Politechnika

Białostocka

Wydział Elektryczny

Katedra Automatyki i Elektroniki

Instrukcja

do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu:

ELEKTRONIKA SAMOCHODOWA

Temat:

U k ł a d y i n t e l i g e n t n e g o s t e r o w a n i a

o

ś

w i e t l e n i e m

BIAŁYSTOK

Politechnika Białostocka

2010

1. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO

Celem

ć

wiczenia laboratoryjnego „Układy inteligentnego sterowania o

ś

wietleniem”

jest poznanie nowoczesnych układów wspomagaj

ą

cych zarz

ą

dzanie o

ś

wietleniem

pojazdu (w tym diagnostyk

ę

), w ró

ż

nych warunkach drogowych. W ramach realizacji

ć

wiczenia przewiduje si

ę

m.in.:

- poznanie poszczególnych układów sterowania o

ś

wietleniem, dost

ę

pnych na

makiecie laboratoryjnej,

- poznanie zastosowa

ń

sygnałów PWM w o

ś

wietleniu samochodowym,

- poznanie metody automatycznego wykrywania niesprawnej

ż

arówki

ś

wiateł

STOP, bez ingerencji w istniej

ą

c

ą

instalacj

ę

,

- poznanie działania cyfrowego czujnika przyspieszenia,

- poznanie działania układów reaguj

ą

cych na okre

ś

lony poziom jasno

ś

ci

otoczenia,

- poznanie ró

ż

nych funkcji implementowanych w nowoczesnych układach

wspomagaj

ą

cych zarz

ą

dzanie o

ś

wietleniem pojazdu.

Cały blok programowy

ć

wiczenia jest realizowany w ci

ą

gu 4 godzin lekcyjnych (2 x

po 2 godziny).

Szczegółowy zakres

ć

wiczenia ustala prowadz

ą

cy.

2. SYGNAŁ PWM

Sygnał PWM jest wykorzystywany w wielu ró

ż

nych układach funkcjonalnych w

pojazdach

samochodowych.

Do

głównych

zastosowa

ń

samochodowych,

wykorzystuj

ą

cych sygnały PWM mo

ż

na zaliczy

ć

:

- impulsowe regulatory napi

ę

cia,

- impulsowe regulatory pr

ą

du,

- sterowanie poło

ż

enia elementów za pomoc

ą

silników DC i spr

ęż

yn zwrotnych,

- sterowanie wtryskiwaczy paliwa,

- sterowanie cewek zapłonowych, regulacja pr

ą

du pierwotnego,

- system ABS, modulatory ci

ś

nienia,

- o

ś

wietlenie wn

ę

trza przedziału pasa

ż

erskiego oraz pod

ś

wietlenie deski rozdzielczej

i lampek sygnalizacyjnych.

W makiecie laboratoryjnej mo

ż

na przetestowa

ć

układ do

ś

wietlania otoczenia pojazdu

podczas doj

ś

cia do drzwi budynku lub gara

ż

u. Wł

ą

czenie tej funkcji powoduje,

ż

e

ś

wiatła mijania wł

ą

czane s

ą

na okre

ś

lony czas, po którym nast

ę

puje płynne

wygaszenie za pomoc

ą

sterowania sygnałem PWM.

3. MAKIETY LABORATORYJNE

W

trakcie

ć

wiczenia

„Układy

inteligentnego

sterowania

o

ś

wietleniem”,

wykorzystywane s

ą

dwie makiety laboratoryjne. Jedna z nich słu

ż

y do badania dwu-

osiowego czujnika przyspieszenia z wyj

ś

ciem PWM, druga słu

ż

y do badania ró

ż

nych

układów funkcjonalnych inteligentnego sterowania o

ś

wietleniem samochodowym.

3. 1. Układ inteligentnego sterowania o

ś

wietleniem w samochodzie

Schemat blokowy układu inteligentnego sterowania o

ś

wietleniem w samochodzie jest

przedstawiony na rysunku 1.

