Řídící jednotka PA
Řidící jednotka je modul, který má za úkol především monitorovat důležité funkce PA, přehledně je zobrazovat na 3,5" barevném displeji Nextion. Dále má vyhodnocovat chybové stavy a v případě potřeby odstavit PA z provozu. Oproti Řídící jednotce kterou mám u PA 1kW jsem se rozhodl držet se poněkud při zemi a omezit množství funkcí které má tato jednotka na starosti Další důležité funkčnosti jako měření teplot a řízení ventilátorů nebo sledování zdroje mají na starosti další jednotky. Ty předávají případné chybové signály této řídící jednotce která odstaví PA z provozu.
Funce řídící jednotky
- měření vstupního výkonu
- měření výstupního výkonu
- měření odraženého výkonu
- výpočet PSV a zisku PA.
- Odstavení PA pří vybočení změřených či vypočítaných hodnot z tolerance
- Přepínání RX/TX
- Přehledné zobrazení důležitých parametrů na displeji
Všechny tyto funkce vykonává procesor Atmel AVR ATEGA328 v SMD pouzdře. Ovládací program je napsán v jazyce Bascom. K procesoru je připojen 3,5" displej Nextion který je dostatečně velký pro zobrazení potřebných údajů. Všechny porty procesoru jsou proti přepětí chráněné zenerovými diodami a proti pronikání VF blokovacími kondenzátory, tlumivkami a průchodkovými kondenzátory.
Výkony jsou měřené na vstupech ADC0 až ADC2. Vstupy jsou proti přepětí chráněny odpory R5 až R7 a zenerovými diodami D3 až D5. Vstupy jsou do jednotky přivedené přes průchodkové kondenzátory Vlastní měření provádí externí jednotka se třemi moduly osazenými logaritmickými detektory AD8317. Maximální měřené napětí na vstupech je 2,5V. Tomu odpovídá výkon 2,7kW na vstupech Pout a Pret a výkon 15W na vstupu Pin. Pro opakovatelnou přesnost měření je pro referenční napětí použita 2,5V reference LTC1009. Tu je možné pro přesné napětí možné dostavit odpory R8 a R9. V našem případě to ale není nutné a proto jsem tyto odpory na DPS neosazoval.
Displej Nextion komunikuje s procesorem pomocí UART rozhraní. Proto se jeho datové vstupy pripojují na vstupy RXD a TXD procesoru. Použil jsem displej 3,5" Nextion NX4832F035. Pro jiný typ Nextionu by bylo nutné změnit jeho firmware. Důležitou funkci v kolmunikaci s nextionem hrají odpory R15 a R16 které brání vzniku hazardních jehlových impulsů na hranách impůlsů. To mě docela potrápilo při vývoji SW pro komunikační jednotku zdroje.
Pro programování procesoru slouží konektor ISP ve standardním 6ti pinovém zapojení. Odporem R24 se na PIN 2 tohoto konektoru přivádí napětí 5V. Toto napětí některé programátory vyžadují, jiné ne. Já používám programátor STK500 který toto napětí nepotřebuje a tak odpor R4 neosazuji. Na vstup procesoru PD7 je připojen rezervní konektor pro případ že by časem bylo potřeba přidat nějakou další funkčnost.
Ovládání PA se provádí klasicky signálem PTT z TCVRU. Ten se přivádí na vstup PTTin. Přivedením Logické úrovně 0 na tento vstup je aktivován signál PTTout a PA je přepnut do TX stavu. V případě nějakého chybového stavu je signál PTTout procesorem deaktivován a PA přejde do RX stavu přestože je TCVR v TX stavu. Tak je při poruchovém stavu PA ochráněn před případným poškozením. Samotný procesor vyhodnocuje překročení výstupního výkonu a PSV. Překročení vstupního výkonu je detekováno v ochranné jednotce a chybový výstup z této jednotky je přiveden na vstup Alarm. Výstupy Pout Alarm a PSV alarm slouží pro signalizaci těchto chyb na čelním panelu. Vstup Gysel slouží jako indikace chyby vyvážení Gyselu. Vyvážení je detekováno v signalizační jednotce a LOG0 na tomto vstupu signalizuje rozvážení Gyselu. Vstup zdroj Error slouží k signalizaci chyby zdroje. Log1 na tomto vstupu signalizuje poruchu zdroje. Vstup Tmax slouží k zachycení chybového stavu od jednotky měření teplot. Log1 na tomto vstupu znamená překročení teploty.
