Politechnika
Białostocka
Wydział Elektryczny
Katedra Automatyki i Elektroniki
Instrukcja
do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu:
ELEKTRONIKA SAMOCHODOWA
Temat:
U k ł a d y i n t e l i g e n t n e g o s t e r o w a n i a
o
ś
w i e t l e n i e m
BIAŁYSTOK
Politechnika Białostocka
2010
1. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO
Celem
ć
wiczenia laboratoryjnego „Układy inteligentnego sterowania o
ś
wietleniem”
jest poznanie nowoczesnych układów wspomagaj
ą
cych zarz
ą
dzanie o
ś
wietleniem
pojazdu (w tym diagnostyk
ę
), w ró
Ŝ
nych warunkach drogowych. W ramach realizacji
ć
wiczenia przewiduje si
ę
m.in.:
- poznanie poszczególnych układów sterowania o
ś
wietleniem, dost
ę
pnych na
makiecie laboratoryjnej,
- poznanie zastosowa
ń
sygnałów PWM w o
ś
wietleniu samochodowym,
- poznanie metody automatycznego wykrywania niesprawnej
Ŝ
arówki
ś
wiateł
STOP, bez ingerencji w istniej
ą
c
ą
instalacj
ę
,
- poznanie działania cyfrowego czujnika przyspieszenia,
- poznanie działania układów reaguj
ą
cych na okre
ś
lony poziom jasno
ś
ci
otoczenia,
- poznanie ró
Ŝ
nych funkcji implementowanych w nowoczesnych układach
wspomagaj
ą
cych zarz
ą
dzanie o
ś
wietleniem pojazdu.
Cały blok programowy
ć
wiczenia jest realizowany w ci
ą
gu 4 godzin lekcyjnych (2 x
po 2 godziny).
Szczegółowy zakres
ć
wiczenia ustala prowadz
ą
cy.
2. SYGNAŁ PWM
Sygnał PWM jest wykorzystywany w wielu ró
Ŝ
nych układach funkcjonalnych w
pojazdach
samochodowych.
Do
głównych
zastosowa
ń
samochodowych,
wykorzystuj
ą
cych sygnały PWM mo
Ŝ
na zaliczy
ć
:
- impulsowe regulatory napi
ę
cia,
- impulsowe regulatory pr
ą
du,
- sterowanie poło
Ŝ
enia elementów za pomoc
ą
silników DC i spr
ęŜ
yn zwrotnych,
- sterowanie wtryskiwaczy paliwa,
- sterowanie cewek zapłonowych, regulacja pr
ą
du pierwotnego,
- system ABS, modulatory ci
ś
nienia,
- o
ś
wietlenie wn
ę
trza przedziału pasa
Ŝ
erskiego oraz pod
ś
wietlenie deski rozdzielczej
i lampek sygnalizacyjnych.
W makiecie laboratoryjnej mo
Ŝ
na przetestowa
ć
układ do
ś
wietlania otoczenia pojazdu
podczas doj
ś
cia do drzwi budynku lub gara
Ŝ
u. Wł
ą
czenie tej funkcji powoduje,
Ŝ
e
ś
wiatła mijania wł
ą
czane s
ą
na okre
ś
lony czas, po którym nast
ę
puje płynne
wygaszenie za pomoc
ą
sterowania sygnałem PWM.
3. MAKIETY LABORATORYJNE
W
trakcie
ć
wiczenia
„Układy
inteligentnego
sterowania
o
ś
wietleniem”,
wykorzystywane s
ą
dwie makiety laboratoryjne. Jedna z nich słu
Ŝ
y do badania dwu-
osiowego czujnika przyspieszenia z wyj
ś
ciem PWM, druga słu
Ŝ
y do badania ró
Ŝ
nych
układów funkcjonalnych inteligentnego sterowania o
ś
wietleniem samochodowym.
3. 1. Układ inteligentnego sterowania o
ś
wietleniem w samochodzie
Schemat blokowy układu inteligentnego sterowania o
ś
wietleniem w samochodzie jest
przedstawiony na rysunku 1.