Rys. 1. Schemat blokowy układu inteligentnego sterowania o

ś

wietleniem

Elementem steruj

ą

cym prac

ą

urz

ą

dzenia jest mikrokontroler ATMega 88. Układ

procesora na podstawie informacji dostarczonych przez układy wej

ś

ciowe, czujniki

zewn

ę

trzne oraz panel steruj

ą

cy zarz

ą

dza prac

ą

obwodów wyj

ś

ciowych. Blok

układów wej

ś

ciowych przedstawionych na schemacie odpowiada za dopasowanie i

przekazanie informacji pobieranych z obwodów elektrycznych pojazdu, w którym

zainstalowane zostało urz

ą

dzenie, do jednostki centralnej. Czujnik przyspieszenia na

bie

żą

co wysyła sygnał okre

ś

laj

ą

cy aktualne przyspieszenie samochodu. Cz

ęść

schematu oznaczona jako czujnik o

ś

wietlenia realizuje pomiar nat

ęż

enia

ś

wiatła

otoczenia zewn

ę

trznego. Panel steruj

ą

cy zawiera mikroprzeł

ą

cznik, oraz diod

ę

LED,

Obwody elektryczne instalacji oświetleniowej samochodu

Układy wejściowe

Układy wyjściowe

JEDNOSTKA CENTRALNA

ATmega 88

Czujnik

przyspieszenia

Czujnik

oświetlenia

Panel sterujący

(mikroprzełącznik)

Panel sterujący

(dioda LED)

Zasilacz

która pełni rol

ę

sygnalizacyjn

ą

pracy urz

ą

dzenia. Układ wyj

ś

ciowy poprzez elementy

wykonawcze w postaci tranzystorów MOSFET, wł

ą

cza poszczególne obwody

o

ś

wietlenia pojazdu.

3.2. Opis konstrukcji

3.2.1 Zasilanie

Układ zasilany jest z instalacji elektrycznej samochodu, której znamionowa warto

ść

napi

ę

cia wynosi +12V. Do zasilania mikroprocesora zastosowano układ obni

ż

aj

ą

cy

napi

ę

cie do +5V, który przedstawiono na Rys. 2.

Rys. 2. Schemat ideowy zasilania

Jako stabilizator liniowy został wykorzystany element LM2931M-5.0, który

charakteryzuje si

ę

nast

ę

puj

ą

cymi parametrami:

•

napięcie wyjściowe 5V ± 4%,

•

prąd wyjściowy max 100 mA,

•

wewnętrzny pobór prądu < 1mA dla obciążenia < 10mA,

•

zakres napięć wejściowych od 5,6V do 26V,

•

temperatura pracy od -40ºC do +125 ºC.

Dla pr

ą

dów wyj

ś

ciowych rz

ę

du 10mA, wewn

ę

trzny pr

ą

d pobierany przez układ

wynosi maksymalnie 1mA. Zalet

ą

układu jest równie

ż

mały spadek napi

ę

cia

wynosz

ą

cy maksymalnie 0,6V.

Dioda D1 zabezpiecza układ przed odwrotn

ą

polaryzacj

ą

napi

ę

cia zasilaj

ą

cego.

Kondensatory C1 oraz C2 wst

ę

pnie filtruj

ą

zasilanie. C1 wygładza t

ę

tnienia

natomiast C2 zwiera do masy zakłócenia wysokiej cz

ę

stotliwo

ś

ci. Do prawidłowej

pracy układu stabilizatora producent w nocie katalogowej zaleca zastosowanie

kondensatora C3 o warto

ś

ci 100uF. Element C4 pełni rol

ę

filtrowania zakłóce

ń

wysokiej cz

ę

stotliwo

ś

ci.

3.2.2 Mikrokontroler

Głównym elementem logicznym całego układu jest mikrokontroler firmy Atmel

oznaczony symbolem ATmega 88. Wybrane parametry układu:

•

niski pobór prądu; w stanie aktywnym 5 mA, w stanie uśpienia <8uA,

•

8 kB pamięci Flash, 1 kB pamięci SRAM,

•

3 ośmiobitowe porty I/O,

•

sprzętowy interfejs SPI,

•

8 kanałowy, 10 bitowy przetwornik ADC,

•

rozbudowany system przerwań,

•

układ watchdog,

•

liczniki mogą pracować w trybie PWM,

•

napięcie zasilania od 2,7V do 5,5V,

•

temperatura pracy od -40ºC do +85 ºC,

•

obudowa w technologii SMD, TQFP 32.

