Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Sterownik bramy rozszerzenie sterownika satel

pawelloo3 21 Nov 2019 21:35 1338 15
Optex
  • #1
    pawelloo3
    Level 14  
    Projekt sterownika bramy garażowej powstaje na potrzeby własne.
    Muszę maksymalnie wykorzystać 4 kanały centralki radiowej Satela do 4 obiektów.


    Założeniem projektu jest wykonanie układu, który obsłuży styk sterownika i dwa styki przycisków.
    a. Sterowanie jednym stykiem przekaźnika; w kolejności funkcji "otwórz"; "stop"; "zamknij"; "stop").
    b. Sterownik musi obsłużyć także dwa przyciski wewnątrz "otwórz"; "zamknij"
    c. Sterownik musi pamiętać uruchamiane sygnały. Jeśli pilotem otworzymy bramę to jednym z przycisków w środku musimy móc zatrzymać cykl. Lub jeśli uruchomimy zamykanie przyciskiem, pilotem powinniśmy móc zatrzymać cykl.

    Wstępnie układ projektowałem na przerzutnikach "d i bramkach "and". efekt działania nie był zadowalający, sterownik przy przytrzymaniu przycisku omijał krok "stop". Sterownik wewnętrznie musi być sterowany zboczem.


    Nie mam doświadczenia w projektowaniu układów, nie wiem czy projekt wykonałem zgodnie ze sztuką.
    Jakie błędy w popełniłem? Na co zwrócić uwagę?

    Sterownik po przebudowie
    Aby wyjaśnić założenia zamieszczam schemat oraz działanie przyszłego sterownika. Dalej posłużę się filmem który przedstawia etapy działania.

    Sterownik bramy rozszerzenie sterownika satel

    I. Sterowanie S1 stykiem radiowego sterownika; scenariusz:): otwarcie bramy; stop w połowie cyklu; zamknięcie bramy; stop w trakcie cyklu; Kolejne użycie styku otworzy; następne zatrzyma; kolejne zamknie.... efekt: Brama uchylona


    II. Sterowanie S1 stykiem radiowego sterownika; scenariusz:): otwarcie bramy; Zadziałanie górnej krańcówki -> zatrzymanie; Ponowne zwarcie styku sterownika radiowego otwarcie bramy do momentu zadziałania krańcówki dolnej. Efekt: max otwarcie, zamknięcie bramy:


    III. Sterowanie S2 i S3 stykami NO przycisków; scenariusz:): Przyciśniecie przycisku S2, otwieranie bramy, Wciśnięcie S2 lub S3 STOP; Przyciśnięcie S3 zamykanie; Przyciśnieice S2 lub S3 STOP. Efekt brama uchylona w dowolnym miejscu.


    VI. Sterowanie S2 i S3 zatrzymanie przez krańcówki: Przyciśnięcie S2 otwieranie bramy, wyłączenie krańcówką górną
    wciśnięcia przycisku S3 zamykanie bramy, wyłączenie krańcówką dolną


    V. Ostatni film pokazuje skutki jednoczesnego przekazywania sygnału przez styki, czyli odporność na pomyłki. Styki zostały zmienione na bistabilne.


    Proszę o ocenę poprawności wykonania sterownika myślę, że przyda się innym prosty nie wymagający sterownik bez programowania. Jednak chętnie pokuszę się w przyszłości o wersję alternatywną na mikrokontrolerze z podsumowaniem obu wersji. Więc liczą na waszą pomoc.

    Dla wyjaśnienia, sterowanie jednym stykiem sterownika radiowego satel wykonałem po to aby 4 kanały wykorzystać do 3 bram i oświetlenia zewnętrznego. Być może komplikuje sobie życie stosując przerzutniki i bramki lecz chodzi również poszerzenie wiedzy praktycznej projektowania i wykonania układów.

    Rezystory podciągające powinny być dodane do wszystkich wejść układów? Mam na myśli przerzutniki "D" i układu 4017.


    Koszt samych układów scalonych finalnej wersji to tylko 5,70zł, konkurencyjnie do mikrokontrolera.
    Proszę o zabranie głosu:)
  • Optex
  • Helpful post
    #2
    WPX2
    Level 20  
    Taka ogólna uwaga. Dotyczy projektu elektroniki (bez uwzględnienia logiki działania).
    Jeżeli stosujemy układy CMOS to wszystkie wejścia MUSZĄ mieć na początku zdefiniowany stan.
    Nie można zostawiać ich "wiszących w powietrzu", jak np. we CLK, czy EN.
    Wejścia Reset 4017 też trzeba przez opornik (33K-62K) podłączyć do VSS.
    W przeciwnym razie działanie będzie przypadkowe!