Rys. 1. Schemat blokowy układu inteligentnego sterowania o
ś
wietleniem
Elementem steruj
ą
cym prac
ą
urz
ą
dzenia jest mikrokontroler ATMega 88. Układ
procesora na podstawie informacji dostarczonych przez układy wej
ś
ciowe, czujniki
zewn
ę
trzne oraz panel steruj
ą
cy zarz
ą
dza prac
ą
obwodów wyj
ś
ciowych. Blok
układów wej
ś
ciowych przedstawionych na schemacie odpowiada za dopasowanie i
przekazanie informacji pobieranych z obwodów elektrycznych pojazdu, w którym
zainstalowane zostało urz
ą
dzenie, do jednostki centralnej. Czujnik przyspieszenia na
bie
Ŝą
co wysyła sygnał okre
ś
laj
ą
cy aktualne przyspieszenie samochodu. Cz
ęść
schematu oznaczona jako czujnik o
ś
wietlenia realizuje pomiar nat
ęŜ
enia
ś
wiatła
otoczenia zewn
ę
trznego. Panel steruj
ą
cy zawiera mikroprzeł
ą
cznik, oraz diod
ę
LED,
Obwody elektryczne instalacji oświetleniowej samochodu
Układy wejściowe
Układy wyjściowe
JEDNOSTKA CENTRALNA
ATmega 88
Czujnik
przyspieszenia
Czujnik
oświetlenia
Panel sterujący
(mikroprzełącznik)
Panel sterujący
(dioda LED)
Zasilacz
która pełni rol
ę
sygnalizacyjn
ą
pracy urz
ą
dzenia. Układ wyj
ś
ciowy poprzez elementy
wykonawcze w postaci tranzystorów MOSFET, wł
ą
cza poszczególne obwody
o
ś
wietlenia pojazdu.
3.2. Opis konstrukcji
3.2.1 Zasilanie
Układ zasilany jest z instalacji elektrycznej samochodu, której znamionowa warto
ść
napi
ę
cia wynosi +12V. Do zasilania mikroprocesora zastosowano układ obni
Ŝ
aj
ą
cy
napi
ę
cie do +5V, który przedstawiono na Rys. 2.
Rys. 2. Schemat ideowy zasilania
Jako stabilizator liniowy został wykorzystany element LM2931M-5.0, który
charakteryzuje si
ę
nast
ę
puj
ą
cymi parametrami:
•
napięcie wyjściowe 5V ± 4%,
•
prąd wyjściowy max 100 mA,
•
wewnętrzny pobór prądu < 1mA dla obciąŜenia < 10mA,
•
zakres napięć wejściowych od 5,6V do 26V,
•
temperatura pracy od -40ºC do +125 ºC.
Dla pr
ą
dów wyj
ś
ciowych rz
ę
du 10mA, wewn
ę
trzny pr
ą
d pobierany przez układ
wynosi maksymalnie 1mA. Zalet
ą
układu jest równie
Ŝ
mały spadek napi
ę
cia
wynosz
ą
cy maksymalnie 0,6V.
Dioda D1 zabezpiecza układ przed odwrotn
ą
polaryzacj
ą
napi
ę
cia zasilaj
ą
cego.
Kondensatory C1 oraz C2 wst
ę
pnie filtruj
ą
zasilanie. C1 wygładza t
ę
tnienia
natomiast C2 zwiera do masy zakłócenia wysokiej cz
ę
stotliwo
ś
ci. Do prawidłowej
pracy układu stabilizatora producent w nocie katalogowej zaleca zastosowanie
kondensatora C3 o warto
ś
ci 100uF. Element C4 pełni rol
ę
filtrowania zakłóce
ń
wysokiej cz
ę
stotliwo
ś
ci.
3.2.2 Mikrokontroler
Głównym elementem logicznym całego układu jest mikrokontroler firmy Atmel
oznaczony symbolem ATmega 88. Wybrane parametry układu:
•
niski pobór prądu; w stanie aktywnym 5 mA, w stanie uśpienia <8uA,
•
8 kB pamięci Flash, 1 kB pamięci SRAM,
•
3 ośmiobitowe porty I/O,
•
sprzętowy interfejs SPI,
•
8 kanałowy, 10 bitowy przetwornik ADC,
•
rozbudowany system przerwań,
•
układ watchdog,
•
liczniki mogą pracować w trybie PWM,
•
napięcie zasilania od 2,7V do 5,5V,
•
temperatura pracy od -40ºC do +85 ºC,
•
obudowa w technologii SMD, TQFP 32.