Dzi

ę

ki niskiemu poborowi pr

ą

du mikrokontroler ten doskonale sprawdza si

ę

w

urz

ą

dzeniach stosowanych w motoryzacji. W stanie u

ś

pienia układ pobiera mniej ni

ż

8uA pr

ą

du. Wersja obudowy o oznaczeniu TQFP, posiada 32 piny. Do taktowania

zegara

mikroprocesora

wykorzystano

zewn

ę

trzny

oscylator

kwarcowy

o

cz

ę

stotliwo

ś

ci rezonansowej 10MHz. Układ posiada mo

ż

liwo

ść

programowania w

systemie. Jako zł

ą

cze programuj

ą

ce zastosowano 10 pinowe gniazdo firmy „Molex”

o oznaczeniu QF-50, które po zako

ń

czeniu programowania umo

ż

liwia wło

ż

enie w nie

zwór, pozwalaj

ą

cych na ewentualn

ą

konfiguracj

ę

ustawie

ń

urz

ą

dzenia. Jest to

bardzo

wygodne

rozwi

ą

zanie

pozwalaj

ą

ce

na

oszcz

ę

dne

zarz

ą

dzanie

wyprowadzeniami mikrokontrolera.

3.2.3 Panel steruj

ą

cy

Elementem bezpo

ś

rednio obsługiwanym przez u

ż

ytkownika pojazdu, w którym

zainstalowany b

ę

dzie układ inteligentnego sterowania o

ś

wietleniem w samochodzie,

jest panel steruj

ą

cy. Schemat ideowy tej cz

ęś

ci układu został przedstawiony na rys.

3.

Rys. 3. Schemat ideowy podłączenia zewnętrznego panelu sterującego

Naci

ś

niecie mikroprzeł

ą

cznika SW1 powoduje zwarcie do masy jednego z pinów

portu mikrokontrolera. Pr

ą

d płyn

ą

cy w ten sposób ograniczony jest rezystorem R25 o

warto

ś

ci 470

Ω

. Gdy na zł

ą

czu oznaczonym słowem „alarm” pojawi si

ę

napi

ę

cie

pochodz

ą

ce z instalacji auto alarmu, poprzez tranzystor T20, pin portu procesora

oznaczony „we steruj

ą

ce” zostanie zwarty do masy. Rezystory R23 oraz R24 pełnia

tu rol

ę

ograniczaj

ą

c

ą

pr

ą

d, ustalaj

ą

c w ten sposób punkt pracy tranzystora, który

pracuje jako klucz dwustanowy.

Dioda LED (D3) pełni funkcj

ę

informacyjn

ą

.

Sygnalizuje aktywny tryb pracy urz

ą

dzenia, oraz zawiadamia o awarii

ż

arówki w

ś

wietle stopu. Jest ona zasilana bezpo

ś

rednio z portu procesora. Rezystor R26

ogranicza pr

ą

d diody zgodnie ze wzorem:









=

Ω

=

−

=

−

=

A

V

mA

R

Ud

U

I

6

470

2

,

2

5

26

3.2.4 Czujnik przyspieszenia

Na podstawie pomiarów przyspieszenia pojazdu, mikroprocesor na bie

żą

co

sprawdza czy pojazd jest w stanie nagłego hamowania. W sytuacji gdy

przyspieszenie pojazdu przekroczy ustalon

ą

warto

ść

, a zwrot jego b

ę

dzie przeciwny

do kierunku jazdy auta, układ steruj

ą

cy zarejestruje to jako awaryjne hamowanie.

Wówczas trzecie

ś

wiatło stopu b

ę

dzie pulsowa

ć

ostrzegawczo.

Rys.4. Schemat ideowy podłączenia

czujnika przyspieszenia

Na rysunku 4 został przedstawiony schemat ideowy podł

ą

czenia czujnika

przyspieszenia. Wykorzystano czujnik typu MXD7210ML. Wybrane parametry:

•

wymiary: 5mm x 5mm x 2mm,

•

obudowa LCC,

•

informacja wyjściowa w postaci sygnału PWM o częstotliwości 100Hz,

•

wewnętrzna kompensacja temperatury,

•

zakres pomiarowy ±10g,

•

duża dokładność,

•

min. rozdzielczość 5mg,

•

napięcie zasilania 2,7V…5,25V,

•

temperatura pracy od -40ºC do +85 ºC.

