出力パラメータの表示とUPSの負荷保護の実装。 パート4.1

パート1
パート2
パート3

プロローグ

皆さん、こんにちは。これは、デバイスの非電源部分に当てられるサイクルの最後の部分です。 私は意図的に電源モジュールを締めていると思うかもしれませんが、そうではありません。 部分的に「装飾的」であるすべてのサイドモジュールを最初に仕上げたいと思いますが、それなしでは、UPSは未知の目的で機能の不十分な鉄の山になります。
したがって、この記事では、温度、ノードの電流、および温度制御と過熱に対する保護の測定の実装について詳しく調べます。 そしてもちろん-それなしでどこに行けるのかを示すものです！ 実際、それなしでは、デバイスで何が起こっているのか、どのように正しく動作するのか、まったく動作するのかを理解するのは非常に問題です。
開始する前のいくつかのステートメント：

1） 産業用バージョンでは、ボードは4層で離婚し、電気絶縁とノイズを最小限に抑えた高品質のボードトレースを実装しましたが、この記事では「アマチュア無線」用に2種類のトレースを提供します！ 1つのタイプは両面ボードで、もう1つのオプションは片面です。 これらのオプションでさえ、信頼性の高い動作のために十分なノイズ特性を備えており、製造コストを削減するためにガルバニック絶縁が削除されたことにすぐに気付くことができます。 このノードは責任を負いません。誤動作が発生した場合、デバイスは引き続き動作し、事故を知らせます。
もちろん、それらを記事に掲載する前に、私はプロトタイプを作成し、それを懸命に駆動し、適切な耐用性よりも高く評価しました。 また、LUTとフォトレジストを使用してこれらのカードを製造する可能性も確認しました。0.3mmピッチが問題なく達成されました。

2） このユニットまたはUPS全体を繰り返したい場合は、プログラムされたマイクロコントローラーSTM32を送信する準備ができています。 価格は次のようになります。お金を稼ぐのではなく、支援のみを目的としたMK +送料の費用。

それはある程度の明確さをもたらしたようです、そして我々はスキームを理解するために行きました...

一般的な回路とモジュール機能の説明

したがって、今日お話しするモジュールの一般的なスキームは、モジュールに関するこの記事専用に書き直しました。これにより、初心者が操作の一般原則と最終的な機能を担当する「ピース」を理解しやすくなります。

図1-STM32F103RBT6のディスプレイと制御ユニットの概略図

今、私たちはスキームを見て、それができることを大まかに想像することができます：

1）最初に目を引くのは、碑文ILI9341のある「長方形」です。 これは、解像度240x320ピクセル、対角2.4インチのカラーTFTスクリーンです。ほとんどすべての測定情報が表示されます。
2）また、「シャント」コネクタの1つ近くに碑文があります。これは、電流を正確に測定することを示唆していると思います。 これは、この回路での電流シャントの使用を正当化し、変流器ではありません。 後者は、 短絡（短絡）から保護するために電源モジュールで使用されます
3）「+ 360V」と「+ 48V」の表記が付いたコネクタのペアも表示されます。これは、DCバス（バッテリーを含む）の電圧を監視し、出力電圧を測定しています。 測定回路の時定数を減らすために、出力電圧（AC）が線形に依存するため、それらを高電圧DC回路で行うことにしました。そのため、UPSの出力で定数を交流電圧に変換することは難しくありません。
4） DS18B20センサーで作業した人は、すぐにJ1コネクターに注意を払います。ここで、温度センサーを接続します
5）センサーは、 J8に接続する冷却クーラーのフィードバック回路です
6）マジックコネクタJ3があります。J3の近くには、同じ抵抗の束と碑文LEDがあります 。おそらく、誰もが同じLED表示がここに接続されていると推測したので、UPSのフロントパネルで確認できます

