Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Relpol
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Dylematy związane z budową sterownika na mikrokontrolerze

walker_johnnie 28 Kwi 2014 22:34 2325 4
  • #1 28 Kwi 2014 22:34
    walker_johnnie
    Poziom 8  

    Witam,

    Chcę sklecić sterownik oparty na mikrokontrolerze z serii pic18fxxxx. Urządzenie ma mieć wejścia I/O i wyjścia przekaźnikowe.

    Dylematy:
    1. Czy dobrym pomysłem jest zastosowanie PC817 jako wejścia cyfrowego sterownika w tym ukłądzie? (na potrzeby przycisków, krańcówek itp.)


    Dylematy związane z budową sterownika na mikrokontrolerze



    Edytuj

    2. Czy taki popularny układ nadaje się do zastosowań takich jak włączanie elektrozaworów, lampek i innych małych elementów wykonawczych? Czy może ktoś już go stosował i czy myślicie, że może być awaryjny?

    Dylematy związane z budową sterownika na mikrokontrolerze

    3. Czy stosować izolację galwaniczną na wejściach i wyjściach?
    Z tego co wiem załączanie cewek przekaźników może wprowadzać znaczące zakłócenia, czy obawy o pracę układu bez izolacji są uzasadnione?
    Wejścia cyfrowe - przyciski krańcówki mogą być oddalone od mikroprocesora o parę metrów czy w tym przypadku izolacja galwaniczna też jest uzasadniona?

    4. Jeżeli robić izolację galwaniczną to jak?... Chciałbym żeby sterownik był zasilany 12V DC ewentualnie 24V DC. W jaki sposób w sterowniku zrobić izolację. Właściwie z tych 12 V czy 24V muszę zrobić izolowane 5V do mikrokontrolera, czy istnieje może jakiś gotowy moduł realizujący takie zadanie? Do transformatora potrzebuję AC no i tu utknąłem nie mogę nigdzie znaleźć jak w prosty sposób to wykonać... hmm najprościej by było doprowadzić do sterownika 230 użyć 2 zasilaczy transformatorowych i gotowe tyle, że trochę miejsca to zajmie i chciałbym tego uniknąć.

    Proszę o Waszą opinię na te tematy

    0 4
  • Relpol
  • #2 30 Kwi 2014 00:33
    freebsd
    Poziom 35  

    Ad 1. Optoizolacja nie jest potrzebna, gdy zasilasz włączniki z takiego napięcia na jakie pozwalają porty mikrokontrolera. Jeśli możesz to podłącz przyciski pod np. 5V (sprawdź dopuszczalne napięcie portów mikrokontrolera), lub zastosuj np.: dzielnik napięcia do zasilania przycisków. PC817 jest tani, ale po co komplikować układ (przy standardowych zastosowaniach).

    Ad 2. Jeśli przez układ rozumiesz pic18fxxxx to nadaje się idealnie i jest bardzo mało awaryjny.

    Ad 3. Zazwyczaj nie ma potrzeby stosowania izolacji galwanicznej - głównym wyjątkiem jest sterowanie układów wykonawczych zasilanych np.: z 230V.
    Przekaźniki podłącza się do mikrokontrolara uważając na moc pobieraną przez cewkę i wydajność prądową portów mikrokontrolera. Jako zabezpieczenie stosuje się jedną (równolegle), lub dwie (równolegle + szeregowo), diody prostownicze - poszukaj na elektrodzie. Zakłócenia od takich elementów jak przekaźniki czy wyświetlacze LED (nie LCD) niweluje się "dzieląc" zasilanie na analogowe i cyfrowe, a bierze pod uwagę właściwie tylko przy użyciu przetworników ADC/DAC. Jeżeli przyciski są oddalone od sterownika, to przy mikrokontrolerze można zastosować filtr dolnoprzepustowy oraz po dwie diody prostownicze na każdą "długą" linię (tak by połączyć zaporowo linię z zasilaniem i masą).
    Zastosowanie optoizolacji nie wydaje się złym pomysłem, ale nie spotkałem się z jej stosowanie przy przełącznikach, co nie znaczy, że jest to zły pomysł.

    Ad. 4. Nie do końca zrozumiałem co chcesz wykonać. Może napisać więcej? Czemu i co chcesz odizolować?