Oživení Jednotky
Oživení není složité. Nejprve nahrajeme firmware do Nextionu. To lze provést pomocí SD karty vložené do displeje. Postup je popsán na mnoha místech na internetu. Já ale firmware nahrávám přímo z vývojového prostředí a proto postup nahrání pomocí SD karty nebudu popisovat abych se nedopustil nějaké chyby. Po nahrání firmware do displeje by se na něm měla objevit úvodní obrazovka. Tím poznáme že se operace zdařila.
Pokračovat budeme vlastní procesorovou deskou. Ta je poměrně jednoduchá. Nejprve osadíme zdroj 5V s 78M05. Po zapnutí ověříme výstupní napětí 5V. Pokud je vše v pořádku osadíme zbytek desky. Po zapnutí nahrajeme do procesoru firmware včetně "Fuses". Jejich nastavení vidíme na obrázku:
Po restartu by již měla naskočit obrazovka Nextionu v režimu měření. Nextion je připojen tak že RXD vodič od Nextionu je připojen na TXD procesoru a TXD Nextionu je připojen na RXD procesoru. Jak vypadá obrazovka je vidět na obrázku. Jde o obrázek ze simulátoru, zobrazené hodnoty nejsou reálné.
Pokud vidíme tuto obrazovku, můžeme přikročit k ověření funkce jednotky. Po zkratování vstupu PTT in na zem by se měla rozsvítit LED3. Ta signalizuje aktivní výstup PTT out. Pokud zkratujeme vstup Alarm na zem Musí LED zhasnout. To znamená že po vstupu externí chyby je vypnuto buzení PA. Aby bylo možné PTT out znovu aktivovat musíme nejprve odklíčovat PTT in a teprve potom je možné znovu sepnout PTT out. To platí i pro ostatní chybové vstupy. Vybavením chyby je PA odstaven z provozu dokud neodklíčujeme PTT in. Výstupy PSV a Pout alarm slouží pro signalizaci chybových stavů na čelním panelu. Na čelním panelu mám umístěnou malou destičku na které jsou umístěny Signalizační LED diody i s potřebnými srážecími odpory a spínací logikou. Na displeji by se měly zobrazovat provozní stavy které jsme simulovali.
Teď můžeme zkontrolovat měření výkonů. Nejprve ověříme napětí 2,5V na Vstupu AREF procesoru. Pokud je v pořádku přivedeme ho na vstupy Pin, Pout a Pret. Displej by měl zobrazit výkon 2700W, PSV 9,99, Pret 2700W a vstupní výkon 15W. Tolik teorie :-). Ve skutečnosti se u mě ukazovaly hodnoty o něco nižší. Převodníky v procesoru nemají zrovna zázračnou přesnost takže mohou zobrazovat i hodnoty o několik bitů jiné. To ale nevadí, přesně se měření nastavuje v jednotce měření výkonů. Můžeme snižovat napětí na měřících vstupech a pozorovat změny měřených hodnot na displeji. Pokud vše funguje podle tohoto popisu máme hotovo a jednotka je dokončená.
Mechanické provedení.
Jednotka je navržena na malé oboustranné destičce plošných spojů. Na straně spojů jsou osazeny SMD součástky. Druhou stranu tvoří celistvá plocha sloužící jako stínění. Kolem vyvrtaných dírek pro THT součástky jsou odfrézované z mědi isolační kroužky avy nedošlo ke zkratu. Pro odfrézování fólie kolem dírek používám malou frézičku vybroušenou ze zlomeného 3mm vrtáku. Ta se podobá vrtáku do dřeva. Středním hrotem se nasadí do dírky a břity odfrézují měď kolem dírky. Celá deska je na obou stranách zapájena do ohrádky z pocínovaného plechu. Všechny přívody kromě vodiců k Nextionu jsou dovnitř přivedené přes průchodkové kondenzátory. Navíc jsem na drátky od průchodkových kondenzátoru a destičku přidal u všech vodičů cca 1 až 2 průchody na feritové perle. Pro vodiče k Nextionu jsem v boku krabičky vyřízl obdélníkovou díru kterou jsou kablíky protažené. Kablíky k nextionu doporučuji protáhnout odrušovací feritovou trubkou. Osazovací schéma DPS vidíme na obrázku. Odpory R4, R8 a R9 obvykle není nutné osazovat.
fotogradie hotového modulu:
