Elektronik Hobbysta

Główna O nas Kontakt Projekty Timer NE555 ST6 Realizer Historia Linki

   

PROJEKTY ZAGRANICZNE

MIKROPROCESOROWA ŁADOWARKA AKUMULATORÓW  

Krzysztof Górski

 

Te proste urządzenie można kupić praktycznie w każdym sklepie elektronicznym lub elektrycznym. Jednak najwięcej zadowolenia daje urządzenie własnoręcznie zbudowane. A zadowolenie jest tym większe gdy do budowy użyjemy mikroprocesora. W prezentowanym układzie wykorzystaliśmy mikrokontroler typu ST62T20.

Warto się z temu rewelacyjnemu mikroprocesorowi przyjrzeć, należy on do rodziny 8-bitowych mikrokontrolerów ST62xx, które są wykonane w technologii HCMOS. Mikrokontrolery dobrze są dostosowane do potrzeb najróżniejszych urządzeń automatyki w zastosowaniach przemysłowych i nie tylko. Niska cena układów w stosunku do ich możliwości jest dodatkowym atutem przy wyborze układu. Mikrokontroler może pracować w temperaturze od - 40° C do +85° C przy napięciu zasilania 3 - 6V i przy maksymalnej częstotliwości zegara wynoszącej 8Mhz z tym im niższe napięcie tym niższa częstotliwość maksymalna zegara.

Rysunek 1 przedstawia rozmieszczenie wyprowadzeń układu ST62T10.

Wyprowadzenie Vdd pin1 i Vss pin 20 są wyprowadzeniami zasilania mikrokontrolera do Vss przyłączana jest masa układu. Końcówki pin2 (OSCIN) i pin4(OSCOUT) i są wewnętrznie połączone ze zintegrowanym układem oscylatora. Do tych wyprowadzeń można dołączyć rezonator kwarcowy, rezonator ceramiczny, lub zewnętrzny sygnał zegarowy.

Niski poziom na wyprowadzeniu RESET pin 7 umożliwia inicjację pracy ( restart ) mikrokontrolera, sprowadzając go do początku wykonywanego programu. Podczas normalnej pracy układu wyprowadzenie pin 6 TEST/Vpp jest podłączone do masy układu. Jeśli podczas restartu mikrokontrolera do tego wyprowadzenia podłączone zostanie napięcie +12,5V, pamięć EPROM zostanie wprowadzona w tryb programowania.

Wyprowadzenie NMI pin 5 umożliwia doprowadzenie do mikrokontrolera asynchronicznego, zewnętrznego przerwania niemaskowalnego. Końcówka NMI reaguje na zbocze opadające. Nie jest ona wewnętrznie połączona z rezystorem podciągającym (pull-up). Rezystor taki musi więc występować na zewnątrz układu. Wyprowadzenie TIMER może funkcjonować jako wejście i wyjście. Będąc wejściem jest przyłączone do preskalera i jest wejściem zewnętrznego zegara lub bramką sterującą zegara wewnętrznego. Na końcówkę TIMER, pracującej jako wyjście, pojawia się bit danych, kiedy się kończy określony przedział czasu. Podobnie jak wyprowadzenie NMI nie jest wewnętrznie podłączone rezystorem podciągającym pull-up więc musimy go podłączyć na zewnątrz układu. Mikrokontroler ST62T10 posiada dwa porty wejścia /wyjścia PA i PB. Port PA to cztery wyprowadzenia PA0-PA3 każda linia może być programowo skonfigurowana jako wejście z lub bez wewnętrznego rezystora podciągającego pull-up, wejście przerwania z rezystorem podciągającym oraz jako wyjście “push-pull” lub z otwartym drenem. Linie PA0-PA3 mogą być obciążane prądem o wartości 20mA co umożliwia sterownie bezpośrednie np. cewka przekaźnika, dioda LED. Port PB to osiem linii PB0-PB7, każda linia może być programowo skonfigurowana jako wejście z lub bez rezystora podciągającego (pull-up), wejście przerwania z rezystorem podciągającym, wyjście “push-pull” lub z otwartym drenem i jako wejście dla przetwornika analogowo cyfrowego.

Można by rzec że układ jest jakby stworzony do stosowania w różnego typu ładowarkach. Sam producent w swoich dokumentacjach jako jedno z zastosowań wymienia urządzenia ładujące. Wiele not aplikacyjnych udostępnionych przez producenta jest poświęconych urządzeniom ładującym. Nasza ładowarka umożliwia ładowanie akumulatorów niklowo-kadmowych o napięciu 1,2V i pojemności do 3,5Ah. Zapewni to nam możliwość ładowania większości akumulatorków dostępnych na rynku.

Program na procesor został wykonany przy pomocy znanego i popularnego ST6-Relaizera. Mikrokontroler został zaprogramowany programatorem 1015-K, który jest dostępny w ofercie NE.

Budowa układu:

Całość układu możemy podzielić na następujące funkcjonalne bloki rys 2:

 

  • blok mikrokontrolera

  • układu ładowania

  • bloku sygnalizacji

  • zasilania

 

Blok mikrokontrolera jest sercem ładowarki kontrolującym napięcie i prąd ładowania oraz odpowiadającym za prawidłowe przeprowadzenie całego cyklu.

Układ ładowania jest układem wykonawczym realizującym proces ładowania akumulatora. Blok sygnalizacji to trzy diody LED informujące o stanie pracy urządzenia. Blok zasilania podzielony jest na dwie części jedna dostarcza napięcia do zasilania mikrokontrolera a druga do ładowania akumulatora.