Dzi
ę
ki niskiemu poborowi pr
ą
du mikrokontroler ten doskonale sprawdza si
ę
w
urz
ą
dzeniach stosowanych w motoryzacji. W stanie u
ś
pienia układ pobiera mniej ni
Ŝ
8uA pr
ą
du. Wersja obudowy o oznaczeniu TQFP, posiada 32 piny. Do taktowania
zegara
mikroprocesora
wykorzystano
zewn
ę
trzny
oscylator
kwarcowy
o
cz
ę
stotliwo
ś
ci rezonansowej 10MHz. Układ posiada mo
Ŝ
liwo
ść
programowania w
systemie. Jako zł
ą
cze programuj
ą
ce zastosowano 10 pinowe gniazdo firmy „Molex”
o oznaczeniu QF-50, które po zako
ń
czeniu programowania umo
Ŝ
liwia wło
Ŝ
enie w nie
zwór, pozwalaj
ą
cych na ewentualn
ą
konfiguracj
ę
ustawie
ń
urz
ą
dzenia. Jest to
bardzo
wygodne
rozwi
ą
zanie
pozwalaj
ą
ce
na
oszcz
ę
dne
zarz
ą
dzanie
wyprowadzeniami mikrokontrolera.
3.2.3 Panel steruj
ą
cy
Elementem bezpo
ś
rednio obsługiwanym przez u
Ŝ
ytkownika pojazdu, w którym
zainstalowany b
ę
dzie układ inteligentnego sterowania o
ś
wietleniem w samochodzie,
jest panel steruj
ą
cy. Schemat ideowy tej cz
ęś
ci układu został przedstawiony na rys.
3.
Rys. 3. Schemat ideowy podłączenia zewnętrznego panelu sterującego
Naci
ś
niecie mikroprzeł
ą
cznika SW1 powoduje zwarcie do masy jednego z pinów
portu mikrokontrolera. Pr
ą
d płyn
ą
cy w ten sposób ograniczony jest rezystorem R25 o
warto
ś
ci 470
Ω
. Gdy na zł
ą
czu oznaczonym słowem „alarm” pojawi si
ę
napi
ę
cie
pochodz
ą
ce z instalacji auto alarmu, poprzez tranzystor T20, pin portu procesora
oznaczony „we steruj
ą
ce” zostanie zwarty do masy. Rezystory R23 oraz R24 pełnia
tu rol
ę
ograniczaj
ą
c
ą
pr
ą
d, ustalaj
ą
c w ten sposób punkt pracy tranzystora, który
pracuje jako klucz dwustanowy.
Dioda LED (D3) pełni funkcj
ę
informacyjn
ą
.
Sygnalizuje aktywny tryb pracy urz
ą
dzenia, oraz zawiadamia o awarii
Ŝ
arówki w
ś
wietle stopu. Jest ona zasilana bezpo
ś
rednio z portu procesora. Rezystor R26
ogranicza pr
ą
d diody zgodnie ze wzorem:
=
Ω
=
−
=
−
=
A
V
mA
R
Ud
U
I
6
470
2
,
2
5
26
3.2.4 Czujnik przyspieszenia
Na podstawie pomiarów przyspieszenia pojazdu, mikroprocesor na bie
Ŝą
co
sprawdza czy pojazd jest w stanie nagłego hamowania. W sytuacji gdy
przyspieszenie pojazdu przekroczy ustalon
ą
warto
ść
, a zwrot jego b
ę
dzie przeciwny
do kierunku jazdy auta, układ steruj
ą
cy zarejestruje to jako awaryjne hamowanie.
Wówczas trzecie
ś
wiatło stopu b
ę
dzie pulsowa
ć
ostrzegawczo.
Rys.4. Schemat ideowy podłączenia
czujnika przyspieszenia
Na rysunku 4 został przedstawiony schemat ideowy podł
ą
czenia czujnika
przyspieszenia. Wykorzystano czujnik typu MXD7210ML. Wybrane parametry:
•
wymiary: 5mm x 5mm x 2mm,
•
obudowa LCC,
•
informacja wyjściowa w postaci sygnału PWM o częstotliwości 100Hz,
•
wewnętrzna kompensacja temperatury,
•
zakres pomiarowy ±10g,
•
duŜa dokładność,
•
min. rozdzielczość 5mg,
•
napięcie zasilania 2,7V…5,25V,
•
temperatura pracy od -40ºC do +85 ºC.
