Cách lập trình bộ giải mã hồng ngoại để điều khiển động cơ xoay chiều đa tốc độ: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Động cơ dòng điện xoay chiều một pha thường được tìm thấy trong các vật dụng gia đình như quạt và có thể dễ dàng điều khiển tốc độ của chúng khi sử dụng một số cuộn dây riêng biệt cho tốc độ cài đặt. Trong Có thể hướng dẫn này, chúng tôi xây dựng một bộ điều khiển kỹ thuật số cho phép người dùng điều khiển các chức năng như tốc độ động cơ và thời gian hoạt động. Có thể hướng dẫn này cũng bao gồm mạch thu hồng ngoại hỗ trợ giao thức NEC, trong đó động cơ có thể được điều khiển từ các nút nhấn hoặc từ tín hiệu nhận được bởi bộ phát hồng ngoại.

Để thực hiện điều này, một GreenPAK ™ được sử dụng, SLG46620 đóng vai trò như một bộ điều khiển cơ bản phụ trách các chức năng đa dạng này: mạch ghép kênh để kích hoạt một tốc độ (trong số ba tốc độ), bộ hẹn giờ đếm ngược 3 kỳ và bộ giải mã hồng ngoại để nhận một tín hiệu hồng ngoại bên ngoài, trích xuất và thực hiện một lệnh mong muốn.

Nếu chúng ta xem xét các chức năng của mạch, chúng ta lưu ý rằng một số chức năng rời rạc được sử dụng đồng thời: MUXing, thời gian và giải mã IR. Các nhà sản xuất thường sử dụng nhiều vi mạch để xây dựng mạch điện tử vì thiếu một giải pháp duy nhất có sẵn trong một vi mạch duy nhất. Việc sử dụng IC GreenPAK cho phép các nhà sản xuất sử dụng một chip duy nhất để bao gồm nhiều chức năng mong muốn và do đó giảm chi phí hệ thống và giám sát sản xuất.

Hệ thống với tất cả các chức năng của nó đã được kiểm tra để đảm bảo hoạt động tốt. Mạch cuối cùng có thể yêu cầu các sửa đổi đặc biệt hoặc các phần tử bổ sung phù hợp với động cơ đã chọn.

Để kiểm tra xem hệ thống có đang hoạt động trên danh nghĩa hay không, các trường hợp thử nghiệm cho các đầu vào đã được tạo với sự trợ giúp của trình giả lập thiết kế GreenPAK. Mô phỏng xác minh các trường hợp thử nghiệm khác nhau cho các đầu ra và chức năng của bộ giải mã IR được xác nhận. Thiết kế cuối cùng cũng được thử nghiệm với một động cơ thực tế để xác nhận.

Dưới đây, chúng tôi mô tả các bước cần thiết để hiểu cách thức lập trình chip GreenPAK để tạo bộ giải mã IR cho điều khiển động cơ xoay chiều đa tốc độ. Tuy nhiên, nếu bạn chỉ muốn lấy kết quả của việc lập trình, hãy tải phần mềm GreenPAK để xem File thiết kế GreenPAK đã hoàn thành. Cắm Bộ phát triển GreenPAK vào máy tính của bạn và nhấn chương trình để tạo IC tùy chỉnh cho bộ giải mã IR để điều khiển động cơ AC nhiều tốc độ.

Bước 1: Động cơ quạt AC 3 tốc độ

Động cơ xoay chiều 3 tốc độ là động cơ một pha hoạt động bằng dòng điện xoay chiều. Chúng thường được sử dụng trong nhiều loại máy gia đình như các loại quạt khác nhau (quạt treo tường, quạt bàn, quạt hộp). So với động cơ điện một chiều, việc điều khiển tốc độ trong động cơ điện xoay chiều tương đối phức tạp vì tần số của dòng điện phân phối phải thay đổi để thay đổi tốc độ động cơ. Các thiết bị như quạt và máy làm lạnh thường không yêu cầu tốc độ chi tiết, nhưng yêu cầu các bước rời rạc như tốc độ thấp, trung bình và cao. Đối với các ứng dụng này, động cơ quạt xoay chiều có một số cuộn dây tích hợp được thiết kế cho một số tốc độ trong đó việc thay đổi từ tốc độ này sang tốc độ khác được thực hiện bằng cách cung cấp năng lượng cho cuộn dây của tốc độ mong muốn.

