Целью экспериментальных исследований макета устройства является установление соответствия параметров устройства автономного электропитания параметрам, сформулированных в задании на ВКРи проверка корректности выбора режимов эксплуатации параметров аккумулятора.

Проверка соответствия. На первоначальном шаге необходимо измерить опорное напряжение и напряжение питания. Код на выходе АЦП должен соответствовать напряжению на АКБ. В процессе измерений вместо АКБ подключался источник напряжения с регулируемым выходным напряжением, которое находилось в диапазоне от 0 В до 7,4 В с шагом в 0,5 В. Значение напряжений контролировалось с помощью мультиметра, выходной код АЦП регистрировался в статическом режиме с помощью фиксации высоких и низких уровней на цифровых выходах с помощью осциллографа. Для тестирования ЦАП, необходимо было точно измерить опорное напряжение. Далее менялось напряжение на АКБ и отслеживалось состояние транзистора. Он должен ограничивать ток. Далее была произведена проверка цепей управления зарядом АКБ, управляющим элементом являлся выбранный и описанный ранее транзистор.Следует отметить, что входное напряжение на АЦП должно совпадать с выходным напряжением на ЦАПе.

Одновременно производится тестирование всех элементов измерительного канала. От устройства электрического питания отключается АКБ и к клеммам устройства подключается регулируемый стабилизированный источник питания постоянного тока. Выходное напряжение источника контролируется мультиметром. Регистрируется напряжение на источнике питания, при котором происходит открытие полевого транзистора.

На выходе устройства подключается активная нагрузка. Нагрузка соответствует источникам внутреннего питания, применяемых в переносных устройствах. Последовательно с нагрузкой включается сопротивление номиналом 1 Ом, которое выполняет функции датчика заряда тока. Величина нагрузки сопротивления рассчитывается из соотношения . Для изменения тока нагрузки, к выходу могут подключаться сопротивления разной величины. Ток нагрузки изменяется ступенями от 1 до 0,2 А с шагом 0,2. Производится измерение тока нагрузки в процессе разряда АКБ и регистрируется напряжение на затворе транзистора (транзистор должен закрыться).

8. ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ МОДУЛЕЙ

Целью экспериментального тестирования программных модулей микроконтроллера является установление работоспособности программы и ее соответствия заданному алгоритму (Рис. 11).

Для проверки синтаксиса и структуры кода был использован отладчик, встроенный в среду разработки ArduinoIDE.

В ходелабораторного тестирования программных модулей был использован источник напряжения с регулируемым выходным напряжением, которое находилось в диапазоне от 0 В до 7,4 В с шагом в 0,5 В. Для оценки работы программных модулей микроконтроллера подаваемое напряжение увеличивалось до 7,4В. При этом с помощью цифрового мультиметра проверялось наличие шунтирующего напряжения на затворе полевого транзистора, с выхода которого ток заряда идет в нагрузку. Также проверка сценария работы осуществлялась с помощью сигнальных диодов, на которые подавались высокие пороги напряжения с цифровых выводов платы Arduino 2560 Mega. В случае, если подаваемое с источника напряжение было ниже 7,4 В, высокий порог напряжения подается на диод, сигнализирующий о неполном заряде аккумуляторной батареи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проделанной работы были произведены: анализ параметров энергопотребления автономных устройств связи и коммуникации и анализ существующих технических решений автономных устройств питания электронной аппаратуры. Были разработаны алгоритм управления устройством электропитания, структура устройства электропитания и модуль контроля и управления. Итогом работы является готовое автономное устройство питания аппаратуры на солнечных элементах.

Солнечные батареи - замена генераторам различных типов. Со временем запасы топлива истощаются, поэтому использование солнечных батарей становится все более актуальным. Если рассматривать сферы использования солнечных батарей, то стоит обратить особое внимание на труднодоступные регионы мира и на регионы севера и востока.