    Ponadto sterując z 5V przy zasilaniu 9V nie są zachowane odpowiednie progi przełączania, przeczytaj dokumentację.

    Na koniec jeszcze jedna uwaga, jeśli ma to być układ praktyczny, to należy założyć że przewody sterujące od S1 do S4 będą miały po kilka metrów długości. W takim przypadku należy na wejściach układów CMOS, zastosować odpowiednie zabezpieczenia (RLC + D) przeciw-zakłóceniowe oraz przeciw-przepięciowe.
  • #3
    pawelloo3
    Level 14  
    Postaram się poprawiać na bieżąco:

    Sterownik bramy rozszerzenie sterownika satel

    Do zapamiętania, doczytania:
    WPX2 wrote:
    Na koniec jeszcze jedna uwaga, jeśli ma to być układ praktyczny, to należy założyć że przewody sterujące od S1 do S4 będą miały po kilka metrów długości. W takim przypadku należy na wejściach układów CMOS, zastosować odpowiednie zabezpieczenia (RLC + D) przeciw-zakłóceniowe oraz przeciw-przepięciowe.


    Podłączenie Reset układu 4017 przez rezystor 50 kom w symulacji blokuje cały układ.
    Nie wiem czy dobrze się domyślam. Mam się tym nie przejmować, jedynie pamiętać o tym fakcie przy budowaniu układu na płytce stykowej?

    Czy CLK układów (zaznaczone), powinny być podciągnięte rezystorem do masy?
  • #4
    WPX2
    Level 20  
    W przypadku kiedy przez diody na wejściach Reset zostanie podany stan wysoki, a nie będzie tam rezystora do GND, to w idealnym przypadku ładunek pozostanie nieskończenie długo. W praktyce układ będzie niestabilnie pracował.
    Nie znam tego symulatora, ale sprowadzenie potencjału przez rezystor do GND nie powinno blokować układu CD4017, ponieważ reaguje on na resetu stanem wysokim.
    Wejść CLK nie trzeba dodatkowo polaryzować, ponieważ robią to już bramki.

    Z pracą bez zabezpieczeń różnie bywa, czasami się udaje czasami nie, nawet na biurku.
    Kwestia ubrania, które się nie elektryzuje oraz wilgotności powietrza + polecam uziemienie grotu lutownicy przy lutowaniu.

    P.s.
    Być może symulator ma problem z funkcją OR realizowaną na diodach. Korzystniejsze będzie zrealizowanie jej na bramkach. Dodatkowe oporniki staną się zbędne, a cały układ łatwiejszy do analizy.
    Wejście D IC4a też powinno być zdefiniowane, mimo że teoretycznie nie ma znaczenia. Tak samo wejścia S w pozostałych przerzutnikach.
  • #5
    pawelloo3
    Level 14  
    Sterownik bramy rozszerzenie sterownika satel

    układ z uwzględnieniem uwag.
    bramki OR, ok w chwili wolej przerobię projekt układu jeśli ma się to lepiej "czytać".
    Symulator działa, źle zinterpretowałem VSS, dla przypomnienia: Co to jest VSS

    Czy zamiast zabezpieczeń przepięciowych korzystniejsza będzie optoizolacja dla włączników?

    W finalnej wersji układu myślę o pozostawieniu diod do separacji sygnałów. Myślę o minimalizacji kosztów i skomplikowania płytki. Może to przerost formy nad treścią jednak chce się pobawić w optymalizację.
  • Optex
  • Helpful post
    #6
    WPX2
    Level 20  
    Jeżeli zależy Ci na optymalizacji kosztów to:
    1] wejścia z ustalonym na stałe poziomem podłącz bezpośrednio do VDD lub VSS bez pośrednictwa rezystorów.
    2] Izolacja optyczna podwyższa koszty, w tym przypadku nie jest niezbędna.
    3] Stosuj w miarę możliwości elementy SMD, montaż automatyczny obniża końcowe koszty.