回路の一般的な可能性が議論されているようで、各ブロックがどのように機能するかを理解する必要があります。

機能原理とソフトウェア制御

1）最も重要なことから始めましょう- 食物で は、食事に違反することはできません。 誰かが突然前の記事を忘れてしまった場合-スタンバイ電源の電圧が15Vである場合、マイクロコントローラが3.3Vで駆動されるという事実を考慮して、この電圧からすべてのものに電力を供給する必要があります。

図2-電力安定化回路

安定剤はすべて線形です。 + 3.3V回路を流れる電流は0.25Aを超えません。 基本的なポイントが1つあります。これは、一見余分なスタビライザーLM7805の存在です。 実際、私はAMS1117-3.3のスタビライザーがフライのように燃えるような状況に陥りました。これはすべて、 7805、7815などに慣れていたためです-最大入力電圧は最大40Vです。 AMS1117の最大入力電圧は12Vです。 したがって、それに15Vを与えると、これが起こらないように燃えます。最初に15Vを5Vに下げ、次に5Vを3.3Vに下げます。
それは些細なことのように思えますが、不注意と習慣のために、あるプロジェクトでどういうわけか死んだ石STM32F407VETとたくさんのSDRAMを手に入れました。 LED VD2-電力線に電圧があることを知らせるだけです。

2）次に、安定化されたパワーをMKに適用する必要があります。手頃な価格のSTM32F103RBT6ストーンを使用します。 彼が選んだ理由は次の段落にあります。 したがって、配線の主なルールは、電源回路に多くのコンデンサがないことです。 少なくとも、レッグのペアV _cc -V _ssごとに0.1μFのコンデンサが1つ必要です。 もちろん、 V _ddaのアナログ部分の電源回路は別々に_配線する必要があります-別個の電解質、チョークが必要です...これはすべてクールですが、消費者のタスクとあまり高精度ではないため、従来のコンデンサで他の回路で十分です。
理想的な電力スキームは、STMのデータシートで確認できます。

図3-マイクロコントローラーの電源回路

ヨガV _バットはまだ見られます-ラインのパワーを制御する役割を果たし、低下するとMKをスリープモードまたはセービングモードに導くことができます。 私たちのタスクでは、これは関係ありません。なぜなら、 プレーヤーや電話など、バッテリー電源のあるシステムで使用されます。
なぜ回路にコンデンサが必要なのですか？電源のノイズと放射を除去して干渉を排除するためです。 これは、測定の精度がこれに依存するため、アナログ部品の電源回路に特に当てはまります。

3）ここで、 STM32F103RBT6の理由を説明します。 F10xシリーズは互いに非常によく似ており、STで試した最初のMKはSTM32VL-Discoveyデバッグボード上にあるSTM32F100RBT6でした。 それは私たちのものとほとんど同じであり、私はそれを使ってディスプレイで作業しましたが、1つの欠点があります。 ILI9341のディスプレイはハードウェアSPIを介して動作します。つまり、速度はMK周波数に依存します。 F100は24 MHzで、ATmega8レベルのコストを考慮すると非常に堅実ですが、この周波数ではSPIの速度では人間の目に見えない周波数でTFTの画像を更新するのに十分ではありませんでした。 したがって、私はより古い友人を連れて行くことに決めました、そして、選択肢はSTM32F103RBT6に落ちました。 私が上で書いたように、石はほとんど変わらず、その脚のピン配列は大まかに言えば一致します- 完全な類似物。 それはすでに72 MHzのクロック周波数です！ どんなAVR-kiにとってもとんでもないことであり、私たちにとっても必要です！ この周波数では、 「裸の」 SPIでの全画面更新の時間は780ミリ秒であり、これは目で確認できます。 ただし、画面全体ではなく、その上の碑文を更新する場合、何も既に目立ちません。 もちろん必要ありませんが、 プロジェクトが開いている場合、誰かがポルノの枝分かれした（ツリーのような）メニューまたはグラフィックスがたくさんある何かを表示する機能を追加することを決定するかもしれません。 したがって、周辺の非常にクールな部分-DMAを使用することに決定しました-SPI + DMAバンドルの作業により、更新時間を120ミリ秒に短縮できました。これは、グラフィカルメニューなどの優れた作業に十分です。