Исходя из области применения солнечных батарей, можно говорить об их полезности и актуальности в той или иной ситуациях. Как говорилось, на сегодняшний день существует достаточно способов зарядки электронной аппаратуры различного вида. Но вопрос состоит в том, чтобы задействовать разработанное устройство там, где его аналоги по большой степени могут оказаться бесполезными. Таким образом, стоит обратить особое внимание на регионы крайнего севера, востока. Например, устройство может использоваться в экспедициях, на полярных станциях. При этом следует учитывать температурный диапазон окружающей среды, инсоляцию в данной области, продолжительность солнечного сияния и др. параметры.

Поскольку данный проект является групповым, то задания были поделены между двумя студентами. Бочкарева Анна занималась аппаратной частью вопроса. Был произведен анализ существующих технических решений и краткий обзор используемых спутниковых телефонов и радиостанций (были рассмотрены основные параметры устройств) (глава 2). Таким образом, была определена область применения разрабатываемого устройства. Далее стояла задача разработать структуру устройства питания и определиться с принципом работы схемы, была разработана структурная схема устройства (глава 4, пункты 4.1, 4.2). Затем был произведен подбор элементной базы с подробным описанием каждого выбранного элемента (глава 5, пункты 5.1, 5.2). Далее проходила практическая часть работы, а именно, сборка программного модуля устройства (глава 6). Последним пунктом в задании ВКР для Бочкарева Анны являлось экспериментальное исследование макета устройства (глава 7). Студент Багдасаров Артем отвечал за выполнение программной части работы. Был проведен анализ электропотребления подключаемой нагрузки (глава 1). По итогам анализа были определены пороги тока и напряжения заряда. Затем, на основе данных о заряде литий-ионных аккумуляторов, был разработан алгоритм заряда (глава 3). При разработке котроллера заряда был проведен анализ существующих микроконтроллеров и выбран наиболее оптимальный в составе отладочной платы (глава 5.3). С учетом поставленных задач был выбран язык программирования и разработан скрипт микроконтроллера (глава 5.4) и было произведено тестирование программных модулей (глава 8).

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. J. H. RUSSELL HOLLY. Everything you need to know about Qualcomm Quick Charge // androidcentral [Электронныйресурс]. URL: http://www.androidcentral.com/what-qualcomm-quick-charge (дата обращения: 02.05.2017).

2. Chip Brand Distribution and Market Shares, Q3 2016 // antutu [ВИнтернете]. URL: http://www.antutu.com/en/doc/107644.htm (Дата обращения: 02.05.2017).

3. А. Будик. Обзор технологии QualcommQuickCharge 2.0 // 3dnews [В Интернете]. URL: https://3dnews.ru/641836 (Дата обращения: 02.05.2017).

4. Media alert: China smartphone market hits its highest shipment total ever // canalys [ВИнтернете]. URL: https://www.canalys.com/newsroom/media-alert-china-smartphone- market-hits-its-highest-shipment-total-ever (Датаобращения: 02.05.2017).

5. G. Sims. VOOC fast charging - everything you need to know // androidauthority [ВИнтернете]. URL: http://www.androidauthority.com/vooc-fast-charging-686000 (Дата обращения: 02.05.2017).

6. А. Харламова. Спутниковые телефоны // Спутниковый телефон. Зачем он нужен. URL: http://sputniktel.web-3.ru/satarticles/?act=full&id_article=24722 (дата обращения: 02.05.2017).

7. SatelliteRent. Доступная спутниковая связь [Электронный ресурс]. URL: http://www.satellite-rent.ru/likbez.php (дата обращения: 16.02.2017)

8. Мобильные сети. Спутниковые системы связи мира [Электронный ресурс]. URL: http://www.mobile-networks.ru/articles/sputnikovye_sistemy_svjazi_mira.html (дата обращения: 21.02.2017).

9. Motorola gp-300 портативная радиостанция с уникальными характеристиками [Электронный ресурс]. URL: http://www.studfiles.ru/preview/5566740/page:5/ (дата обращения: 21.02.2017).

10. Технические характеристики. Портативные радиостанции MOTOTRBO DP1400 [Электронные ресурсы]. URL: http://radioreserve.ru/upload/iblock/a5a/motorola_dp1400.pdf (дата обращения: 26.02.2017 )

11. C. Woodford. How do battery chargers work? // explainthatstuff [ВИнтернете]. URL: http://www.explainthatstuff.com/how-battery-chargers-work.html (дата обращения: 02.05.2017).