    Tu jest skrócone kompendium wiedzy n/t sprzęgania układów logicznych z różnymi wejściami o obciążeniami: https://www.slideshare.net/LukasPobocha/14-badanie-ukadw-sprzgajcych
  • #7
    pawelloo3
    Level 14  
    Dzięki za źródło. Na jego podstawie po wstępnym zapoznaniu się z informacjami jestem w stanie znaleźć błędy w swoim układzie.
    Zakładając temat własnie chodziło mi o to aby ktoś pokierował projekt w poprawnym kierunku. Nie musza to być konkretne informacje wystarczą czasem źródła, temat z którym powinienem się zapoznać. Dzięki.
    Fajnie jakby ktoś się jeszcze wypowiedział na temat logiki działania układu.

    Co do dalszych modyfikacji będę potrzebował chwili, na zapoznanie się z literaturą, aby poprawnie sterować WE, WY układów cyfrowych.

    WPX2 wrote:
    Jeżeli zależy Ci na optymalizacji kosztów to:
    1] wejścia z ustalonym na stałe poziomem podłącz bezpośrednio do VDD lub VSS bez pośrednictwa rezystorów.
    2] Izolacja optyczna podwyższa koszty, w tym przypadku nie jest niezbędna.
    3] Stosuj w miarę możliwości elementy SMD, montaż automatyczny obniża końcowe koszty.


    1. Tak zrobię dzięki za uwagę.
    2. O optoizolację zapytałem, aby poznać temat, za i przeciw. Wyciągając wnioski optoizolacja to koszty i komplikacja układu na minus. nie jest nie zbędna ale czy zastąpi filtry RC.
    3. Sterownik będzie wykonany raczej z elementów THT. Hobbystycznie z dostępnych elementów. Ale za wszelkie info +, dzięki.

    W publikacji podanej przez Ciebie doczytałem o sterowaniu układem cyfrowym innych urządzeń wiem, że muszę dokonać pewnych modyfikacji. Pytanie czy na co jeszcze zwrócić uwagę?

    Skupiłem się na samym działaniu układu pominąłem konieczność zastosowania zabezpieczenia bariery świetlnej. Zastanawiam się jak ją wpiąć w proponowany układ. Sterowanie krokiem stop czy odłączenie zasilania do chwili usunięcia przeszkody.

    Kolejnym pomysłem i koniecznością jest precyzyjny pomiar prądu pobieranego przez silnik będzie to oddzielny układ, który jednak dotyczy całego sterownika. Jest kilka opcji:
    1. zastosowanie komparatora i rezystora pomiarowego.
    2. Cewki do pomiaru prądu płynącego przez przewód zasilający.
    3. Zwykły wyłącznik silnikowy "z bimetalem". Obawiam się, że jego charakterystyka nie zabezpieczy całości przed silnikiem z dość dużą przekładnią?
  • Helpful post
    #8
    WPX2
    Level 20  
    Zastosowanie silnika krokowego to chyba jednak przerost formy nad treścią :).
    Wystarczy silnik stało-prądowy włączony w mostek, aby można było sterować lewo-prawo oraz wyłączniki krańcowe.
    Jeśli chodzi o zabezpieczenie nadprądowe, to użycie wszelkiego bimetali, czy bezpieczników PTC wiąże się z czasochłonnymi testami w różnych temperaturach w naszych warunkach klimatycznych od -20C do + 50C. W niskich temperaturach bezpiecznik termiczny będzie przepuszczał prąd nawet 150% większy niż w temp. 25C. Z kolei w wysokiej wyłączy się przy 60% wartości nominalnej. Silnik trzeba dobrać tak, aby nie uszkodził się przy przeciążeniu w niskiej temperaturze, a jednocześnie miał odpowiedni zapas mocy aby pracować w wysokiej temperaturze nie powodując zadziałania zabezpieczenia. Zabezpieczenie tanie, ale wymaga wiedzy i testów.
    Można zastosować zabezpieczenie elektroniczne, tu można łatwiej policzyć czy dobrać odpowiednie poziomy zabezpieczenia. Bardzo wygodne są układy f-my Allegro microsystems: https://www.allegromicro.com/en/products/sense/current-sensor-ics (nie trzeba się przejmować poziomem mierzonego potencjału - izolacja). Można zastosować również wzmacniacz pomiarowy: http://www.ti.com/amplifier-circuit/current-sense/analog-output/products.html.
    Na wyjściu komparator i załatwione.

    Zabezpieczenie wtargnięcia: na ogół stosuje się opcję otwierania bramy jeśli zostanie wykryty obiekt w świetle bramy.
    Jeśli chodzi o barierę świetlną to najlepiej poszukać gotowego modułu. Przyzwoita bariera to projekt sam w sobie.
  • #9
    pawelloo3
    Level 14  
    WPX2 wrote:
    Zastosowanie silnika krokowego to chyba jednak przerost formy nad treścią :).


