Как запрограммировать ИК-декодер для управления многоскоростным двигателем переменного тока: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Однофазные двигатели переменного тока обычно используются в предметах домашнего обихода, таких как вентиляторы, и их скорость можно легко контролировать, используя несколько дискретных обмоток для заданных скоростей. В этом руководстве мы создаем цифровой контроллер, который позволяет пользователям управлять такими функциями, как скорость двигателя и время работы. Эта инструкция также включает в себя схему инфракрасного приемника, которая поддерживает протокол NEC, где двигателем можно управлять с помощью кнопок или сигнала, полученного от инфракрасного передатчика.

Для этого используется GreenPAK ™, SLG46620 служит базовым контроллером, отвечающим за эти разнообразные функции: мультиплексную схему для активации одной скорости (из трех скоростей), трехпериодные таймеры обратного отсчета и инфракрасный декодер для приема внешний инфракрасный сигнал, который извлекает и выполняет желаемую команду.

Если мы посмотрим на функции схемы, мы заметим, что одновременно используются несколько дискретных функций: мультиплексирование, синхронизация и ИК-декодирование. Производители часто используют множество ИС для построения электронной схемы из-за отсутствия доступного уникального решения в рамках одной ИС. Использование ИС GreenPAK позволяет производителям использовать один чип для включения многих желаемых функций и, следовательно, снизить стоимость системы и надзор за производством.

Система со всеми ее функциями проверена на правильность работы. Окончательная схема может потребовать специальных модификаций или дополнительных элементов, адаптированных к выбранному двигателю.

Чтобы проверить, что система работает нормально, тестовые примеры для входных данных были сгенерированы с помощью эмулятора конструктора GreenPAK. Эмуляция проверяет различные тестовые примеры для выходов, и подтверждается функциональность ИК-декодера. Окончательная конструкция также проверяется на реальном двигателе для подтверждения.

Ниже мы описали шаги, необходимые для понимания того, как микросхема GreenPAK была запрограммирована для создания ИК-декодера для управления многоскоростным двигателем переменного тока. Однако, если вы просто хотите получить результат программирования, загрузите программное обеспечение GreenPAK, чтобы просмотреть уже заполненный файл дизайна GreenPAK. Подключите GreenPAK Development Kit к компьютеру и нажмите программу, чтобы создать индивидуальную ИС для ИК-декодера для управления многоскоростным двигателем переменного тока.

Шаг 1: 3-скоростной двигатель вентилятора переменного тока

Трехскоростные двигатели переменного тока - это однофазные двигатели, работающие от переменного тока. Они часто используются в самых разных бытовых машинах, таких как вентиляторы различных типов (настенные, настольные, ящичные). По сравнению с двигателем постоянного тока, управление скоростью в двигателе переменного тока относительно сложно, поскольку частота подаваемого тока должна измениться, чтобы изменить скорость двигателя. Такие устройства, как вентиляторы и холодильные машины, обычно не требуют мелкой детализации скорости, но требуют дискретных шагов, таких как низкая, средняя и высокая скорость. Для этих применений двигатели вентиляторов переменного тока имеют ряд встроенных катушек, рассчитанных на несколько скоростей, где переключение с одной скорости на другую осуществляется путем подачи питания на катушку с желаемой скоростью.

Двигатель, который мы используем в этом проекте, представляет собой трехскоростной двигатель переменного тока с 5 проводами: 3 провода для управления скоростью, 2 провода для питания и пусковой конденсатор, как показано на рисунке 2 ниже. Некоторые производители используют стандартные провода с цветовой кодировкой для идентификации функций. Техническое описание двигателя покажет информацию о конкретном двигателе для идентификации проводов.

Шаг 2: Анализ проекта

В этом руководстве ИС GreenPAK сконфигурирована для выполнения заданной команды, полученной от источника, такого как ИК-передатчик или внешняя кнопка, для обозначения одной из трех команд:

Вкл / Выкл: система включается или выключается при каждой интерпретации этой команды. Состояние включения / выключения будет меняться на обратное с каждым нарастающим фронтом команды включения / выключения.