    0
  • Relpol
  • #3 30 Kwi 2014 07:14
    walker_johnnie
    Poziom 8  

    Dzięki za opinię,
    Ad 1. Też mi się wydaje, że najprościej i najwygodniej by było używać do przycisków napięcia 5V, ale czy nie będą one wtedy bardziej wrażliwe na zakłócenia? (odległość krańcówek może dochodzić do 10m) Jeżeli sterownik będzie pracował w warunkach przemysłowych i będzie w otoczeniu np silników 22kW czy nie będzie to miało znaczenia? Sugeruje się tutaj sterownikami przemysłowymi króre zwykle mają napięcie 24V.

    Ad 2. Chodziło mi o zestaw przekaźników na gotowej płytce z obrazka, tyle że obrazek jest dość niewyraźny. Są to przekaźniki firmy SONGLE:

    Dylematy związane z budową sterownika na mikrokontrolerze

    Dylematy związane z budową sterownika na mikrokontrolerze


    Ad 3. Układy wykonawcze mogą być na 230V, właściwie przekaźnik będzie wtedy izolacją galwaniczną, ale jeżeli zastosuję optoizolację w układzie wyjść przekaźnikowych i wejść to zrealizuję w ten sposób też dopasowanie napięć mikrokontroler ->przycisk, układ wykonawczy -> mikrokontroler tylko czy nadmiernie nie skomplikuję sobie życia;)...

    Ad 4. Pomysł z izolacją galwaniczną wejść wyjść mikroprocesora wzią się ze sterowników przemysłowych w których często zdarza się stosowanie takiej izolacji, nie jestem znawcą tematu zakłóceń i wytrzymałości mikrokontrolerów więc przyjąłem, nie wiem czy słusznie, że taka izolacja jest potrzebna. Mam nadzieję, że się mylę bo zrealizowanie takiej izolacji to raczej kłopotliwa sprawa...

    0
  • #4 30 Kwi 2014 14:14
    freebsd
    Poziom 35  

    1) Wpływ zakłóceń zależy od przebiegu kabli (pola jaki tworzą, z jakimi kablami sąsiadują). Wg. mojego doświadczenia 5V w warunkach gęsto zabudowanych serwerowni na trasach rzędu 10m działa bezbłędnie. Systemy alarmowe mają bardzo długie przewody w instalacjach, ale wykorzystują wyższe napięcie: 12V.

    W przypadku długich linii najpewniej jest separować na transoptorze. Dodatkowo sygnały zakłócające może wyeliminować 100nF podłączone równolegle do diody transoptora. Problemem jest to, że ponieważ trzeba doprowadzić zasilanie do przełącznika, to - jak już wcześniej pisałeś - należało by zastosować drugi transformator, inaczej nie mamy izolacji galwanicznej (i zakłócenia też przechodzą do systemu uC).

    Ja bym zrobił tak (przy założeniu dużych zakłóceń w otoczeniu):
    - Dobrał bym trasę przewodu, by nie stykał sie z innymi przewodami (izolacja w izolację)
    - Wykorzystał bym jeden zasilacz, ale dwóch stopniach: 12V i 5V.
    - Przełącznik zasilił bym z 12V, ale sterował by on bramką tranzystora, który łączył by port mikrokontrolera z masą (OC).
    - Linie zasilaną z 12V podłączył bym przez filtr dolnoprzepustowy.
    - Bramkę tranzystora też chronił bym filtrem dolnoprzepustowym
    - Tuż obok przełącznika umieścił bym 100nF.
    - Zabezpieczył bym linie transilami lub warystorami: jeden pomiędzy przewody linii, kolejny pomiędzy jeden z przewodów a masę.
    - Zabezpieczył by diodami prostowniczymi linie przed wzrostem napięcia powyżej napięcia zasilania. Zobacz dokumentację układów: IP4220CZ6 i ESDA5V3SC6 - lepiej niż słowa wyjaśni odpowiednie połączenia.
    - Dodatkowa eliminacja zakłóceń na drodze programowej.
    - Rozbudował bym zasilanie uC o filtry dolnoprzepustowe.

    2) Generalnie nadaje się. Przy obciążeniach innych niż rezydencyjne dodał bym gasik. Jeżeli ilość przełączeń była by duża pomyślał bym o MOSFET lub triaku - ale widzisz, wszystko zależy :-) Jeżeli istnieje możliwość zwarcia to przekaźniki są bardziej odporne (o ile ma to znaczenie).