    Zastanawiam się czym zasugerowałem zastosowanie silnika krokowego do napędu bramy. Nawet o tym nie pomyślałem:).
    Napędem będzie silnik indukcyjny 3f. Mostek H na stycznikach. Potrzebuje do całości zabezpieczenia przy zblokowaniu bramy, napędu.
    Twoje sugestie mnie przekonują więc na pewno znajdą się w finalnej wersji sterownika.
    Konkretnie mam na myśli:
    1.
    WPX2 wrote:
    Jeśli chodzi o zabezpieczenie nadprądowe, to użycie wszelkiego bimetali, czy bezpieczników PTC

    WPX2 wrote:
    Zabezpieczenie tanie, ale wymaga wiedzy i testów.

    Podejrzewałem pewną bezwładność i zmienność zabezpieczenia. Ale przez brak doświadczenia ciężko było mi stwierdzić poprawność domniemań.

    2.
    WPX2 wrote:
    Można zastosować zabezpieczenie elektroniczne, tu można łatwiej policzyć czy dobrać odpowiednie poziomy zabezpieczenia. Bardzo wygodne są układy f-my Allegro microsystems

    Konstruowałem ostatnio (bez forum elektrody, temat umarł w trakcie weryfikacji rozwiązań na forum) wyłącznik prądowy metodą oparty na wzmacniaczu operacyjnym mierzącym spadek napięcia na diodzie. Przemawia do mnie jego precyzja działania. Czy w przypadku zasilania 3f układ powinien mierzyć prąd na 3 uzwojeniach?
  • #10
    WPX2
    Level 20  
    Jeśli ma być zastosowany silnik 3F, a kierunek obrotów realizowany poprzez zamianę faz to do nadzoru prądu mocno rekomenduję układy z serii ACS73x. Wystarczy je zastosować na 2 fazach + komparatory na wyjściu.

    Patrząc jednak jak rozwija się projekt, co raz mniej sensu widzę w takim podejściu, tzn. wszystko na "piechotę" na bramkach logicznych i pojedynczych elementach dyskretnych.
    Jeżeli użyjemy procesor to:
    1] mamy zapewnioną logikę działania wg. napisanego programu programu.
    2] zabezpieczenie silnika. Wykorzystując układy ACS71020 podłączamy je poprzez szynę I2C lub SPI bezpośrednio do procesora, brak komparatorów oraz wygodne ustawienie prądu zadziałania dla różnych silników.
    3] wykorzystując port UART procesora, podłączamy moduł Bluetooth HC-05 i możemy sterować dodatkowo bramą ze smartfona.
    Ilość elementów zostanie zredukowana o połowę.

    Tak, więc sugeruję jeszcze raz zastanowić się nad całością zagadnień, kosztami i efektywnością rozwiązania.
  • #11
    pawelloo3
    Level 14  
    Masz racje od początku projekt powinien się opierać o uC jednak patrzę ze swojej perspektywy. A więc zerowa umiejętność programowania. Realizując ten projekt chcę pod szlifować pojęcie o projektowaniu układów. Sporo się dowiedziałem dzięki Twoim podpowiedziom. Trochę tak będzie że to sztuka dla sztuki. Jednak oceniam, że tylko tak da się poszerzyć wiedzę praktyczną. Poza tym rozwiązania, które muszę zastosować projektując sterownik na układach cyfrowych wymusi odpowiedniego podejścia gdyby jednak kiedyś zaszłą konieczność projektować coś na uC. Aczkolwiek myślałem, aby w ramach praktyki stworzyć prostą wersje sterownika i rozszerzoną na mikrokontrolerze.

    Przyhamowałem trochę z nanoszeniem zmian ponieważ pojawiły się nowe propozycje i źródła, muszę się zapoznać z materiałami i widzę już pewne modyfikacje.
    Pomiar prądu w oparciu o komparator nie jest skomplikowany. Wydaje mi się?
    Ludzie budują układy zdalnego sterowania subwoofera "dźwiękiem" mi udało się zbudować "włącznik prądowy" właśnie na komparatorze, czytając fora, próbując różnych opcji. Co prawda udało się po 4 próbie. Tracąc dużo czasu, ale zostało coś w głowie.
    Tu liczę na to samo, poszerzenie umiejętności.