Таймер: таймер работает на 30, 60 и 120 минут. При четвертом импульсе таймер выключается, и период таймера возвращается к исходному состоянию синхронизации.

Скорость: управляет скоростью двигателя, последовательно повторяя активированный выходной сигнал с проводов выбора скорости двигателя (1, 2, 3).

Шаг 3: ИК-декодер

Схема ИК-декодера предназначена для приема сигналов от внешнего ИК-передатчика и активации требуемой команды. Мы приняли протокол NEC из-за его популярности среди производителей. Протокол NEC использует «импульсное расстояние» для кодирования каждого бита; для передачи каждого импульса требуется 562,5 мкс с использованием сигнала несущей частоты 38 кГц. Для передачи сигнала логической 1 требуется 2,25 мс, а для передачи сигнала логического 0 - 1,125 мс. На рисунке 3 показана передача последовательности импульсов согласно протоколу NEC. Он состоит из пакета AGC длительностью 9 мс, затем пространства 4,5 мс, затем 8-битного адреса и, наконец, 8-битной команды. Обратите внимание, что адрес и команда передаются дважды; второй раз - это дополнение до 1 (все биты инвертированы) в качестве четности, чтобы гарантировать правильность полученного сообщения. LSB передается первым в сообщении.

Шаг 4: Дизайн GreenPAK

Соответствующие биты полученного сообщения извлекаются в несколько этапов. Для начала, начало сообщения определяется из пакета AGC длительностью 9 мс с использованием CNT2 и 2-битного LUT1. Если это было обнаружено, то через CNT6 и 2L2 указывается пространство 4,5 мс. Если заголовок правильный, выход DFF0 устанавливается на высокий уровень, чтобы разрешить прием адреса. Блоки CNT9, 3L0, 3L3 и P DLY0 используются для извлечения тактовых импульсов из принятого сообщения. Значение бита берется на переднем фронте сигнала IR_CLK, 0,845 мсек от переднего фронта IR_IN.

Затем интерпретированный адрес сравнивается с адресом, хранящимся в PGEN с использованием 2LUT0. 2LUT0 - это вентиль XOR, а PGEN хранит инвертированный адрес. Каждый бит PGEN последовательно сравнивается с входящим сигналом, и результат каждого сравнения сохраняется в DFF2 вместе с нарастающим фронтом IR-CLK.

В случае обнаружения какой-либо ошибки в адресе, 3-битный выход защелки LUT5 SR изменяется на High с целью предотвращения сравнения остальной части сообщения (команды). Если полученный адрес совпадает с адресом, сохраненным в PGEN, вторая половина сообщения (команда и инвертированная команда) направляется в SPI, чтобы желаемая команда могла быть прочитана и выполнена. CNT5 и DFF5 используются для указания конца адреса и начала команды, где «Данные счетчика» CNT5 равны 18: 16 импульсов для адреса в дополнение к первым двум импульсам (9 мс, 4,5 мс).

В случае, если полный адрес, включая заголовок, был правильно получен и сохранен в IC (в PGEN), выход 3L3 OR Gate выдает сигнал Low на вывод nCSB SPI для активации. Следовательно, SPI начинает получать команду.

Микросхема SLG46620 имеет 4 внутренних регистра длиной 8 бит, что позволяет хранить четыре различных команды. DCMP1 используется для сравнения полученной команды с внутренними регистрами, и разработан 2-битный двоичный счетчик, выходы A1A0 которого подключены к MTRX SEL # 0 и # 1 DCMP1, чтобы сравнивать полученную команду со всеми регистрами последовательно и непрерывно..

Декодер с защелкой был построен с использованием DFF6, DFF7, DFF8 и 2L5, 2L6, 2L7. Конструкция работает следующим образом; если A1A0 = 00, выход SPI сравнивается с регистром 3. Если оба значения равны, DCMP1 выдает сигнал высокого уровня на своем выходе эквалайзера. Поскольку A1A0 = 00, это активирует 2L5, и DFF6, следовательно, выдает сигнал высокого уровня, указывающий, что сигнал включения / выключения был получен. Аналогично, для остальных сигналов управления CNT7 и CNT8 настроены как «Оба фронта задержки», чтобы генерировать временную задержку и позволить DCMP1 изменить состояние своего выхода до того, как значение выхода будет удерживаться DFF.