12. l. ada. Voltages | Li-Ion &LiPoly Batteries | Adafruit Learning System // adafruit [ВИнтернете]. URL: https://learn.adafruit.com/li-ion-and-lipoly-batteries/voltages (дата обращения: 02.05.2017).

13. AD7819.pdf // AnalogDevice [Электронный ресурс]. URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD7819.pdf (дата обращения: 02.05.2017).

14. Альтернативная энергетика [Электронный ресурс]. URL: http://www.power.eltehno.ru/pages/2222.html (дата обращения: 26.02.2017)

15. Солнечные коллекторы и батареи: применения, покупка [Электронный ресурс]. URL: http://vopros-remont.ru/elektrika/solnechnye-kollektory-batarei/ (дата обращения: 02.03.2017)

16. Альтернативное электричество. Энергия ветра и солнца [Электронный ресурс] URL: http://e-veterok.ru/095-solnehnye-batarei-vraschyot.php (дата обращения: 02.03.2017)

17. AD7302.pdf // AnalogDevice [Электронный ресурс]. URL: https://lib.chipdip.ru/143/DOC000143671.pdf (дата обращения: 18.03.2017)

18. TL431.pdf // AnalogDevice [Электронный ресурс]. URL: https://lib.chipdip.ru/159/DOC000159982.pdf (дата обращения: 18.03.2017)

19. AUIRF1010Z.pdf // AnalogDevice [Электронный ресурс]. URL: http://pdf.tixer.ru/171677.pdf (дата обращения: 18.03.2017)

20. Р. А. Румянцев Александр. Способы заряда Li-ion аккумуляторов и батарей на их основе // kit-e [В Интернете]. URL: http://kit-e.ru/articles/powersource/2012_11_119.php (дата обращения: 02.05.2017).

21. Discovery kit with STM8S105C6 MCU // STMicroelectronics [ВИнтернете].URL: http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/…/CD00250600.pdf (датаобращения: 02.05.2017).

22. Arduino - ArduinoBoardMega2560 // arduino [ВИнтернете]. URL: https://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega2560 (дата обращения: 02.05.2017).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Код программы микроконтроллера

byte adcRead1 = 0; //порт А

bytedacWrite = 0; //порт L

unsigned t4, t8;

intIntVar;

voidsetup() {

pinMode(PB0, OUTPUT); // биты управления АЦП ~CONVST

pinMode(PB1, OUTPUT); // ~RD

pinMode(PB2, OUTPUT); // ~CS

pinMode(PB3, INTPUT); // ~BUSY

DDRA = 0; // Настройка всех выводов порта D на вход (пиныАрдуино 22-29)

PORTA = 0; // Отключаем подтягивающие резисторы

DDRL = 1; // Настройка всех выводов порта L на выход (пиныАрдуино 42-49)

PORTL = 0; // Отключаем подтягивающие резисторы

}

voidloop() {

digitalWrite(PB0, HIGH);

digitalWrite(PB1, HIGH);

digitalWrite(PB2, HIGH);

delayMicroseconds (30);

digitalWrite(PB0, LOW);

if(digitalRead(PB3) == LOW)

{

delayMicroseconds (t4);

digitalWrite(PB1, LOW);

delayMicroseconds (10);

adcRead1 = PINA;

digitalWrite(PB1, HIGH); //считываем данные с АЦП

delayMicroseconds (t8);

}

adcRead = PINA;

delay(200)//зависит от скорости передачи

while (adcRead.available()) IntVar = IntVar * 10 + (adcRead.read() - '0'); //перевод byte в int

if (IntVar< 11100111)

{

digitalWrite(LEDpin1, HIGH); //сигнал, что разряжен

}

If (IntVar> 11100111 &&IntVar< 11111111)

{

digitalWrite(LEDpin2, HIGH); //сигнал, что можно заряжать

digitalWrite(npin, HIGH); //подаем V, чтобы открыть транзистор

}

}

Размещено на Allbest.ru