Aplikacja układu mierz
ą
cego przyspieszenie ogranicza si
ę
jedynie do zastosowania
kondensatora filtruj
ą
cego szumy zasilania. Producent zaleca u
Ŝ
ycie kondensatora
ceramicznego o warto
ś
ci 0,1µF i umieszczenie go jak najbli
Ŝ
ej elementu. Czujnik
zasilany jest napi
ę
ciem +5V. Informacja wyj
ś
ciowa zawarta jest w sygnale o
cz
ę
stotliwo
ś
ci 100Hz modulowanego szeroko
ś
ci
ą
impulsu (PWM).
Rys. 5. Przebieg wyjściowy czujnika przyspieszenia
T2 –okres, T1- czas trwania impulsu
Na rysunku 5 przedstawiono pogl
ą
dowy przebieg wyj
ś
ciowy układu MXD7210ML.
Czas T2 wynosi 10ms. Warto
ść
przyspieszenia obliczamy ze wzoru:
[ ]
g
T
T
A
04
.
0
5
,
0
2
1
−
=
Dla przyspieszenia równego 0 g współczynnik wypełnienia sygnału PWM wynosi
50%. Dla zmiany przyspieszenia o 1g wypełnienie przebiegu wzrasta o 4%.
Wyj
ś
cie czujnika ma bardzo mał
ą
obci
ąŜ
alno
ść
pr
ą
dow
ą
, która jak podaje producent
powinna by
ć
mniejsza ni
Ŝ
250 µA . Pin wej
ś
ciowy portu I/O układu ATmega88, w
konfiguracji jako wej
ś
cie podł
ą
czony jest poprzez rezystor „podci
ą
gaj
ą
cy” do plusa
zasilania. Jak podaje nota katalogowa procesora, warto
ść
tej rezystancji zawiera si
ę
w przedziale od 20 k
Ω
do 50 k
Ω
. Pr
ą
d płyn
ą
cy przez czujnik przyspieszenia b
ę
dzie
wynosił:
uA
k
Rpu
U
J
250
20
5
min
max
=
=
=
uA
k
Rpu
U
J
100
50
5
max
min
=
=
=
Pr
ą
d płyn
ą
cy przez czujnik zawiera
ć
si
ę
b
ę
dzie w granicach od 100µA do 250µA,
zatem
nie
ma
potrzeby
stosowa
ć
dodatkowych
układów
buforuj
ą
cych
zabezpieczaj
ą
cych element MXD7210ML przed uszkodzeniem.
3.2.5 Czujnik o
ś
wietlenia
Pomiar nat
ęŜ
enia o
ś
wietlenia zewn
ę
trznego wykorzystywany jest przez jednostk
ę
centraln
ą
do zarz
ą
dzania zewn
ę
trznym o
ś
wietleniem samochodu. Podczas dnia, gdy
poziom
ś
wiatła słonecznego jest dostatecznie wysoki, układ wł
ą
cza
ś
wiatła do jazdy
dziennej. W sytuacji niedostatecznego nat
ęŜ
enia
ś
wiatła w otoczeniu pojazdu
nast
ę
puje zmiana o
ś
wietlenia na
ś
wiatła mijania.
Rys. 6. Schemat ideowy układu do pomiaru natęŜenia oświetlenia
Pomiar nat
ęŜ
enia o
ś
wietlenia został zrealizowany przy u
Ŝ
yciu fototranzystora
BPW85B. Rezystor R20 ogranicza pr
ą
d płyn
ą
cy przez element Q1. Napi
ę
cie
kolektor – emiter fototranzystora Q1 mierzone jest przez mikrokontroler przy pomocy
wbudowanego przetwornika analogowo cyfrowego.