    3) Ja dobieram napięcie cewki przekaźnika do napięcia portów kontrolera, czyli najczęściej 5V, ale najmocniejszy przekaźnik jaki w ten sposób sterowałem wytrzymywał 30A. Dla higieny steruję przekaźnikami poprzez tranzystor lub wzmacniacz operacyjny, lub bramkę - co tam w układzie pozostaje niewykorzystane. Przed prądami zwrotnymi z cewki zabezpieczam się diodami prostowniczymi.
    Jeżeli wygodnie jest Ci zastosować optoizolację to czemu nie?

    4) Sterownik przemysłowy to bardzo szerokie pojecie. Wszystko zależy od miejsca użycia, planowanej trwałości, kosztów, renomy, itp. Wiadomo... Np.: sterowniki pralek często bezpośrednio z portów kontrolera zarządzają pracą triaków - tak 230V - bez optoizolacji. Działą, ale do pierwszego zwarcia, które niszczy nie tylko triak, ale też i uC.

    Jak robię coś dla siebie w jednym egzemplarzu to stosuje takie zabezpieczenia jakie uznam za stosowne i na jakie mam ochotę. Gdy coś ma być przeznaczone dla kogoś, do produkcji, to użyte zabezpieczenia zależą od chęci finansowych.

    0
  • #5 30 Kwi 2014 22:49
    walker_johnnie
    Poziom 8  

    Witam,

    Dzięki za dużo pomocnych informacji. Zajmie mi trochę, żeby je przetrawić;)

    Pojawiły się nowe okoliczności, mam do dyspozycji napięcie zasilania 24V DC i myślę, że je wykorzystam do przycisków, krańcówek i ogólnie wejść cyfrowych (tak jak sugerował freebsd o ile dobrze zrozumiałem). Schemat wejścia z optoizolatorem zostawiłem tak jak był tylko dopasowałem go do napięcia 24V DC i dorzuciłem kondensatory 100nF aby stworzyć filtr dolnoprzepustowy (freebsd jeżeli mógłbyś zerknąć i napisać czy o to chodziło to był bym wdzięczny)

    Dylematy związane z budową sterownika na mikrokontrolerze

    Dołączyłem też schemat modułu który zakupiłem (tego z obrazków wcześniej) Moduł zasilany jest 5V DC tak jak mikroprocesor (hmm bobrze i nie dobrze bo jeżeli pójdę dalej w izolacje galwaniczną to mi skomplikuje życie...) ma on optoizolatory już wmontowane. Pomyślałem, że na razie zostawię w spokoju izolację galwaniczną i uruchomię układ z jednego zasilania 24V DC jakie mam do dyspozycji. Jeżeli później będę chciał to zmienić to w sumie wszystko mam już na miejscu i tylko porozdzielam obwody.

    Mam jeszcze dziwną sytuację z PC817, jak go dopasowywałem do 24V to z obliczeń wynikało, że rezystor po stronie diody R1 powinien mieć około 1k a w praktyce wyszło, że żeby uzyskać 20mA na diodzie muszę zastosować 2k. To samo po drugiej stronie, według schematu, który znalazłem rezystor R2 powinien mieć 10k w praktyce żeby uzyskać około 5V musiałem zastosować 20k czy macie może jakieś wytłumaczenie dlaczego tak wyszło? Czy jest to dziwne czy jeszcze w granicach tolerancji?

    Hmm teraz z tych 24V DC muszę zrobić 5V DC do zasilania mikroprocesora i cewek przekaźników. Wyszukałem taki układ:


    Dylematy związane z budową sterownika na mikrokontrolerze


    Przetwornica napięcia DC-DC LM2596S (step-down)

    Dane techniczne:
    Napięcie wejściowe: 3,2-40V
    Napięcie wyjściowe: 1,5-35V (regulowane)
    Prąd wyjściowy: prąd 2A, max 3A (wymagany radiator)
    Wydajności: < 92%
    Dynamiczna szybkość reakcji: 5% 200uS.
    Temperatura pracy: -40 ℃ - 85 ℃
    Wymiary: 50 x 23mm


    i gdzieś na forum przybliżony schemat podobno różnica jest taka że na schemacie jest sztywno 5V a mój jest regulowany.

    Dylematy związane z budową sterownika na mikrokontrolerze

    Myślę, że 2A przy 5V powinno wystarczyć, cewki przekaźników pobierają 70mA według dokumentacji, jest ich 8 czyli 560 mA i na mikroprocesor reszta powinna wystarczyć, chyba że coś namieszałem;) Czy myślicie, że nadaje się to do zasilenia mojego układu? Czy potrzeba coś zmodyfikować/dołożyć do celów zasilania?

    0