Động cơ chúng tôi sử dụng trong dự án này là động cơ xoay chiều 3 tốc độ có 5 dây: 3 dây để điều khiển tốc độ, 2 dây cho nguồn và một tụ điện khởi động như minh họa trong hình 2 bên dưới. Một số nhà sản xuất sử dụng dây được mã hóa màu tiêu chuẩn để xác định chức năng. Biểu dữ liệu của động cơ sẽ hiển thị thông tin của động cơ cụ thể để xác định dây.

Bước 2: Phân tích dự án

Trong Có thể hướng dẫn này, một IC GreenPAK được cấu hình để thực hiện một lệnh nhất định, nhận được từ một nguồn như bộ phát IR hoặc một nút bên ngoài, để chỉ ra một trong ba lệnh:

Bật / Tắt: hệ thống được bật hoặc tắt với mỗi lần giải thích lệnh này. Trạng thái Bật / Tắt sẽ được đảo ngược với mỗi cạnh lên của lệnh Bật / Tắt.

Hẹn giờ: bộ hẹn giờ hoạt động trong 30, 60 và 120 phút. Ở xung thứ tư, bộ đếm thời gian bị tắt và khoảng thời gian bộ hẹn giờ trở lại trạng thái thời gian ban đầu.

Tốc độ: Kiểm soát tốc độ của động cơ, lặp lại liên tiếp đầu ra đã kích hoạt từ các dây chọn tốc độ của động cơ (1, 2, 3).

Bước 3: Bộ giải mã IR

Một mạch giải mã IR được xây dựng để nhận tín hiệu từ bộ phát IR bên ngoài và để kích hoạt lệnh mong muốn. Chúng tôi đã áp dụng giao thức NEC vì sự phổ biến của nó giữa các nhà sản xuất. Giao thức NEC sử dụng "khoảng cách xung" để mã hóa từng bit; mỗi xung mất 562,5 us để được truyền bằng tín hiệu của sóng mang tần số 38 kHz. Việc truyền tín hiệu logic 1 cần 2,25 ms trong khi truyền tín hiệu logic 0 cần 1,125 ms. Hình 3 minh họa quá trình truyền tàu xung theo giao thức NEC. Nó bao gồm cụm AGC 9 ms, sau đó là không gian 4,5ms, sau đó là địa chỉ 8 bit và cuối cùng là lệnh 8 bit. Lưu ý rằng địa chỉ và lệnh được truyền hai lần; lần thứ hai là phần bù của 1 (tất cả các bit đều được đảo ngược) như là tính chẵn lẻ để đảm bảo rằng thông điệp nhận được là chính xác. LSB được truyền đầu tiên trong tin nhắn.

Bước 4: Thiết kế GreenPAK

Các bit liên quan của tin nhắn đã nhận được trích xuất qua nhiều giai đoạn. Để bắt đầu, thời điểm bắt đầu của thông báo được chỉ định từ cụm AGC 9ms sử dụng CNT2 và 2-bit LUT1. Nếu điều này đã được phát hiện, không gian 4,5ms sau đó được chỉ định thông qua CNT6 và 2L2. Nếu tiêu đề chính xác, đầu ra DFF0 được đặt Cao để cho phép nhận địa chỉ. Các khối CNT9, 3L0, 3L3 và P DLY0 được sử dụng để trích xuất các xung đồng hồ từ bản tin nhận được. Giá trị bit được lấy ở cạnh lên của tín hiệu IR_CLK, cách cạnh lên của IR_IN 0,845ms.