Aplikacja układu mierz

ą

cego przyspieszenie ogranicza si

ę

jedynie do zastosowania

kondensatora filtruj

ą

cego szumy zasilania. Producent zaleca u

ż

ycie kondensatora

ceramicznego o warto

ś

ci 0,1µF i umieszczenie go jak najbli

ż

ej elementu. Czujnik

zasilany jest napi

ę

ciem +5V. Informacja wyj

ś

ciowa zawarta jest w sygnale o

cz

ę

stotliwo

ś

ci 100Hz modulowanego szeroko

ś

ci

ą

impulsu (PWM).

Rys. 5. Przebieg wyjściowy czujnika przyspieszenia

T2 –okres, T1- czas trwania impulsu

Na rysunku 5 przedstawiono pogl

ą

dowy przebieg wyj

ś

ciowy układu MXD7210ML.

Czas T2 wynosi 10ms. Warto

ść

przyspieszenia obliczamy ze wzoru:

[ ]

g

T

T

A

04

.

0

5

,

0

2

1













−

=

Dla przyspieszenia równego 0 g współczynnik wypełnienia sygnału PWM wynosi

50%. Dla zmiany przyspieszenia o 1g wypełnienie przebiegu wzrasta o 4%.

Wyj

ś

cie czujnika ma bardzo mał

ą

obci

ąż

alno

ść

pr

ą

dow

ą

, która jak podaje producent

powinna by

ć

mniejsza ni

ż

250 µA . Pin wej

ś

ciowy portu I/O układu ATmega88, w

konfiguracji jako wej

ś

cie podł

ą

czony jest poprzez rezystor „podci

ą

gaj

ą

cy” do plusa

zasilania. Jak podaje nota katalogowa procesora, warto

ść

tej rezystancji zawiera si

ę

w przedziale od 20 k

Ω

do 50 k

Ω

. Pr

ą

d płyn

ą

cy przez czujnik przyspieszenia b

ę

dzie

wynosił:

uA

k

Rpu

U

J

250

20

5

min

max

=

=

=

uA

k

Rpu

U

J

100

50

5

max

min

=

=

=

Pr

ą

d płyn

ą

cy przez czujnik zawiera

ć

si

ę

b

ę

dzie w granicach od 100µA do 250µA,

zatem

nie

ma

potrzeby

stosowa

ć

dodatkowych

układów

buforuj

ą

cych

zabezpieczaj

ą

cych element MXD7210ML przed uszkodzeniem.

3.2.5 Czujnik o

ś

wietlenia

Pomiar nat

ęż

enia o

ś

wietlenia zewn

ę

trznego wykorzystywany jest przez jednostk

ę

centraln

ą

do zarz

ą

dzania zewn

ę

trznym o

ś

wietleniem samochodu. Podczas dnia, gdy

poziom

ś

wiatła słonecznego jest dostatecznie wysoki, układ wł

ą

cza

ś

wiatła do jazdy

dziennej. W sytuacji niedostatecznego nat

ęż

enia

ś

wiatła w otoczeniu pojazdu

nast

ę

puje zmiana o

ś

wietlenia na

ś

wiatła mijania.

Rys. 6. Schemat ideowy układu do pomiaru natężenia oświetlenia

Pomiar nat

ęż

enia o

ś

wietlenia został zrealizowany przy u

ż

yciu fototranzystora

BPW85B. Rezystor R20 ogranicza pr

ą

d płyn

ą

cy przez element Q1. Napi

ę

cie

kolektor – emiter fototranzystora Q1 mierzone jest przez mikrokontroler przy pomocy

wbudowanego przetwornika analogowo cyfrowego.

