Sterownik panelu słonecznego

Projekt: Sterownik panela słonecznego.
Wstępnie będzie wykorzystywał pięć modułów takich jak:
a) płyta główna,
b) moduł zasilacza
c) szyna,
d) sterownik osi X,
e) sterownik osi Y,
f) moduł multi który obsługuje:

- wyświetlacz HD44780,
- klawiatura PS/2,
- czujniki słoneczne osi X,
- czujniki słoneczne osi Y,
- czujnik wiatromierza,
- zegar czasu rzeczywistego RTC,
- dodatkowe wyjścia (do wykorzystania w przyszłości),
- w planach wykorzystanie modułu ethernet (w trakcie realizacji).

Każdy moduł jest sterowany procesorem Atmega32 lub atmega 8. komunikacja między modułami odbywa się z wykorzystaniem protokołu naszego autorstwa.

Wymagania, jakie sobie stawiamy, to możliwie jak najmniejsza awaryjność i odporność na głupotę,
czyli chęć samodzielnej naprawy. Oczywiście, trzeba także wziąć pod uwagę czynniki atmosferyczne i uszkodzenia mechaniczne, a także w przypadku awarii możliwie szybką wymianę uszkodzonego modułu przez niewykwalifikowany personel mający dobre chęci ale i stary, krzywy śrubokręt, bądź coś do podważenia zabezpieczeń modułu w celu wymiany Z praktyki wiem, że chęci to za mało i niektóre pomysły przeróbek moich urządzeń zadziwiały ogromną wyobraźnią jak i samozaparciem naprawiającego. Dlatego cieszy mnie fakt, że cały sterownik będzie zasilony napięciem nie większym od dopuszczalnego w warunkach wilgotnych czyli 24V. Aktualnie napięcie to 12V.

Opis płyty głównej:

Płyta główna jest mózgiem całego układu. Zawiera w sobie procesor ATMega32 (SMD). Jest prosta w budowie, nie może zawierać żadnych elementów, które mogłyby pośrednio lub bezpośrednio wpływać na przekaz danych do reszty modułów. Nie może zawierać żadnych układów pośredniczących w komunikacji które w razie awarii (zamoknięcia) mogą wprowadzać jakiekolwiek dodatkowe zakłócenia lub stany nieokreślone, powodując tym samym awarię reszty modułów lub spowodować brak samo-diagnozy lub brak odczytu kodu usterki. Mierzy także napięcie na akumulatorach dlatego ma źródło napięcia odniesienia.


Opis modułu szyny:

Szyna komunikacyjna nie zawiera w sobie żadnych układów elektronicznych. Jest ona zwykłym łącznikiem pomiędzy wszystkimi modułami. Jest to laminat łączący każdy pin w swoim rzędzie z każdym następnym w kolejnym rzędzie tak jak jest to zrobione na taśmach cd-rom. Wtyczki mają 40 pinów każda. Do tej szyny, podobnie jak do taśmy, będzie można dołączać dowolną liczbę układów.