Jak widać na rys 3 przedstawiającym schemat ideowy ładowarki nie jest to zbyt skomplikowane urządzenie. Wyprowadzenia PA0-PA2 sterują pracą diod sygnalizacyjnych LED wyprowadzenie te zostały programowo skonfigurowane jako wyjścia Push-Pull Output. Tranzystory T1 i T2 odpowiedzialne za załączenia akumulatora do ładowania są sterowane wyprowadzeń PB1 i PB2 mikrokontrolera skonfigurowanych jako wyjścia cyfrowe push-pull output. Suwak potencjometru POT1 dołączony jest do wejścia PB6 będąc skonfigurowane jako wejście przetwornika analogowo cyfrowego. Przycisk P1 wyzwalający proces ładowania dołączony jest pomiędzy masę a PB7(input with pull-up).

 

Oprogramowanie mikrokontrolera.

Program na mikrokontroler został napisany przy pomocy znanego czytelnikom programu ST6Realizer. Cały proces tworzenia programu zajął niewiele czasu i sprowadził się do następujących czynności:

Schemat programu został przedstawiony na rys 4 przy pomocy którego spróbujemy przeanalizować działanie całego układu.

 

 

Po włączeniu zasilania mikrokontroler przechodzi standardowy proces zerowania. Dzieje się to przy pomocy dołączonego do wejścia Reset mikrokontrolera kondensatora o pojemności 1uF im większa pojemność tym dłuższy czas zerowania procesora.

Po prawidłowym wykonaniu restartu program automatycznie przechodzi w stan początkowy GOTOWY. W tym stanie dioda LED zielona pulsuje a na sterujących wyjściach cyfrowych jest stan wysoki blokujący tranzystory T1 i T2.

Stan wysoki jest wymagany ze względu na to że użyte tranzystory są polaryzacji PNP. Program mikrokontrolera oczekuje na spełnienie warunku START. Nastąpi to natychmiast po przyciśnięciu przycisku P1 i spowoduje przejście programu w stan ŁADOWANIE.

W stanie ŁADOWANIA na wyjściu sterującym tranzystorem T2 pojawia się stan niski powodujący odblokowanie tranzystora. Stan ŁADOWANIA sygnalizowany jest świeceniem diody LED CZERWONA. Podczas ładowania kontrolowany jest prąd ładowania akumulatora oraz napięcie na akumulatorze.

Przekroczenie prądu ładowania lub też zwarcie zacisków ładujących zostaje spełniony warunek PRĄD ZA DUŻY co w konsekwencji spowoduje awaryjne przejście programu do stanu ŁADOWANIA KOŃCOWEGO.

Wejście w stan ŁADOWANIA KOŃCOWEGO powoduje wyzwolenie układu czasowego timf i po 20 sekundach spełnienie warunku KONIEC ŁADOWANIA i przejście programu w stan początkowy GOTOWY. Wartość maksymalnego prądu ładowania ustawiamy za pomocą potencjometru POT1.

W przypadku niczym nie zakłóconego procesu ładowania napięcie na akumulatorze powoli zwiększa się. Po przekroczeniu wartości 1,23V zostaje zainicjowany warunek NAPIĘCIE > 1.20 co powoduje przejście ze stanu ŁADOWANIA do stanu ŁADOWANIA KOŃCOWEGO a następnie po warunku KONIEC ŁADOWANIA wejście programu w stan początkowy GOTOWY.

 

Montaż układu: Szczegółowa mozaika ścieżek płytki drukowanej wraz z rozmieszczeniem elementów została przedstawiona na

rys 5. Jak widać nie jest to skomplikowany wzór więc nie powinno być kłopotów z wykonaniem płytki. Nie będę tu opisywał całego procesu wykonania płytki, gdyż już wiele na ten temat napisano i każdy znajdzie dla siebie odpowiednią metodę. Po wykonaniu płytki należy dokładnie sprawdzić połączenia na płytce drukowanej, następnie możemy przystąpić do wlutowywania poszczególnych elementów układu. Zacznijmy więc od wlutowania zworki ZW1 znajdującej się pod podstawką następnie, rezystory, kondensatory, złącza ARK i na samym końcu półprzewodniki. Przy wlutowywaniu elementów należy zwrócić uwagę na odpowiednie umieszczenie końcówek podzespołów w płytce.

Warto tranzystory T1 i T2 wyposażyć dodatkowo w niewielkie radiatory.

Uruchamianie układu: Po zamontowaniu wszystkich elementów na płytce możemy przystąpić do uruchamiania układu. Nie powinniśmy mieć z tym żadnych problemów praktycznie zaraz po zmontowaniu i włączeniu zasilania układ zaczyna pracować. Należy jedynie potencjometrem POT1 ustawić maksymalny prąd ładowania akumulatora po przekroczeniu którego zostaje przerwany proces ładowania. Mimo prostoty układ może stanowić doskonałą bazę wyjściową do zaprojektowania i wykonania ładowarki o większej ilości ładowanych akumulatorów.

 

Krzysztof Górski

 

WYKAZ ELEMENTÓW

R1,R2,R6,R7 3K9

R3,R4,R5 820

R8 68om/2W

R9 3,3om 2W

R10 10om/2W

C1 1000uF

C2 100uF

C3,C4 30p

C5 1uF

POT1 100k

T1 BD136

T2 BD244C

M1 Mostek 1,5A

US1 ST62T20C

US2 78L05

US3 7805

X1 8MHz

P1 przycisk miniaturowy

Złącza Ark 2szt