Sau đó, địa chỉ được thông dịch sẽ được so sánh với một địa chỉ được lưu trữ trong PGEN bằng cách sử dụng 2LUT0. 2LUT0 là một cổng XOR và PGEN lưu trữ địa chỉ được đảo ngược. Mỗi bit của PGEN được so sánh tuần tự với tín hiệu đến và mỗi kết quả so sánh được lưu trữ trong DFF2 cùng với cạnh lên của IR-CLK.

Trong trường hợp bất kỳ lỗi nào được phát hiện trong địa chỉ, đầu ra chốt LUT5 SR 3-bit được thay đổi thành Cao với mục đích để ngăn việc so sánh phần còn lại của thông báo (lệnh). Nếu địa chỉ nhận được khớp với địa chỉ được lưu trữ trong PGEN, nửa sau của thông báo (lệnh & lệnh đảo ngược) sẽ được chuyển hướng đến SPI để lệnh mong muốn có thể được đọc và thực thi. CNT5 và DFF5 được sử dụng để chỉ định kết thúc của địa chỉ và bắt đầu của lệnh trong đó ‘Dữ liệu bộ đếm’ của CNT5 bằng 18: 16 xung cho địa chỉ ngoài hai xung đầu tiên (9ms, 4.5ms).

Trong trường hợp địa chỉ đầy đủ, bao gồm tiêu đề, đã được nhận và lưu trữ chính xác trong IC (trong PGEN), đầu ra Cổng 3L3 OR cung cấp tín hiệu Thấp đến chân nCSB của SPI sẽ được kích hoạt. Do đó, SPI bắt đầu nhận lệnh.

IC SLG46620 có 4 thanh ghi bên trong có độ dài 8-bit và do đó có thể lưu trữ bốn lệnh khác nhau. DCMP1 được sử dụng để so sánh lệnh đã nhận với các thanh ghi bên trong và bộ đếm nhị phân 2 bit được thiết kế có các đầu ra A1A0 được kết nối với MTRX SEL # 0 và # 1 của DCMP1 để so sánh lệnh đã nhận với tất cả các thanh ghi một cách liên tục và liên tục.

Một bộ giải mã có chốt được xây dựng bằng cách sử dụng DFF6, DFF7, DFF8 và 2L5, 2L6, 2L7. Thiết kế hoạt động như sau; nếu A1A0 = 00 đầu ra SPI được so sánh với thanh ghi 3. Nếu cả hai giá trị bằng nhau, DCMP1 cho tín hiệu Cao ở đầu ra EQ của nó. Vì A1A0 = 00, điều này sẽ kích hoạt 2L5, và do đó DFF6 xuất ra tín hiệu Cao cho biết rằng tín hiệu Bật / Tắt đã được nhận. Tương tự, đối với phần còn lại của các tín hiệu điều khiển, CNT7 và CNT8 được định cấu hình là 'Cả hai biên độ trễ' để tạo ra độ trễ thời gian và cho phép DCMP1 thay đổi trạng thái của đầu ra trước khi giá trị của đầu ra được giữ bởi các DFF.

Giá trị của lệnh Bật / Tắt được lưu trong thanh ghi 3, lệnh hẹn giờ trong thanh ghi 2 và lệnh tốc độ trong thanh ghi 1.

Bước 5: Tăng tốc MUX

Để chuyển đổi tốc độ, một bộ đếm nhị phân 2 bit được chế tạo có xung đầu vào được nhận bởi nút bên ngoài được kết nối với Pin4 hoặc từ tín hiệu tốc độ IR thông qua P10 từ bộ so sánh lệnh. Ở trạng thái ban đầu Q1Q0 = 11, và bằng cách áp dụng một xung vào đầu vào của bộ đếm từ 3bit LUT6, Q1Q0 liên tiếp trở thành 10, 01 và sau đó là trạng thái 00. 3-bit LUT7 được sử dụng để bỏ qua trạng thái 00, vì chỉ có ba tốc độ khả dụng trong động cơ đã chọn. Tín hiệu Bật / Tắt phải Cao để kích hoạt quá trình điều khiển. Do đó, nếu tín hiệu Bật / Tắt ở mức Thấp, đầu ra đã kích hoạt sẽ bị vô hiệu hóa và động cơ bị tắt như trong Hình 6.