Значение команды включения / выключения сохраняется в регистре 3, команда таймера - в регистре 2, а команда скорости - в регистре 1.

Шаг 5: Ускорение мультиплексора

Для переключения скоростей был построен 2-битный двоичный счетчик, входной импульс которого принимается внешней кнопкой, подключенной к выводу 4, или по ИК-сигналу скорости через P10 от компаратора команд. В исходном состоянии Q1Q0 = 11, и при подаче импульса на вход счетчика из 3-битной LUT6, Q1Q0 последовательно становится 10, 01, а затем - состоянием 00. 3-битный LUT7 использовался для пропуска состояния 00, учитывая, что для выбранного двигателя доступны только три скорости. Для активации процесса управления сигнал включения / выключения должен быть высоким. Следовательно, если сигнал включения / выключения низкий, активированный выход отключается и двигатель выключается, как показано на рисунке 6.

Шаг 6: Таймер

Реализован 3-х периодный таймер (30 мин, 60 мин, 120 мин). Для создания структуры управления 2-битный двоичный счетчик принимает импульсы от внешней кнопки таймера, подключенной к выводу 13, и от сигнала ИК-таймера. Счетчик использует Pipe Delay1, где Out0 PD num равно 1, а Out1 PD num равно 2, путем выбора инвертированной полярности для Out1. В исходном состоянии Out1, Out0 = 10 таймер отключен. После этого, подавая импульс на вход CK для Pipe Delay1, состояние выхода последовательно меняется на 11, 01, 00, инвертируя CNT / DLY в каждое активированное состояние. CNT0, CNT3, CNT4 были настроены для работы как «Задержки нарастающего фронта», вход которых исходит от выхода CNT1, который настроен на подачу импульса каждые 10 секунд.

Чтобы иметь задержку 30 минут:

30 x 60 = 1800 секунд ÷ 10 секундные интервалы = 180 бит

Следовательно, данные счетчика для CNT4 равны 180, CNT3 - 360, а CNT0 - 720. По истечении времени задержки импульс высокого уровня передается через 3L14 на 3L11, вызывая отключение системы. Таймеры сбрасываются, если система выключается внешней кнопкой, подключенной к контакту 12, или сигналом IR_ON / OFF.

* Вы можете использовать симистор или твердотельное реле вместо электромеханического реле, если хотите использовать электронный переключатель.

* Для кнопок использовался аппаратный дебаунтер (конденсатор, резистор).

Шаг 7: Результаты

В качестве первого шага в оценке проекта использовался программный симулятор GreenPAK. На входах были созданы виртуальные кнопки и контролировались внешние светодиоды напротив выходов на плате разработки. Инструмент мастера сигналов использовался для генерации сигнала, аналогичного формату NEC, для отладки.

Был сгенерирован сигнал с шаблоном 0x00FF5FA0, где 0x00FF - это адрес, соответствующий инвертированному адресу, хранящемуся в PGEN, а 0x5FA0 - это команда, соответствующая инвертированной команде в регистре 3 DCMP для управления функцией включения / выключения. Система в исходном состоянии находится в выключенном состоянии, но после подачи сигнала мы отмечаем, что система включается. Если в адресе был изменен один бит и сигнал был применен повторно, мы замечаем, что ничего не происходит (несовместимый адрес).

На рисунке 11 представлена плата после однократного запуска мастера сигналов (с действующей командой включения / выключения).

Заключение

В этом руководстве описывается конфигурация ИС GreenPAK, предназначенная для управления трехскоростным двигателем переменного тока. Он включает в себя ряд функций, таких как изменение скорости, создание трехпериодного таймера и создание ИК-декодера, совместимого с протоколом NEC. GreenPAK продемонстрировал эффективность при интеграции нескольких функций, все в недорогом и небольшом решении IC.