ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ŘÍDÍCÍ TECHNIKY
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
ELEKTRONICKÉ ŘÍZENÍ SEKVENČNÍ PŘEVODOVKY ELECTRONIC MANAGEMENT SEQUENTIAL GEARBOX
JAROMÍR ZACH
2009
Prohlášení Prohlašuji, že jsem svou bakalářskou práci vypracoval samostatně a použil jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v přiloženém seznamu.
V Praze dne 9.7.2009
Jaromír Zach
Abstrakt Cílem této bakalářské práce je vybrat vhodný systém pro ovládání sekvenční převodovky Yamaha R6 závodního automobilu Cartech FS01 a u tohoto systému navrhnout desku pro ovládání akčních členů s využitím procesoru ARM 7 LPC21xx vyvinutého pro soutěž Eurobot. Další náplní této práce je zajistit komfort řidiči návrhem desky pro interakci pilota s automobilem, jako je zobrazení zařazeného rychlostního stupně, otáček motoru a ovládání celého systému; a pro komunikaci mezi jednotlivými moduly použít sběrnici CAN, která je nejvíce využívanou sběrnicí v automobilovém průmyslu.
Abstract Objective of this bachelor thesis is select the appropriate system for controlling the sequential gearbox Yamaha R6 racing car Cartech FS01 and for this system propose board to control actuators using processor ARM 7 LPC21xx developed for event Eurobot. Next contents of this thesis is to ensure comfort of the driver by drafting board for interaction driver with car, such as display driving position engaged, motor speed and control the all system; and for communication among various modules to use bus-bar CAN, which is mostly used in the car industry.
II
III
Obsah 1. Úvod ...................................................................................................................................... 1 1.1.
Formula Student/SAE ...................................................................................................... 1
2. Rozvržení postupu řešení .................................................................................................... 2 2.1.
Výběr vhodného polohovacího mechanismu pro sekvenční převodovku ........................ 2
2.1.1.
Elektronický systém ................................................................................................. 3
2.1.2.
Hydraulický systém ................................................................................................. 4
2.1.3.
Pneumatický systém ................................................................................................. 5
2.1.4.
Zhodnocení systémů ................................................................................................ 7
2.2.
Volba sběrnice ................................................................................................................. 8
2.2.1.
Sběrnice CAN .......................................................................................................... 8
2.2.2.
Sběrnice FlexRay ..................................................................................................... 8
2.2.3.
Sběrnice LIN ............................................................................................................ 9
2.2.4.
Zhodnocení .............................................................................................................. 9
2.3.
Úvaha o ceně ................................................................................................................. 10
2.3.1.
Standard číslování výrobků.................................................................................... 10
2.3.2.
Výsledná cena ........................................................................................................ 10
2.4.
Výběr součástek a jejich specifikace ............................................................................. 11
2.4.1.
Mikroprocesor LPC2129 ....................................................................................... 11
2.4.2.
Součástky elektropneumatického systému ............................................................ 13
2.4.3.
Měnič 12V DC to 24V DC .................................................................................... 14
2.4.4.
Modul pro řazení .................................................................................................... 15
2.4.5.
Modul do volantu ................................................................................................... 15
3. Realizace projektu ............................................................................................................. 16 3.1.
Modul pro řazení ........................................................................................................... 16
3.1.1.
Účel modulu ........................................................................................................... 16
3.1.2.
Realizace modulu pro řazení .................................................................................. 17
3.1.3.
První oživení modulu ............................................................................................. 18
3.2.
Modul do volantu .......................................................................................................... 20
3.2.1.
Účel modulu ........................................................................................................... 20
3.2.2.
Realizace modulu ................................................................................................... 21 IV
3.2.3.
Oživení modulu ...................................................................................................... 22
3.2.4.
Testování komunikace mezi moduly ..................................................................... 23
3.3.
Pneumatický systém....................................................................................................... 24
3.3.1.
Účel ........................................................................................................................ 24
3.3.2.
Antihoppingová spojka .......................................................................................... 24
3.3.3.
Realizace ................................................................................................................ 24
3.3.4.
Testování řazení ..................................................................................................... 25
3.4.