3.2.6 Układ testuj
ą
cy
Ŝ
arówki w
ś
wiatłach stopu
Układ inteligentnego sterowania o
ś
wietleniem w samochodzie wyposa
Ŝ
ony został w
funkcj
ę
wykrywania przepalonej
Ŝ
arówki w
ś
wiatłach stopu. Główn
ą
zalet
ą
zastosowanego rozwi
ą
zania jest to,
Ŝ
e instalowany układ w najmniejszym stopniu
ingeruje w instalacj
ę
elektryczn
ą
auta. W najprostszym rozwi
ą
zaniu, aby zmierzy
ć
pr
ą
d płyn
ą
cy przez
Ŝ
arówki konieczne było by modyfikowanie fabrycznej instalacji
pojazdu. W przypadku projektowanego układu do wykrycia awarii jednej z
Ŝ
arówek
ś
wiateł stopu, nale
Ŝ
y podł
ą
czy
ć
urz
ą
dzenie równolegle do przewodu wł
ą
czaj
ą
cego te
ś
wiatła, jak pokazano na rysunku 7.
Rys. 7. Schemat podłączenia do instalacji elektrycznej samochodu
Ocena poprawno
ś
ci działania
ś
wiateł stopu wykonywana jest na podstawie pomiaru
spadku napi
ę
cia na dwóch
Ŝ
arówkach, poł
ą
czonych ze sob
ą
równolegle.
Ź
ródło
pr
ą
dowe o wydajno
ś
ci 1A wymusza na odbiornikach spadek napi
ę
cia, który jest
wprost proporcjonalny do rezystancji badanych odbiorników. Gdy co najmniej jedna z
Ŝ
arówek ulegnie przepaleniu, ró
Ŝ
nica potencjałów zmieni si
ę
znacz
ą
co. Poniewa
Ŝ
cały pomiar sprawno
ś
ci
ś
wiateł wykonywany jest w czasie mniejszym od 200 ms, w
Ŝ
aden sposób test ten nie zakłóca normalnej pracy instalacji o
ś
wietleniowej pojazdu.
Schemat ideowy układu do wykrywania przepalonej
Ŝ
arówki w
ś
wiatłach stopu
przedstawiono na rysunku 8. Działanie obwodu polega na wst
ę
pnym rozgrzaniu
Ŝ
arówek poł
ą
czonych wzgl
ę
dem siebie równolegle. Do tego celu jako element
przeł
ą
czaj
ą
cy wykorzystano tranzystor T16. Jest to tranzystor mocy wykonany w
technologii HEXFET MOSFET o oznaczeniu IRF9Z34N. Obci
ąŜ
eniem obwodu
tranzystora s
ą
dwie
Ŝ
arówki, ka
Ŝ
da o mocy 21 W. Pr
ą
d pobierany przez
Ŝ
arówki
obliczymy z poni
Ŝ
szego wzoru:
[ ]
A
U
P
I
5
,
3
12
21
21
=
+
=
=
Rys. 8. Schemat ideowy układu do wykrywania awarii świateł stopu
Jak podaje producent rezystancja tranzystora Rds przy wł
ą
czonym kanale wynosi
mniej ni
Ŝ
0,1
Ω
. Moc wydzielana przez tranzystor w takim przypadku wynosi:
( )
[ ]
W
R
J
Pd
225
,
1
1
,
0
5
,
3
2
2
=
∗
=
∗
=
Poniewa
Ŝ
tranzystor T16 aktywny jest w czasie mniejszym ni
Ŝ
100ms a moc strat w
nim wydzielanych zbli
Ŝ
ona jest do jednego Wata, mo
Ŝ
liwe jest zastosowanie
obudowy w wersji D2-Pak. Element T15 działa jako klucz, steruj
ą
c tranzystorem T16.
Rezystor R6 ogranicza pr
ą
d bazy tranzystora T15 do poziomu obliczonego ze wzoru:
[ ]
]
43
,
0
10
7
,
0
5
6
mA
k
R
Ube
U
Ib
=
−
=
−
=
Jako element T15 zastosowano tranzystor BC846B w obudowie SOT-23. Pr
ą
d bazy
wynosz
ą
cy 0,4 mA wprowadza tranzystor T15 w stan nasycenia, zwieraj
ą
c w ten
sposób bramk
ę
tranzystora T16 do masy, dzi
ę
ki czemu kanał tranzystora zaczyna
przewodzi
ć
. Rezystory R7 i R8 ograniczaj
ą
pr
ą
dy polaryzuj
ą
c bramk
ę
tranzystora
T16.