Opis modułu sterownika osi X

Sterownik osi X to rozbudowany sterownik serwomechanizmu oparty o tranzystory IRFZ44N oraz IRL2910SPBF. Są to tranzystory MOSFET o dużej wydajności prądowej. Jednak nie bez powodu zostały wykorzystane w projekcie. W przyszłości podobny sterownik będzie napędzał dużo mocniejsze silniki. Jest sterowany przez procesor ATMega8 w obudowie QFP32, poprzez opto-izolację SFH6916 steruje on tranzystory PNP i NPN które z kolei napędzają IRF i IRL.
Zabezpieczenia przeciwzwarciowe, np w przypadku zamarznięcia mechanizmu w zimie nie są sterowane z procesora. W razie nadmiernego poboru prądu silniki są odłączane a do procesora płyty głównej jest wysyłany odpowiedni komunikat o zaistniałej sytuacji. Procesor przekazuje odpowiednią informację pozostałym układom, w wyniku czego między innymi wyświetlany zostaje m.in. komunikat o błędzie. W razie przepalenia bądź przerwania połączenia z silnikiem przy starcie modułu czyli przy pierwszym ruchu od awarii połączeń, nastąpi zapisanie kodu usterki i jej wyświetlenie. Skąd sterownik "wie" że przewody zostały przerwane?
Pomiar prądu to jedno rozwiązanie a sygnały zwrotne to drugie. Jeśli umieszczone na panelu fotowoltaicznym fototranzystory nie zmienią swoich wartości zgodnie z założeniami oznacza to zablokowanie mechanizmu.
Jest też sygnał zwrotny w postaci impulsów wysyłanych na silnik przez opto-izolacje jednak służy on do samo-diagnozy modułu sterownika. Na pokładzie jest też ds18b20 wysyłający temperaturę mierzoną na IRF i za pośrednictwem onewire przekazuje je nie do sterownika (Atmegi) danej osi tylko płyty głównej która w razie przegrzania wyłączy prąd płynący na tranzystory sterujące lub ograniczy ilość impulsów sterujących wysyłanych do sterownika.

Moduł osi Y

Moduł osi Y nie różni się prawie niczym od modułu osi X komunikacja odbywa się przez te same piny pomiar temperatury także przez onewire z racji że magistrala obsługuje dosyć dużą ilość urządzeń różno-adresowych na jednym pinie.

Opis modułu multi

Moduł multi składa się z wyświetlacza opartego o standard HD44780 w tym projekcie ma on 4x20 znaków co w zupełności wystarcza do wykonania podstawowych ustawień w sposób jasny i czytelny oraz sprawdzenia kodów usterek bądź testy elementów wykonawczych.
Poza tymi szczegółami wyświetli nam położenie panelu bądź stan naładowania akumulatorów date godzinę... RTC ma zaprogramowane na stałe lata przestępne ma podtrzymanie bateryjne co spokojnie wystarcza na miesiąc pracy przy niskich temperaturach. Bateria jest też ładowana na bieżąco. Jednym z głównych założeń tego sterownika jest odporność na zakłócenia takie jak przejeżdżające samochody
wyładowania atmosferyczne, halogeny umieszczona na domach i inne źródła światłą które mogłyby przyciągną c uwagę fototranzystorów. Dlatego RTC będzie odgrywał w tym przypadku kluczową role. Mianowicie jeśli Słońce po wschodzie zajdzie za gęste chmury panel musi poruszać się torem dnia poprzedniego lub wcześniejszego słonecznego dnia.

Cieszy mnie fakt że fototranzystory wykorzystane w projekcie mają bardzo liniową charakterystykę. Opór minimalny jaki udało się uzyskać oświetlając fototranzystor 100W żarówką to 6ohm a największy to 140Mohm. To bardzo dużo. Soczewki są tak ustawione w taki sposób że ich użyteczny opór występuje w momencie oświetlenia przez słonce a światło odbite lub zza chmur zostaje zignorowane.


Moduł zasilacza także zawiera mikrokontroler, który po sprawdzeniu wszystkich urządzeń na pokładzie załącza zasilania do sterowników osi X i Y potem kontroluje prąd płynący przez przekaźniki i w razie awarii, odłącza uszkodzona oś. Oczywiście tylko wtedy, kiedy nie zadziałałyby termiczne i zwarciowe zabezpieczenie w każdej osi. Ma także brzęczyk sygnalizujący zwarcie tak samo jak w każdej osi i czerwoną LED (żeby było wiadomo gdzie jest zwarcie) także przycisk resetu który umożliwia po wymianie uszkodzonego modułu szybkie ponowne uruchomienie.





Nie udostępniam kodów ani schematów ideowych

W przyszłości dodam zdjęcia i filmiki działającego stelaża i zamontowanego sterownika. Pozdrawiam.