dobijen na izlazu PI regulatora.

Model grejača je prikazan na slici 2.3.

Slika 2.3. Model grejača

Rezulatati simulacije prikazani su na procesu gde je model grejača predstavljen funkcijom prenosa (izraz 1) 

  (1)

Savremena rešenja standardnih PI regulatora omogućavaju podešavanje svih parametara [2,3] koji određuju intenzitete pojedinih dejstava regulatora. Često se podešavanje vrednosti ovih parametara u konkretnoj regulacionoj petlji vrši na osnovu praktičnog iskustva, pošto kompletan proračun u većini slučajeva nije moguće izvršiti zbog  nedovoljnog  poznavanja strukture i parametara objekta upravljanja.

Rezultati simulacije su dobijeni na osnovu tri najčešće korišćene metoda za podešavanje parametara PI regulatora.

Izabrane metode su Ziegler – Nichols – ova metoda,  metoda modulnog optimuma i metoda simetricnog optimuma.

Odzivi sistema prikazani su na slikama 2.1, 2.2. i 2.3. respektivno a vrednosti parametara PI regulatora podešeni po pomenutim metodama, u tabeli 2.1.

Za potrebe simulacije, kao referentna vrednost temperature, izabrana je temperatura koja iznosi 50o C a opseg  temperature u kojem su prikazani rezulati je između 0 o C i 100 o C.  U realnim uslovima taj opseg bi mogao biti manji ali je za simulaciju izabran širi opseg.

   Tabela 2.1. Vrednosti parametara PI regulatora 

Slika 2.1. Odziv sistema dobijen na osnovu podešavanja parametara po Ziegler-Nichols-ovoj metodi

Odziv sistema prikazan na slici 2.1. je dobar jer nema preskoka i nema velikih oscilacija oko željene temperature ali ipak nije zadovoljavajući jer je dosta spor. Posmatrajući karakteristiku može se primetiti da se željena temperatura jako sporo postiže. 

Slika 2.2. Odziv sistema dobijen na osnovu podešavanja parametara po metodi modulnog optimuma

Posmatrajući karakteristiku sa slike 2.2. može se primetiti da je došlo do preskoka tj.odstupanja u odnosu na željenu vrednost temperature. Za neke određene procese to i nije  tako veliki problem, ali ipak bi trebalo postići da preskok, ukoliko već postoji, bude što manji. 

Slika 2.3. Odziv sistema dobijen na osnovu podešavanja parametara po metodi simetričnog optimuma

Brzina kojom se postiže željena temperatura kao na slici 2.3., je veća nego kod odziva dobijenog modulnim optimumom ali je i preskok značajno veći. Vrlo je bitno da i brzina i preskok budu uskladjeni da bi se postigla dobra regulacija temperature.

Za neke procese je prihavtljivo oscilovanje u temperaturi ±1oC i to se ne smatra velikim odstupanjem. Da bi se postiglo takvo ponašanje sistema tj. da bi se dobila preciznija regulaciju temperature uradjeno je nekoliko eksperimenata.

Slika 2.4.  Odziv sistema dobijen na osnovu eksperimenta 

Eksperimentalnim putem, menjanjem samo jednog parametra PI regulatora, korišćenjem parametara dobijenih po metodi modulnog optimuma, dobijen je manji preskok i samim tim i bolja regulacija temperature što je prikazano na slici 2.4.

Svaka od pomenutih metoda za podešavanje parametara PI regulatora, dala je relativno dobar rezultat. Medjutim, najbolji rezultat je dala malo izmenjena metoda modulnog optimuma, koja je dobijena eksperimentalnim putem. Promenjen je parametar integralnog dejstva kako bi preskok bio manji tj.manje odstupanje temperature. Preskok je manji nego po simetričnom i modulnom pravilu a brzina postizanja željene temperature je veća nego po Ziegler-Nichols-ovom pravilu. To su upravo faktori koji su vrlo važni za dobru regulaciju temperature. 
 
 

3. REALIZACIJA HARDVERA SISTEMA

Osnovu sistema čini mikrokontroler ATmega8L-8PC koji je zadovoljio sve potrebe opisanog sistema[4].  ATmega8L-8PC  je 8-bitni CMOS mikrokontroler male snage koji radi na bazi AVR RISC arhitekture.

Serijska komunikacija služi za vezu mikrokontrolera sa spoljašnjim ”svetom”, tj. sa nekim perifernim jedinicama. Serijska komunikacija se vrši pomoću RS-232 konektora (DB9 konektora) i kola za prilagođavanje naponskih nivoa MAX 232, koje je prikazano na slici 3.1. 

Slika 3.1. MAX 232 serijska komunikacija

Pri realizaciji ovog sistema korišćen je temperaturni senzor PT100, koji sa konstantnim izvorom struje LM334 i operacionim pojačavačem čini senzorski deo uređaja [5] . Kolo sa PT100 temperaturnim senzorom je prikazano na slici 3.2.

Slika 3.2. Kolo sa PT100 temperaturnim senzorom

Prilikom razvoja uređaja često se javlja potreba za promenom delova koda mikrokontrolera. Ovaj mikrokontroler ima mogućnost programiranja bez potrebe da se vadi iz sistema pa se zato i nazivaju ISP ( In system programmable) mikrokontroleri. Programiranje se vrši preko konektora P7, prikazanog na slici 3.3.

   Slika 3.3. Konektor za programiranje mikrokontrolera

Osnovu kola za napajanje Slika 3.4. čini regulator napajanja LM7805CT. On ima tri nožice i dolazi u TO-220 kućištu. Poseduje strujno ograničenje, termičko gašenje i zaštitu od kratkog spoja. Ako se obezbedi hlađenje ovog kola možemo postići i do 1A struje na izlazu.

Slika 3.4. Električna šema napajanja 

Pored ovog kola imamo i relej u kombinaciji sa diodom koji nam služi da ukoliko dođe do greške pri uključivanju, odnosno da ukoliko bi se obrnuli krajevi ne dođe do pregorevanja nekih od komponenti.

Kada bi umesto releja stavili diodu, jaka struja od dva puta po 3-4A bi protekla kroz nju i imali bi velike gubitke na njoj, a to bi i smetalo upravljanju motora pošto ne bi moglo doći do rekuperacije struje ka bateriji. Generisana struja se nebi vraćala u bateriju nego u kondenzator koji je premali i ne bi mogao da primi tu količinu struje. C17 poboljšava stabilnost i reakciju u prelaznom režimu. LED1 je signalna dioda i govori da li je kolo u radnom režimu. 

4. ZAKLJUČAK

The post Mikroprocesorski sistem za regulaciju temperature appeared first on Automatika.rs.