Programování mikroprocesoru ..................................................................................... 26
3.4.1.
Práce s porty ........................................................................................................... 26
3.4.2.
Práce po sběrnici CAN........................................................................................... 26
3.4.3.
Práce s alfanumerickým displejem a otáčkoměrem ............................................... 27
3.4.4.
Formát zasílaných dat po sběrnici .......................................................................... 27
4. Základní elektroinstalace .................................................................................................. 30 4.1.
Výběr komponentů ......................................................................................................... 30
4.1.1.
Šesti pólový odpojovač .......................................................................................... 30
4.1.2.
Nouzové tlačítko „STOP“ ...................................................................................... 30
4.1.3.
Senzor prošlapu ...................................................................................................... 31
4.1.4.
Senzor sešlápnutí brzdového pedálu ...................................................................... 31
4.1.5.
Koncové brzdové světlo ......................................................................................... 31
4.2.
Realizace ....................................................................................................................... 31
4.2.1.
Kabeláž .................................................................................................................. 31
4.2.2.
Konektory k jednotkám .......................................................................................... 32
Zhodnocení .............................................................................................................................. 34 Poděkování .............................................................................................................................. 36 Použité materiály .................................................................................................................... 37 Použitý software ..................................................................................................................... 39 Přílohy ..................................................................................................................................... 40
V
Seznam obrázků Obr. 1 - Ukazuje tlačítka pro řazení ....................................................................................... 3 Obr. 2 – Umístění systému v praxi.......................................................................................... 3 Obr. 3 – jednotka pro úpravu tlaku ...................................................................................... 5 Obr. 4 – válec „aktuátor“ řazení............................................................................................. 5 Obr. 5 - blokové schéma ARM7 ............................................................................................ 12 Obr. 6 – funkce převodníku tlaku......................................................................................... 13 Obr. 7 – funkce NPN čidla polohy ........................................................................................ 13 Obr. 9 – schéma zapojení měniče z 12V na 24V DC ........................................................... 17 Obr. 10 – zapojení pro spínání ventilu ................................................................................. 18 Obr. 11 – Zapojení posuvných registrů ................................................................................ 21 Obr. 12 – Alfanumerický displej ........................................................................................... 21 Obr. 13 – zapojené pneumatické komponenty na zkušebním panelu ............................... 25 Obr. 14 – blokové schéma komunikace na vozu FS01 ........................................................ 27 Obr. 15 – obrázek 6ti pólového odpojovače ......................................................................... 30 Obr. 16 – obrázek tlačítka pro nouzové zastavení .............................................................. 30 Obr. 17 – ukazuje koncept základní elektroniky ................................................................ 32 Obr. 18 – konektor s 42mi piny ............................................................................................. 33
VI
Seznam tabulek Tab. 1 – zobrazované znaky pro posuvný registr ................................................................ 23 Tab. 2 – formát zpráv a priorit CANu řídicího ................................................................... 28 Tab. 3 – formát zpráv a priorit CANu informačního ......................................................... 29
Seznam příloh Příloha A – Cost Report pro pneumatické řazení ............................................................... 41 Příloha B – Cost Report jednotky pro řazení ...................................................................... 43 Příloha C – Cost Report jednotky do volantu ..................................................................... 45 Příloha F – schéma jednotky do volantu .............................................................................. 51 Příloha G – schéma jednotky pro řazení .............................................................................. 52 Příloha D – zapojení 42 pinového konektoru....................................................................... 46 Příloha E – zapojení všech konektorů na autě .................................................................... 49 Příloha H – osazovací deska jednotky pro řazení ............................................................... 53 Příloha I – osazovací deska jednotky do volantu ................................................................ 55
VII
1. Úvod Smyslem tohoto projektu je vybrat vhodný systém pro polohování mechanismu robotizované sekvenční převodovky Yamaha R6 závodního automobilu Cartech FS01 a k tomuto systému navrhnout příslušný hardware pro ovládání. Dalším úkolem je navrhnout modul do volantu pro interakci pilota s automobilem, zobrazovat zařazený rychlostní stupeň, otáčky motoru a prostřednictvím sběrnice CAN zajistit řidiči pohodlné a rychlé řazení pomocí pádel nebo tlačítek umístěných na volantu. Posledním úkolem je implementace a ověření ve voze FS01.