図4-LQFP-64パッケージのSTM32F103RBT6マイクロコントローラーの概要

4）私たちのデバイスは電力であり、何かを浴びるので、温度制御機能を実装する必要があります。 これは伝説的な DS18B20センサーに基づいており、インターネットや書籍で「噛んだ」 1-Wireインターフェースで動作します。 彼は元気ですか？ 2つの要件を満たします。精度+ -0.5で測定でき、使いやすいです。 工業用バージョンでは、同じセンサーがまだ3つしかありませんが、これは普通の人にとっては冗長です。ただし、各ラジエーターに3つの部品を使用することを禁止する人はいません。

図5-1-Wireインターフェースを介してDS18B20センサーをマイクロコントローラーに接続

ご覧のとおり、すべてが非常に単純です！ ボードの配線などの要件を超えて、困難はありません。 図から、センサーはコネクタを介して接続されていることがわかります。 それ自体は、主な熱源であるラジエーターに取り付けられています。 センサー自体はTO-92ハウジングにあります。 プログラムでどのように動作するか、さらに分析します。

5）STM32プログラミングインターフェイスは、3本のワイヤからなる最もシンプルなシリアルワイヤインターフェイスです。 グランド+クロック周波数（CLK）+データ（DIO）。

図6-マイクロコントローラーのプログラミングインターフェイス

+ 3.3V出力を追加して、プログラミング時に主電源を供給せず、 STM32VL-Discoveryデバッグボードからの電源を使用するようにしました。 デバッグの写真を添付する場合に備えて、すべてがはっきりしていると思います。

図7-STM32F100RBT6ストーンとST-link v1.0プログラマーを搭載したSTM32VL-Discoveryボードの一般的なビュー

私のプロジェクトとスキームをさらに研究する予定がある場合、溶接機からHFトランシーバーまで多くのプロジェクトとスキームがある場合、デバッグボードを購入することを強くお勧めします。予算に応じていずれかを選択できます。 クールなプロジェクトと詳細な調査が必要な場合は、 STM32F429-Discoを購入してください 。 この料金は、ニーズの95％をカバーしますが、価格は約2.5-3000ルーブルです。

6）動作電圧の測定は2つのADCチャネルで実行されます。このSTMにはこれらのチャネルが16個あるため、可能性はまだありません。 2つの値に関心があります 。低電圧DCバス48Vと360-400Vの高電圧DCバスです。 回路は最も単純です。 抵抗器の分圧器で、その1つはトリマーで、係数を変更することで電圧を調整します。 分割

図8-電圧測定用の入力回路ADC

分周比の計算式：


入力電圧に対するADCの電圧依存性の式（測定値）：


STMのADCは0〜+ 3.3Vの電圧を測定できます。私たちの仕事は係数を選択することです。 分圧器の後、400Vと48Vがこの範囲に入るように分割します。 公称測定電圧は、ADCで約2Vのレベル、つまり中間値よりもわずかに低下することをお勧めします。 これにより、より小さい電圧と大きい電圧の両方が測定されます。
シャントコンデンサにより、リップルと誤ったADCカウントから保護され、ツェナーダイオードは、ADC MKの入力を電圧とリップルの増加から保護します。

7）電流測定は、150Aで75 mVの公称降下の標準シャントを使用して実装されます。 ADCはこのような低電圧を測定できますが、 精度とサンプリングは低くなります。 この問題を解決するには、 オペアンプ（オペアンプ）を使用する必要があります。 彼は75 mVを20倍増幅し 、定格負荷で1.5 Vを取得します 。 「上から」の在庫は、突入電流と過電流を監視するために選択されます。 結局、20分間200％の過負荷という宣言された特性があり、これによりADCに3Vの電圧が発生します。