Po rozgrzaniu
Ŝ
arówek w czasie mniejszym ni
Ŝ
100ms, mikroprocesor wł
ą
cza
ź
ródło
pr
ą
dowe o wydajno
ś
ci 1 A. Elementem wł
ą
czaj
ą
cym jest tranzystor T17, którego
pr
ą
d bazy ogranicza rezystor R3.
Ź
ródło pr
ą
dowe składa si
ę
z elementów:T18, R1,
R2 i D2. Jako tranzystor T18 u
Ŝ
yto TIP127, dla którego napi
ę
cie Ueb w stanie
aktywnym wynosi 2,5V. Spadek napi
ę
cia na diodzie zenera D2 wynosi 5,1V. Na tej
podstawie obliczono warto
ść
rezystancji R1:
[ ]
Ω
=
−
=
−
=
=
6
,
2
1
5
,
2
1
,
5
2
1
1
Ie
Ueb
Ud
Ie
Ur
R
NajbliŜszą wartością rezystancji w szeregu jest 2,7Ω.
Moc rezystora R1 wynosi:
[ ]
W
R
Ie
P
7
,
2
7
,
2
1
1
=
∗
=
∗
=
Z uwagi na to ze
ź
ródło pr
ą
dowe b
ę
dzie wł
ą
czane na czas krótszy ni
Ŝ
50ms, jako
opornik R1 zastosowano rezystancje 2,7
Ω
o mocy 2W.
W czasie, gdy przez
Ŝ
arówki
ś
wiateł stopu płyn
ąć
b
ę
dzie pr
ą
d o warto
ś
ci zbli
Ŝ
onej do
1A, mikrokontroler zmierzy na nich napi
ę
cie . Na podstawie otrzymanej warto
ś
ci
napi
ę
cia jednostka centralna stwierdzi ewentualn
ą
awari
ę
której
ś
z
Ŝ
arówek.
Rezystory R4 i R5 pełni
ą
rol
ę
dzielnika napi
ę
cia doprowadzonego do wej
ś
cia
przetwornika analogowo-cyfrowego procesora.
3.2.7 Układ steruj
ą
cy prac
ą
kierunkowskazów
Do realizacji funkcji „podtrzymania” kierunkowskazów u
Ŝ
yto układu przedstawionego
na rysunku 9. Rozwi
ą
zanie to, ma za zadanie umo
Ŝ
liwi
ć
mikrokontrolerowi
sprawdzanie stanu w dwóch obwodach kierunkowskazów, oraz w wł
ą
czenie
kierunkowskazu w
Ŝą
danym momencie.
Rys. 9. Schemat ideowy układu sterującego pracą kierunkowskazów
Tranzystory T6, oraz T9 wraz z rezystorami polaryzuj
ą
cymi ich kolektory, pełni
ą
rol
ę
układów wej
ś
ciowych, dzi
ę
ki którym mikroprocesor sprawdza stan napi
ę
cia w
obwodach kierunkowskazów. Gdy na jednym z wej
ść
„kier. L” lub „kier. P” pojawia si
ę
napi
ę
cie 12V odpowiedni tranzystor poprzez rezystor ograniczaj
ą
cy wprowadzany
jest w stan nasycenia. Wówczas napi
ę
cie kolektora danego tranzystora zostaje
obni
Ŝ
one do warto
ś
ci Ucesat=0,2V [16] i mikroprocesor jest w stanie wykry
ć
poziom
niski na swoim wej
ś
ciu.
Jako element wykonawczy układu wyj
ś
ciowego zastosowany został układ scalony
IRF7314, w którym w obudowie typu SO-8 znajduj
ą
si
ę
dwa tranzystory MOSFET z
kanałem typu p. Do głównych zalet tego układu mo
Ŝ
na zaliczy
ć
:
•
małe wymiary, obudowa typu SO-8,
•
mała rezystancja R
ds(on)
=0,058 Ω,
•
prąd drenu Jd=4,3A dla t<10sek.
Tranzystory mocy sterowane jednostką centralną włączane są poprzez elementy: T7,
T8, R37…42.
3.2.8 Układ wyj
ś
ciowy wł
ą
czaj
ą
cy
ś
wiatła mijania
Układy wyj
ś
ciowe, za pomoc
ą
których mikrokontroler wł
ą
cza odbiorniki mocy w
instalacji elektrycznej pojazdu zbudowano w oparciu o polowe tranzystory mocy. W
zale
Ŝ
no
ś
ci
od
podł
ą
czonego
obci
ąŜ
enia
dobrano
odpowiednie
elementy
półprzewodnikowe.