3.2.6 Układ testuj

ą

cy

ż

arówki w

ś

wiatłach stopu

Układ inteligentnego sterowania o

ś

wietleniem w samochodzie wyposa

ż

ony został w

funkcj

ę

wykrywania przepalonej

ż

arówki w

ś

wiatłach stopu. Główn

ą

zalet

ą

zastosowanego rozwi

ą

zania jest to,

ż

e instalowany układ w najmniejszym stopniu

ingeruje w instalacj

ę

elektryczn

ą

auta. W najprostszym rozwi

ą

zaniu, aby zmierzy

ć

pr

ą

d płyn

ą

cy przez

ż

arówki konieczne było by modyfikowanie fabrycznej instalacji

pojazdu. W przypadku projektowanego układu do wykrycia awarii jednej z

ż

arówek

ś

wiateł stopu, nale

ż

y podł

ą

czy

ć

urz

ą

dzenie równolegle do przewodu wł

ą

czaj

ą

cego te

ś

wiatła, jak pokazano na rysunku 7.

Rys. 7. Schemat podłączenia do instalacji elektrycznej samochodu

Ocena poprawno

ś

ci działania

ś

wiateł stopu wykonywana jest na podstawie pomiaru

spadku napi

ę

cia na dwóch

ż

arówkach, poł

ą

czonych ze sob

ą

równolegle.

Ź

ródło

pr

ą

dowe o wydajno

ś

ci 1A wymusza na odbiornikach spadek napi

ę

cia, który jest

wprost proporcjonalny do rezystancji badanych odbiorników. Gdy co najmniej jedna z

ż

arówek ulegnie przepaleniu, ró

ż

nica potencjałów zmieni si

ę

znacz

ą

co. Poniewa

ż

cały pomiar sprawno

ś

ci

ś

wiateł wykonywany jest w czasie mniejszym od 200 ms, w

ż

aden sposób test ten nie zakłóca normalnej pracy instalacji o

ś

wietleniowej pojazdu.

Schemat ideowy układu do wykrywania przepalonej

ż

arówki w

ś

wiatłach stopu

przedstawiono na rysunku 8. Działanie obwodu polega na wst

ę

pnym rozgrzaniu

ż

arówek poł

ą

czonych wzgl

ę

dem siebie równolegle. Do tego celu jako element

przeł

ą

czaj

ą

cy wykorzystano tranzystor T16. Jest to tranzystor mocy wykonany w

technologii HEXFET MOSFET o oznaczeniu IRF9Z34N. Obci

ąż

eniem obwodu

tranzystora s

ą

dwie

ż

arówki, ka

ż

da o mocy 21 W. Pr

ą

d pobierany przez

ż

arówki

obliczymy z poni

ż

szego wzoru:

[ ]

A

U

P

I

5

,

3

12

21

21

=

+

=

=

Rys. 8. Schemat ideowy układu do wykrywania awarii świateł stopu

Jak podaje producent rezystancja tranzystora Rds przy wł

ą

czonym kanale wynosi

mniej ni

ż

0,1

Ω

. Moc wydzielana przez tranzystor w takim przypadku wynosi:

( )

[ ]

W

R

J

Pd

225

,

1

1

,

0

5

,

3

2

2

=

∗

=

∗

=

Poniewa

ż

tranzystor T16 aktywny jest w czasie mniejszym ni

ż

100ms a moc strat w

nim wydzielanych zbli

ż

ona jest do jednego Wata, mo

ż

liwe jest zastosowanie

obudowy w wersji D2-Pak. Element T15 działa jako klucz, steruj

ą

c tranzystorem T16.

Rezystor R6 ogranicza pr

ą

d bazy tranzystora T15 do poziomu obliczonego ze wzoru:

[ ]

]

43

,

0

10

7

,

0

5

6

mA

k

R

Ube

U

Ib

=

−

=

−

=

Jako element T15 zastosowano tranzystor BC846B w obudowie SOT-23. Pr

ą

d bazy

wynosz

ą

cy 0,4 mA wprowadza tranzystor T15 w stan nasycenia, zwieraj

ą

c w ten

sposób bramk

ę

tranzystora T16 do masy, dzi

ę

ki czemu kanał tranzystora zaczyna

przewodzi

ć

. Rezystory R7 i R8 ograniczaj

ą

pr

ą

dy polaryzuj

ą

c bramk

ę

tranzystora

T16.

Po rozgrzaniu

ż

arówek w czasie mniejszym ni

ż

100ms, mikroprocesor wł

ą

cza

ź

ródło

pr

ą

dowe o wydajno

ś

ci 1 A. Elementem wł

ą

czaj

ą

cym jest tranzystor T17, którego

pr

ą

d bazy ogranicza rezystor R3.