図9-LM358オペアンプの電流測定回路の実装

ゲインは、R13とR15の分周器によって調整され、R15を調整して変更することにより、現在の値を調整できます。 オペアンプの包含回路は一般的に標準です。 私が持っていた唯一の重要な点は、+ 3.3Vからの不安定な動作でした。 私はそれが何に関連しているのか理解していましたが、ドキュメンテーションでは表面的に何らかの形で言及されていましたので、データシートを読むことをお勧めします。 したがって、 デューティソース から得た+ 15Vからオペアンプに電力を供給することが決定されました 。

8）最後のモジュールは、冷却システムの管理です。 2つのクーラーで実行され、それらの制御に対するフィードバックは上記のDS18B20で実行されます。 負荷は、電源フィールドポールIRLML0030によって制御されます。 電流を3-4Aに簡単に切り替えることができ、マーキングの文字「L」は、低ロジックレベル、つまり+ 3.3Vから動作する能力を意味するため、優れています。 これにより、MKからキーを直接管理できます。 クーラー速度はPWMによって制御されます。 それはSTM32のハードウェアで、各タイマーに4つのチャネルがあり、そこには多くのタイマーがあります...したがって、創造性の余地があります）
両方のクーラーを1つのチャネルに配置しました。 それは単純です。この場合、マルチチャネル制御を実装する意味はありません 。 フィードバック「デューティサイクル-温度」により、通常の動作温度を維持し、クーラーの寿命を延ばす（節約する）ことができます。

図10-PWMを使用してクーラーを制御するための電源回路の図

R17抵抗は100〜1000オームの範囲で選択されますが、電界効果トランジスタは電圧で開き、理想的には電流を消費しませんが、そのゲートには容量があります。 彼女は、無限に短い時間で無限に大きな電流を充電するように努力しますが、これはもちろん理想的なモデルです。 実際には、シャッター容量は十分に大きな電流で充電されるため、MKを殺さないように制限する必要があります。 STM出力は、ポート全体に約10〜15 mAまたは50〜80 mAを供給することができますが、石には電力が供給されていないため、過負荷にしないでください。 したがって、最も単純な方法に従います- 電流制限抵抗を配置します。
上記の定格について説明しましたが、100オーム未満に設定しない方が良いです。抵抗器が温まり、MKで消費される電流が大きくなります。 1 kOhm以上を設定することはお勧めできません。 電流が非常に制限され、シャッターが長時間充電され、PWMの形状が歪んでしまいますが、これはあまり良くありません。 この瞬間が十分に詳細に説明されたことを願っています。

ディスプレイモジュール用ボード

LUTで両面ボードを製造するオプション：


図11-ボードの最上層


図12-ボードの最下層

PCBプロジェクトを含むファイル

片側実行のボードの一般的なビュー

これはボードの最もシンプルなバージョンであり、ほとんどの初心者向けですが、他のボードよりも悪くは機能せず、機能を実行します！


図13-導体の側面からのボードの表示（下）


図14-TFTなしの上面図、隠れたクォーツ、プログラミングコネクタ、分周器のチューニング抵抗があります


図15-TFT画面のトップビュー、すべての「ねじれ」が非表示になり、ランダムに設定を取得できません


図16-この記事の全体はこの特定の適応症に当てられました

エピローグ

原則として、これは私がこのパートで伝えたかったことのすべてです。つまり、回路とモジュールの一般原則です。 そしてもちろん、ファイルをボードに添付しました。 このデバイスのコードは、次のように別個の部分になります。 これはデバイスの非常にグローバルな部分であり、別の記事をそのデバイスに捧げることをお勧めします。

ここで、読者の意見を知りたいと思います。コードを解析する価値はありますか？ ソースをアップロードして分解するのは理にかなっていますか？ おそらく、完成した.hexファームウェアを添付するだけで十分でしょうか？ そして最も重要なこと-ソフトウェアの部分に関する記事が必要ですか？ 自己分析のためにこの記事にソースを添付するか、 「Part 4.2」などの別の部分をかむことができます。

すべての読者に感謝します。さらなる動きについてのあなたの意見を楽しみにしています。

パート4.2
パート5
パート6