Интернет-магазин

Просмотр корзины
В корзине:

товаров - 0 шт.



§ 9. Модуль Ke-Box :: Управление нагрузками с помощью ШИМ

Дмитрий Иванов, 22 декабря 2010

Крайне интересной особенностью модуля Ke-Box являются наличие встроенного канала ШИМ. С помощью этого аппаратного ресурса можно программно регулировать мощность подводимую к какй-либо нагрузке. В результате мы можем плавно менять яркость свечения лампочки, плавно менять скорость вращения электродвигателя. и т.д.


Немного теории. ШИМ расшифровывается как "широтно-импульсная модуляция". Это режим генерации импульсного сигнала в котором период следования импульсов неизменен, а вот их скважность может изменяться (отношение периода импульса к его длительности). Рассмотрим Рисунок 1. На нем представлены графики двух импульсных сигналов. Хорошо видно что их периоды совпадают, но вот длительность импульсов на первом графике отличается от второго.

Схема ШИМ Описание ШИМ

Рисунок 1. Широтно-импульсная модуляция

Что произойдет, если сигнал такой формы подать на нагрзку, например электролампочку? Ответ: мы получим различную яркость свечения лампочки. Чем ближе длительность импульса к его периоду (просто постоянный уровень сигнала), тем большую мощность получит лампочка и соответственно тем ярче она будет светиться.

Модуль Ke-Box имеет в своем составе специальный выход, позволяющий генерировать ШИМ сигнал. Мы можем управлять формой этого сигнала путем отправки команды модулю. Общая схема подключения нагрузки к ШИМ выводу Ke-Box показана на рисунке ниже.

Схема подключения нагрузки к ШИМ

Рисунок 2. Схема подключения нагрузки к ШИМ выводу модуля Ke-Box

Для роботы с ШИМ необходимы две клеммы - PWM и GND. "Снаружи" модуля остаются источник питания для нагрузки и собственно сама нагрузка. Обратите внимание что в качестве источника допустимы только источники постоянного напряжениея величной не более 30 В. Как же это все работает? Внутри модуля Ke-Box "спрятан" мощный полевой транзистор который в соответствие с формой ШИМ сигнала генерируемого микропроцес-сором модуля "открывается" (пропускает через себя ток) или "закрывается" (не пропускает). Этот транзистор включается в цепь типания нагрузки (через клемму PWM). В результате на нагрузку подается напряжение в соответствие с законом изменения формы ШИМ сигнала.


Довольно теории, давайте перейдем к практике. Давайте посмотрим как можно с помощью Ke-Box плавно менять яркость свечения электролампочки.


Управление яркостью лампочки через USB

Рисунок 3. Электролампочка P21W в качестве нагрузки

В качестве нагрузки возьмем обычную автомобильную лампочку P21W рассчитанную на 12 В мощностью 21 Вт. В качестве источника питания можно взять напрмер автомобильный аккамулятор или сетевой трансформатор на 12 В, но мне для тестов гораздо сподручнее оказался регулируемый лабораторный источник питания. Внешне схема подключения лампочки к Ke-Box может выглядеть как на рисунке ниже. Обратите внимание что '-' источника питания подключается к клемме GND. По умолчанию (после включения модуля) мощность ШИМ сигнала равна нулю. Что собственно мы и наблюдаем - лампочка потушена.

ШИМ Ke-Box

Рисунок 4. Мощность ШИМ сигнала (коэффициент заполнения) по умолчанию равна нулю. Лампочка потушена.

Для изменения параметров ШИМ сигнала необходимо подать соответствующую команду управления модулю. Это можно сделать с помощью штатной программы управления модулем Ke-Box Boxer. И как и прежде, используя открытый командный интерфейс мы можем подать необходиму команду через любой терминал или непосредственно из нашей собственной программы в COM порт, ассоцированный с модулем. Давайте рассмотрим использование штатного программного обеспечения. Запускаем программу, подключаемся к модулю зная COM порт модуля. Управление мощность ШИМ осуществляется ползунком в нижней части окна программы. Крайнее левое положение ползунка соответсвует нулей мощности (0%), крайнее правое - максимальной мощности (100%). Давайте установим мощность ШИМ сигнала порядка 50%, в данном случае 53%.

Управление мощностью через ШИМ

Рисунок 5. Устанавливаем мощность ШИМ сигнала на уровень 53%.


Мы видим что при этом лампочка начинает слегка гореть, а амперметр источника питания показывает что по цепи идет ток порядка 0.8 А. Это означает что на лампа развивает 12 В x 0.8 = 9.6 Вт мощности, что как раз примерно соответствует половине ее штатной мощности (21 Вт).

Управление с помощью ШИМ

Рисунок 6. Мощность ШИМ - 53%. Лампочка горит неярко.


Увеличиваем мощность ШИМ сигнала до 73%. При этом яркость свечения лампочки увеличивается и соответственно увеличивается величина тока, протекающего через нее.

PWM через USB

Рисунок 7. Устанавливаем мощность ШИМ сигнала на уровень 73%.

Микроконтроллер ШИМ PWM

Рисунок 8. Мощность ШИМ - 73%. Лампочка горит ярче.


Ну и наконец предсказуемое действие - доводим мощность до 100%. При этом лампочка горит максимально ярко, развивая 100% своей потенциальной мощности в 21 Вт.

Pulse width modulation

Рисунок 7. Устанавливаем мощность ШИМ сигнала на уровень 100%.

Плавное изменение мощности подводимой к нагрузке

Рисунок 8. Мощность ШИМ - 100%. Лампочка горит максимально ярко.


Здесь на рисунке ниже показана в приближенном виде схема подключения лампочки к модулю. Проводники заводятся внутрь корпуса через соответствующий сальник и подключаются к клеммам PWM и GND. Имеется несколько клемм с именем GND - вы можете использовать любую из них - разницы ни какой нет.

Подключение нагрузки к ШИМ модуля Ke-Box

Рисунок 9. Подключение нагрузки к ШИМ модуля Ke-Box


На рассматриваемых фотографиях корпус модуля удален для удобства проведения тестирования и наглядности фотосъемки. В реальной жизни рекомендуется после подготовки и полной наладки системы собрать модуль в исходное состояние закрыв крушку. Это обеспечит повышенную герметичность и защиту электронной начинки модуля от неблагопри- ятных внешних воздействий.



© Дмитрий Иванов
22 декабря 2010 года
http://www.kernelchip.ru



© KERNELCHIP 2006 - 2017