Ź

ródło pr

ą

dowe składa si

ę

z elementów:T18, R1,

R2 i D2. Jako tranzystor T18 u

ż

yto TIP127, dla którego napi

ę

cie Ueb w stanie

aktywnym wynosi 2,5V. Spadek napi

ę

cia na diodzie zenera D2 wynosi 5,1V. Na tej

podstawie obliczono warto

ść

rezystancji R1:

[ ]

Ω

=

−

=

−

=

=

6

,

2

1

5

,

2

1

,

5

2

1

1

Ie

Ueb

Ud

Ie

Ur

R

Najbliższą wartością rezystancji w szeregu jest 2,7Ω.

Moc rezystora R1 wynosi:

[ ]

W

R

Ie

P

7

,

2

7

,

2

1

1

=

∗

=

∗

=

Z uwagi na to ze

ź

ródło pr

ą

dowe b

ę

dzie wł

ą

czane na czas krótszy ni

ż

50ms, jako

opornik R1 zastosowano rezystancje 2,7

Ω

o mocy 2W.

W czasie, gdy przez

ż

arówki

ś

wiateł stopu płyn

ąć

b

ę

dzie pr

ą

d o warto

ś

ci zbli

ż

onej do

1A, mikrokontroler zmierzy na nich napi

ę

cie . Na podstawie otrzymanej warto

ś

ci

napi

ę

cia jednostka centralna stwierdzi ewentualn

ą

awari

ę

której

ś

z

ż

arówek.

Rezystory R4 i R5 pełni

ą

rol

ę

dzielnika napi

ę

cia doprowadzonego do wej

ś

cia

przetwornika analogowo-cyfrowego procesora.

3.2.7 Układ steruj

ą

cy prac

ą

kierunkowskazów

Do realizacji funkcji „podtrzymania” kierunkowskazów u

ż

yto układu przedstawionego

na rysunku 9. Rozwi

ą

zanie to, ma za zadanie umo

ż

liwi

ć

mikrokontrolerowi

sprawdzanie stanu w dwóch obwodach kierunkowskazów, oraz w wł

ą

czenie

kierunkowskazu w

żą

danym momencie.

Rys. 9. Schemat ideowy układu sterującego pracą kierunkowskazów

Tranzystory T6, oraz T9 wraz z rezystorami polaryzuj

ą

cymi ich kolektory, pełni

ą

rol

ę

układów wej

ś

ciowych, dzi

ę

ki którym mikroprocesor sprawdza stan napi

ę

cia w

obwodach kierunkowskazów. Gdy na jednym z wej

ść

„kier. L” lub „kier. P” pojawia si

ę

napi

ę

cie 12V odpowiedni tranzystor poprzez rezystor ograniczaj

ą

cy wprowadzany

jest w stan nasycenia. Wówczas napi

ę

cie kolektora danego tranzystora zostaje

obni

ż

one do warto

ś

ci Ucesat=0,2V [16] i mikroprocesor jest w stanie wykry

ć

poziom

niski na swoim wej

ś

ciu.

Jako element wykonawczy układu wyj

ś

ciowego zastosowany został układ scalony

IRF7314, w którym w obudowie typu SO-8 znajduj

ą

si

ę

dwa tranzystory MOSFET z

kanałem typu p. Do głównych zalet tego układu mo

ż

na zaliczy

ć

:

•

małe wymiary, obudowa typu SO-8,

•

mała rezystancja R

ds(on)

=0,058 Ω,

•

prąd drenu Jd=4,3A dla t<10sek.

Tranzystory mocy sterowane jednostką centralną włączane są poprzez elementy: T7,

T8, R37…42.

3.2.8 Układ wyj

ś

ciowy wł

ą

czaj

ą

cy

ś

wiatła mijania

Układy wyj

ś

ciowe, za pomoc

ą

których mikrokontroler wł

ą

cza odbiorniki mocy w

instalacji elektrycznej pojazdu zbudowano w oparciu o polowe tranzystory mocy. W

zale

ż

no

ś

ci

od

podł

ą

czonego

obci

ąż

enia

dobrano

odpowiednie

elementy

półprzewodnikowe.