Rys. 10. Schemat ideowy układu włączającego światła mijania
Na rysunku 10 przedstawiono schemat poł
ą
cze
ń
układu wyj
ś
ciowego wł
ą
czaj
ą
cego
ś
wiatła mijania. Powy
Ŝ
szy układ ma za zadanie sterowaniem dwiema
Ŝ
arówkami
samochodowymi w reflektorach
ś
wiateł mijania o mocy 55W ka
Ŝ
da. Pr
ą
d pobierany
przez takie obci
ąŜ
enie wynosi:
[ ]
A
U
P
I
2
,
9
12
55
55
=
+
=
=
Moc wydzielana w postaci ciepła przez tranzystor wyliczamy ze wzoru:
( )
[ ]
W
R
J
Pd
7
,
1
02
,
0
2
,
9
2
2
=
∗
=
∗
=
Jako tranzystor mocy u
Ŝ
yto elementu IRF4905, który scharakteryzowano poni
Ŝ
ej:
•
technologia HEXFET Power MOSFET,
•
kanał typu p,
•
mała rezystancja R
ds(on)
=0,02 Ω,
•
maksymalny prąd drenu Id = 74A,
•
temperatura pracy od -55ºC do +175 ºC.
Temperatura zł
ą
cza tranzystora T1 w obudowie TO-220 (Rthja=62 ºC/W) bez
zastosowania radiatora wynosi:
°
=
°
∗
=
∗
=
∗
=
C
W
C
W
Rthja
Pd
T
105
62
7
,
1
gdzie: Rthja – rezystancja termiczna mi
ę
dzy zł
ą
czem a otoczeniem
Zatem maksymalna temperatura otoczenia wynosi:
[ ]
C
T
Tj
Ta
°
=
−
=
−
=
70
105
175
gdzie: Ta-temperatura otoczenia, Tj – maksymalna temperatura zł
ą
cza tranzystora
Dla obni
Ŝ
enia temperatury tranzystora T1 zastosowano odprowadzenie ciepła
poprzez przykr
ę
cenie go do aluminiowej obudowy urz
ą
dzenia, poprzez podkładk
ę
izolacyjn
ą
.
Rys. 11. Schemat ideowy układu inteligentnego sterowania oświetleniem w samochodzie
Rysunek 12 przedstawia widok opisów elementów na płytce w warstwie
TopOverlay, natomiast rysunek 13 zawiera opisy i rozmieszczenie elementów
na powierzchni BottomOverlay. Widok mozaiki
ś
cie
Ŝ
ek przedstawiono na
rysunku 14 dla warstwy górnej oraz na rysunku 15, dla warstwy dolnej.
Rys. 12. Widok warstwy TopOverlay
Rys. 13. Widok warstwy BottomOverlay
Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010
20
Rys. 14 Widok płytki PCB w warstwy TopLayer
Rys. 15. Widok płytki PCB w warstwy BottomLayer
Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010
21
Rys. 16. Widok płytki PCB od warstwy TopLayer
Rys. 17. Widok płytki PCB od warstwy BottomLayer
Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010
22
Rys. 18. Widok płytki wraz z elementami
Rys. 19. Widok płytki wraz z elementami
Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010
23
3.3. Oprogramowanie układu
Oprogramowanie mikrokontrolera składa si
ę
z cz
ęś
ci, z po
ś
ród których mo
Ŝ
na
wyró
Ŝ
ni
ć
: cze
ść
inicjacyjn
ą
, główn
ą
p
ę
tl
ę
programu oraz podprogramy
realizuj
ą
ce poszczególne funkcje. Na rysunku 20 przedstawiono schemat
blokowy programu umieszczonego w pami
ę
ci układu ATmega88.
Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010
24
START
Deklaracja zmiennych
Konfiguracja portów
Tryb: POWERDOWN
Procedura:
Test świateł stopu
Procedura:
Pomiar przyspieszenia auta
Procedura:
Pomiar natęŜenia oświetlenia
zewnętrznego
Czasowe włączenie świateł
mijania ze stopniowym
wygaszeniem
Przycisk
wciśnięty?
Stacyjka
włączona?
U>13,8V ?