    WPX2 wrote:
    2] zabezpieczenie silnika. Wykorzystując układy ACS71020

    Sterownik bramy rozszerzenie sterownika satel
    Vinp - "wejście" fazy
    Vinn - "wyjście" ?
    IP+ oraz IP- to wejścia czujnika halla?
  • #12
    WPX2
    Level 20  
    Ustawienie progu za działania w oparciu o komparator jest oczywiście łatwe, ale to zawsze kilka dodatkowych elementów w układzie oraz nieco mniej elastyczne dołączanie różnych silników. Należałoby dodać dodatkowy przełącznik wyboru dla zadziałania przy różnych prądach.

    Do współpracy z komparatorem jest odpowiedni ACS73xx.

    Jeśli chodzi o podłączenie od strony pomiary prądu to jest to sprawa bardziej umowna.
    W praktyce wygląda to następująco: załóżmy że zasilamy układ ACS73xx z 5V.
    Jeżeli w obwodzie pomiarowym prąd nie płynie, to wówczas napięcie na wyjściu pomiarowym wynosi 2,5V - to jest nasze 0A.
    Jeżeli prąd płynie od IP+ do IP- to napięcie na wyjściu pomiarowym podnosi się powyżej 2,5V w stopniu proporcjonalnym do natężenia prądu. Przy odwrotnym podłączeniu napięcie będzie się obniżało od 2,5V.

    Układ ACS71020 jest przeznaczony do współpracy z procesorami.
    Wyposażony jest on dodatkowo w wejścia do pomiar napięcia VinP i VinN dzięki czemu można również mierzyć moc, IP+ i IP- to wejścia czujnika halla.
    Podłączenia do L i N są umowne można je zamieniać (dlatego są w nawiasach). Ważne aby VinP było skorelowane z IP+, a VinN z IP-, jak na schemacie poniżej:
    Sterownik bramy rozszerzenie sterownika satel
  • #13
    pawelloo3
    Level 14  
    Każdy patrzy na "swoje" za i przeciw. Jeszcze raz wielkie dzięki za nakierowanie. Dla czytających informacje na temat pomiaru prądu za pomocą podanych czujników, tj.:
    WPX2 wrote:
    Jeśli ma być zastosowany silnik 3F, a kierunek obrotów realizowany poprzez zamianę faz to do nadzoru prądu mocno rekomenduję układy z serii ACS73x. Wystarczy je zastosować na 2 fazach + komparatory na wyjściu.

    mozna znaleźć wpisując w przeglądarce czujnik halla do pomiaru prądu, albo tu: EP link

    Przestudiowałem podane źródło na warsztat wziąłem sterowanie zaproponowane w źródle:
    Sterownik bramy rozszerzenie sterownika satel
    i w końcu udało się przysiąść do testów, wyszło coś takiego:


    Jednak nie zawsze działa tak jak trzeba, przeskakuje kroki, sami widzicie. Spróbuję zastosować filtr dolnoprzpustowy.
    Czy jednak zostawić sterowanie za pomocą resetujących przerzutnikow "D"?
  • #14
    WPX2
    Level 20  
    Zastosuj poniższy układ niwelujący drganie styków:

    Sterownik bramy rozszerzenie sterownika satel

    Przerzutniki nie będą potrzebne.
    Natomiast diody przydadzą się dopiero w finalnym wykonaniu.
  • #15
    pawelloo3
    Level 14  
    pawelloo3 wrote:
    Przestudiowałem podane źródło na warsztat wziąłem sterowanie zaproponowane w źródle:


    Sterownik bramy rozszerzenie sterownika satel

    Pytanie czemu układ z literatury zapewniający niwelację drgania styku układem impulsowym nie działa. Albo inaczej jak zmodyfikować układ aby sterował impulsem i niwelował drganie styku.

    Tym czasem, stosując Twoje rady wyszło coś takiego:



    Działanie nienaganne o to mi chodziło. Z pierwotnego układu wyeliminowałem dwie kostki przerzutnika "d". Przed bramką not z bramką Schmidta jest układ niwelujący drgania styków, bramka steruje tranzystorem NPN ten układem RC formującym nanoimpulsy, które trafiają na wejście zegarowe licznika. Wszytsko na podstawie tego co podałeś, dziękuje.
  • #16
    WPX2
    Level 20  
    Wartości elementów i sam układ w przytoczonym przykładzie jest odpowiedni dla układów TTL.
    W przypadku CMOS lepiej sprawdza się układ, który podałem. To rozbudowa układu ze str. 10 rys 4 przytoczonej wyżej literatury.
    Największa różnica polega na tym, że układy TTL są sterowane prądowo, a CMOS napięciowo.