Rys. 10. Schemat ideowy układu włączającego światła mijania

Na rysunku 10 przedstawiono schemat poł

ą

cze

ń

układu wyj

ś

ciowego wł

ą

czaj

ą

cego

ś

wiatła mijania. Powy

ż

szy układ ma za zadanie sterowaniem dwiema

ż

arówkami

samochodowymi w reflektorach

ś

wiateł mijania o mocy 55W ka

ż

da. Pr

ą

d pobierany

przez takie obci

ąż

enie wynosi:

[ ]

A

U

P

I

2

,

9

12

55

55

=

+

=

=

Moc wydzielana w postaci ciepła przez tranzystor wyliczamy ze wzoru:

( )

[ ]

W

R

J

Pd

7

,

1

02

,

0

2

,

9

2

2

=

∗

=

∗

=

Jako tranzystor mocy u

ż

yto elementu IRF4905, który scharakteryzowano poni

ż

ej:

•

technologia HEXFET Power MOSFET,

•

kanał typu p,

•

mała rezystancja R

ds(on)

=0,02 Ω,

•

maksymalny prąd drenu Id = 74A,

•

temperatura pracy od -55ºC do +175 ºC.

Temperatura zł

ą

cza tranzystora T1 w obudowie TO-220 (Rthja=62 ºC/W) bez

zastosowania radiatora wynosi:









°

=

°

∗

=

∗

=

∗

=

C

W

C

W

Rthja

Pd

T

105

62

7

,

1

gdzie: Rthja – rezystancja termiczna mi

ę

dzy zł

ą

czem a otoczeniem

Zatem maksymalna temperatura otoczenia wynosi:

[ ]

C

T

Tj

Ta

°

=

−

=

−

=

70

105

175

gdzie: Ta-temperatura otoczenia, Tj – maksymalna temperatura zł

ą

cza tranzystora

Dla obni

ż

enia temperatury tranzystora T1 zastosowano odprowadzenie ciepła

poprzez przykr

ę

cenie go do aluminiowej obudowy urz

ą

dzenia, poprzez podkładk

ę

izolacyjn

ą

.

Rys. 11. Schemat ideowy układu inteligentnego sterowania oświetleniem w samochodzie

Rysunek 12 przedstawia widok opisów elementów na płytce w warstwie

TopOverlay, natomiast rysunek 13 zawiera opisy i rozmieszczenie elementów

na powierzchni BottomOverlay. Widok mozaiki

ś

cie

ż

ek przedstawiono na

rysunku 14 dla warstwy górnej oraz na rysunku 15, dla warstwy dolnej.

Rys. 12. Widok warstwy TopOverlay

Rys. 13. Widok warstwy BottomOverlay

Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010

20

Rys. 14 Widok płytki PCB w warstwy TopLayer

Rys. 15. Widok płytki PCB w warstwy BottomLayer

Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010

21

Rys. 16. Widok płytki PCB od warstwy TopLayer

Rys. 17. Widok płytki PCB od warstwy BottomLayer

Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010

22

Rys. 18. Widok płytki wraz z elementami

Rys. 19. Widok płytki wraz z elementami

Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010

23

3.3. Oprogramowanie układu

Oprogramowanie mikrokontrolera składa si

ę

z cz

ęś

ci, z po

ś

ród których mo

ż

na

wyró

ż

ni

ć

: cze

ść

inicjacyjn

ą

, główn

ą

p

ę

tl

ę

programu oraz podprogramy

realizuj

ą

ce poszczególne funkcje. Na rysunku 20 przedstawiono schemat

blokowy programu umieszczonego w pami

ę

ci układu ATmega88.

Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010

24

START

Deklaracja zmiennych
Konfiguracja portów

Tryb: POWERDOWN

Procedura:

Test świateł stopu

Procedura:

Pomiar przyspieszenia auta

Procedura:

Pomiar natężenia oświetlenia

zewnętrznego

Czasowe włączenie świateł

mijania ze stopniowym

wygaszeniem

Przycisk

wciśnięty?

Stacyjka

włączona?

U>13,8V ?

Ś

wiatła postojowe włączone

Procedura:

Podtrzymanie kierunkowskazów

Ś

wiatła postojowe

wyłączone

U>13,8V ?