Ś
wiatła postojowe włączone
Procedura:
Podtrzymanie kierunkowskazów
Ś
wiatła postojowe
wyłączone
U>13,8V ?
Rys. 20. Schemat blokowy programu mikrokontrolera
Tak
Tak
Tak
Nie
Nie
Nie
Nie
Tak
Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010
25
4. DO PRZYGOTOWANIA
Przed przybyciem na zaj
ę
cia laboratoryjne, studenci powinni:
-przeczyta
ć
instrukcj
ę
i zastanowi
ć
si
ę
nad zasadami działania poszczególnych
bloków funkcjonalnych,
-przygotowa
ć
dokumentacj
ę
czujnika przyspieszenia MXD7210ML (mo
Ŝ
e by
ć
w
formie elektronicznej),
-zastanowi
ć
si
ę
nad zasad
ą
działania układu wykrywaj
ą
cego uszkodzenie
Ŝ
arówki STOP.
-przygotowa
ć
dokumentacj
ę
procesora ATmega88 (mo
Ŝ
e by
ć
w formie
elektronicznej),
-zastanowi
ć
si
ę
nad realizacj
ą
poszczególnych punktów zakresu bada
ń
.
5. PRZEBIEG
Ć
WICZENIA
5.1. Sprawdzi
ć
w praktyce działanie makiety o
ś
wietleniowej przy wykorzystaniu
algorytmu algorytm z rysunku 20,
5.2. Wskaza
ć
bł
ę
dy w algorytmie działania makiety,
5.3.
Przeanalizowa
ć
i
przetestowa
ć
działanie
wszystkich
układów
funkcjonalnych dost
ę
pnych na makiecie o
ś
wietleniowej,
5.4. Zdj
ąć
charakterystyk
ę
czujnika przyspieszenia wykorzystuj
ą
c makiet
ę
z
czujnikiem.
5.5. Zarejestrowa
ć
przy pomocy oscyloskopu sygnały wskazane przez
prowadz
ą
cego
ć
wiczenie.
4. WYMAGANIA BHP
Podczas
ć
wiczenia „Układy inteligentnego sterowania o
ś
wietleniem” nie
przewiduje si
ę
wyj
ą
tkowych zagro
Ŝ
e
ń
bezpiecze
ń
stwa pracy, w zwi
ą
zku z tym
obowi
ą
zuje ogólny regulamin laboratorium pracowni 227b. W przypadku
zasilania makiety z akumulatora ołowiowego (zalecane), stosowa
ć
zasady
Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010
26
bezpiecze
ń
stwa wymagane przy pracy z akumulatorem ołowiowym, podane w
instrukcji dotycz
ą
cej akumulatora ołowiowego.
5. SPRAWOZDANIE STUDENCKIE
W sprawozdaniu powinien si
ę
znale
źć
szczegółowy opis zadania (indywidualne
zadania dla ka
Ŝ
dej grupki laboratoryjnej zostan
ą
sformułowane przez
prowadz
ą
cego
ć
wiczenie po przybyciu na laboratorium), opis rozwi
ą
zania,
schemat poł
ą
cze
ń
zarówno elementów systemu mikroprocesorowego jak i
aparatury kontrolno/pomiarowej i zasilaj
ą
cej (aparatura tak
Ŝ
e powinna by
ć
opisana, min. typ i symbol). Wszelkie zamieszczone wyniki bada
ń
nale
Ŝ
y
skomentowa
ć
, doł
ą
czaj
ą
c wnioski.
9. LITERATURA
Materiały z wykładu „elektronika samochodowa” (konkretnie – cyfrowa
generacja sygnału PWM, o
ś
wietlenie samochodowe, dopasowanie
bloków peryferyjnych do portów wyj
ś
ciowych mikrokontrolerów AVR)
Dokumentacja
mikrokontrolera
ATmega88
(dost
ę
pna
na
www.atmel.com)
Janusz W. Mazur, Wojciech
ś
agan: Samochodowa technika
ś
wietlna,
Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej.
Herner A., Riehl Hans-Jürgen: Elektrotechnika i Elektronika w pojazdach
samochodowych, WKŁ, Warszawa 2003 (kilka przykładów wykorzystania
sygnałów PWM w elektronice samochodowej, o
ś
wietlenie w pojazdach w
niewielkim zakresie)