Bước 6: Hẹn giờ

Bộ hẹn giờ 3 khoảng thời gian (30 phút, 60 phút, 120 phút) được thực hiện. Để tạo cấu trúc điều khiển, bộ đếm nhị phân 2 bit nhận các xung từ một Nút hẹn giờ bên ngoài được kết nối với Pin13 và từ tín hiệu Bộ định thời hồng ngoại. Bộ đếm sử dụng Pipe Delay1, trong đó Out0 PD num bằng 1 và Out1 PD num bằng 2 bằng cách chọn một phân cực ngược cho Out1. Ở trạng thái ban đầu Out1, Out0 = 10, Timer bị vô hiệu hóa. Sau đó, bằng cách áp dụng một xung vào CK đầu vào cho Pipe Delay1, trạng thái đầu ra thay đổi liên tiếp thành 11, 01, 00, đảo ngược CNT / DLY thành mọi trạng thái được kích hoạt. CNT0, CNT3, CNT4 được cấu hình để hoạt động dưới dạng 'Rising Edge Delays' có đầu vào bắt nguồn từ đầu ra của CNT1, được cấu hình để tạo xung sau mỗi 10 giây.

Để có thời gian trễ 30 phút:

30 x 60 = 1800 giây ÷ 10 giây khoảng thời gian = 180 bit

Do đó, Dữ liệu bộ đếm cho CNT4 là 180, CNT3 là 360 và CNT0 là 720. Sau khi hết thời gian trễ, một xung Cao được truyền qua 3L14 đến 3L11 khiến hệ thống tắt. Bộ hẹn giờ được đặt lại nếu tắt hệ thống bằng nút bên ngoài được kết nối với Pin12 hoặc bằng tín hiệu IR_ON / OFF.

* Bạn có thể sử dụng rơ le triac hoặc rơ le trạng thái rắn thay vì rơ le điện cơ nếu bạn muốn sử dụng công tắc điện tử.

* Một bộ gỡ lỗi phần cứng (tụ điện, điện trở) đã được sử dụng cho các nút nhấn.

Bước 7: Kết quả

Là bước đầu tiên trong quá trình đánh giá thiết kế, GreenPAK Software Simulator đã được sử dụng. Các nút ảo được tạo trên các đầu vào và các đèn LED bên ngoài đối diện với các đầu ra trên bảng phát triển được giám sát. Công cụ Signal Wizard đã được sử dụng để tạo ra một tín hiệu tương tự như Định dạng NEC nhằm mục đích gỡ lỗi.

Một tín hiệu có dạng 0x00FF5FA0 đã được tạo, trong đó 0x00FF là địa chỉ tương ứng với địa chỉ đảo ngược được lưu trữ trong PGEN và 0x5FA0 là lệnh tương ứng với lệnh đảo ngược trong thanh ghi DCMP 3 để điều khiển chức năng Bật / Tắt. Hệ thống ở trạng thái ban đầu là ở trạng thái TẮT, nhưng sau khi tín hiệu được áp dụng, chúng tôi lưu ý rằng hệ thống sẽ BẬT. Nếu một bit duy nhất đã được thay đổi trong địa chỉ và tín hiệu được áp dụng lại, chúng tôi lưu ý rằng không có gì xảy ra (địa chỉ không tương thích).

Hình 11 trình bày bảng sau khi khởi động Trình hướng dẫn tín hiệu một lần (với lệnh Bật / Tắt hợp lệ).

Phần kết luận

Tài liệu hướng dẫn này tập trung vào cấu hình của IC GreenPAK được thiết kế để điều khiển Động cơ xoay chiều 3 tốc độ. Nó kết hợp một số chức năng như tốc độ đạp xe, tạo bộ đếm thời gian 3 chu kỳ và xây dựng bộ giải mã IR tương thích với giao thức NEC. GreenPAK đã chứng tỏ hiệu quả trong việc tích hợp một số chức năng, tất cả trong một giải pháp vi mạch diện tích nhỏ và chi phí thấp.