Rys. 20. Schemat blokowy programu mikrokontrolera

Tak

Tak

Tak

Nie

Nie

Nie

Nie

Tak

Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010

25

4. DO PRZYGOTOWANIA

Przed przybyciem na zaj

ę

cia laboratoryjne, studenci powinni:

-przeczyta

ć

instrukcj

ę

i zastanowi

ć

si

ę

nad zasadami działania poszczególnych

bloków funkcjonalnych,

-przygotowa

ć

dokumentacj

ę

czujnika przyspieszenia MXD7210ML (mo

ż

e by

ć

w

formie elektronicznej),

-zastanowi

ć

si

ę

nad zasad

ą

działania układu wykrywaj

ą

cego uszkodzenie

ż

arówki STOP.

-przygotowa

ć

dokumentacj

ę

procesora ATmega88 (mo

ż

e by

ć

w formie

elektronicznej),

-zastanowi

ć

si

ę

nad realizacj

ą

poszczególnych punktów zakresu bada

ń

.

5. PRZEBIEG

Ć

WICZENIA

5.1. Sprawdzi

ć

w praktyce działanie makiety o

ś

wietleniowej przy wykorzystaniu

algorytmu algorytm z rysunku 20,

5.2. Wskaza

ć

bł

ę

dy w algorytmie działania makiety,

5.3.

Przeanalizowa

ć

i

przetestowa

ć

działanie

wszystkich

układów

funkcjonalnych dost

ę

pnych na makiecie o

ś

wietleniowej,

5.4. Zdj

ąć

charakterystyk

ę

czujnika przyspieszenia wykorzystuj

ą

c makiet

ę

z

czujnikiem.

5.5. Zarejestrowa

ć

przy pomocy oscyloskopu sygnały wskazane przez

prowadz

ą

cego

ć

wiczenie.

4. WYMAGANIA BHP

Podczas

ć

wiczenia „Układy inteligentnego sterowania o

ś

wietleniem” nie

przewiduje si

ę

wyj

ą

tkowych zagro

ż

e

ń

bezpiecze

ń

stwa pracy, w zwi

ą

zku z tym

obowi

ą

zuje ogólny regulamin laboratorium pracowni 227b. W przypadku

zasilania makiety z akumulatora ołowiowego (zalecane), stosowa

ć

zasady

Układy inteligentnego sterowania oświetleniem, Politechnika Białostocka 2010

26

bezpiecze

ń

stwa wymagane przy pracy z akumulatorem ołowiowym, podane w

instrukcji dotycz

ą

cej akumulatora ołowiowego.

5. SPRAWOZDANIE STUDENCKIE

W sprawozdaniu powinien si

ę

znale

źć

szczegółowy opis zadania (indywidualne

zadania dla ka

ż

dej grupki laboratoryjnej zostan

ą

sformułowane przez

prowadz

ą

cego

ć

wiczenie po przybyciu na laboratorium), opis rozwi

ą

zania,

schemat poł

ą

cze

ń

zarówno elementów systemu mikroprocesorowego jak i

aparatury kontrolno/pomiarowej i zasilaj

ą

cej (aparatura tak

ż

e powinna by

ć

opisana, min. typ i symbol). Wszelkie zamieszczone wyniki bada

ń

nale

ż

y

skomentowa

ć

, doł

ą

czaj

ą

c wnioski.

9. LITERATURA

Materiały z wykładu „elektronika samochodowa” (konkretnie – cyfrowa

generacja sygnału PWM, o

ś

wietlenie samochodowe, dopasowanie

bloków peryferyjnych do portów wyj

ś

ciowych mikrokontrolerów AVR)

Dokumentacja

mikrokontrolera

ATmega88

(dost

ę

pna

na

www.atmel.com)

Janusz W. Mazur, Wojciech

ś

agan: Samochodowa technika

ś

wietlna,

Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej.

Herner A., Riehl Hans-Jürgen: Elektrotechnika i Elektronika w pojazdach

samochodowych, WKŁ, Warszawa 2003 (kilka przykładów wykorzystania

sygnałów PWM w elektronice samochodowej, o

ś

wietlenie w pojazdach w

niewielkim zakresie)