1.1. Formula Student/SAE „Formula SAE je konstrukční soutěž pro studenty inženýrských škol. Vznikla v USA v roce 1981. Od roku 1998 existuje její evropská odnož, Formula Student. Obě soutěže mají stejný cíl a prakticky stejná pravidla. Každý rok se v rámci Formula Student/SAE pořádá 8 jednotlivých soutěží po celém světě. V současné době v seriálu Formula Student/SAE soutěží více než 270 univerzitních týmů z celého světa. Formula Student/SAE je konstrukční úkol, který by mohla položit jakákoliv automobilová výrobní firma. Zadání je vývoj prototypu závodního vozu. Zákazník, pro kterého je vůz určen, je víkendový neprofesionální závodník holdující autokrosu nebo sprintu. Vůz proto musí disponovat velkým výkonem ve smyslu co nejlepší akcelerace, brzdění a ovladatelnosti. Musí být levný, spolehlivý, údržba musí být snadná a musí být konkurenceschopný. Vůz by tedy měl být také esteticky na úrovni, pohodlný a využívat co nejvíce běžně dostupných součástí. Produkční plán je 1000 vozů za rok. Vůz by neměl být dražší než 25 000$ (toto pravidlo není u všech soutěží). Úkol zní: Navrhnout vůz, který co nejlépe splňuje uvedené požadavky. Na konci bude vůz porovnán s návrhy konkurence. A pouze nejlepší návrh se dočká výroby.“ převzato viz [20]
1
2. Rozvržení postupu řešení Nejprve bylo třeba se rozhodnout, jak projekt řešit. Byl zvolen tento postup: 1) Výběr vhodného aktuátoru. V úvahu přichází tři možnosti: hydraulický, elektronický a pneumatický 2) Pro vybraný systém bylo třeba vybrat vhodné součástky a zjistit jejich parametry. Napájecí napětí, proud, rozměry, hmotnost a dostupnost 3) Podle potřeby bylo třeba navrhnout vhodný hardware. To znamená vybrat vyhovující součástky, mikroprocesor, měnič napájení a další.
2.1. Výběr vhodného polohovacího sekvenční převodovku
mechanismu
pro
Bylo nutné zvážit několik parametrů: 1) 2) 3) 4) 5)
2
Spolehlivost celého systému Hmotnost systému Rychlost přeřazení s co nejmenší prodlevou mezi jednotlivými rychlostními stupni Robustnost systému a snadná umístitelnost Cenová dostupnost
2.1.1.
Elektronický systém
Jedná se o mechatronické ovládání sekvenční převodovky pomocí elektromagnetu. Celý systém je dodávaný anglickou firmou Kliktronic viz [7].
Obr. 1 - Ukazuje tlačítka pro řazení
Obr. 2 – Umístění systému v praxi
Výhodou tohoto systému je, že je dodávaný jako kompletní systém. Jako aktuátor je zde použit solenoid o průměru 50mm, délkou 150mm, napájení 12V DC, proud podle provedení 25A až 48A, hmotnost 1,5 kg. V montážní sadě je úchyt pro solenoid, řídící jednotka (odhadem 250g), ovládací tlačítka na volant a kabely. Řídící jednotka má výstup na vypínání zapalování (quick shifter), které je nutné použít při podřazování. Rychlost přeřazení pod 0,1s, hmotnost celého systému cca 1,9 kg. Cena se slevou pro studentské týmy Formula SAE včetně daně a poštovného 466,15 liber (14 637 Kč). Systém jsme si měli možnost vyzkoušet v praxi na motocyklu Yamaha YBR250 upraveném pro invalidní osoby. Systém vyvíjí sílu na přeřazení po celou dobu co je stisknuté tlačítko. Rychlost řazení nahoru je velmi dobrá. Při řazení dolů jsme neměli úplně jistý pocit, že na každý stisk došlo k podřazení. Rekapitulace: 1. 2. 3. 4. 5. 3
Spolehlivost – velmi nevyhovující Hmotnost – vyhovující Rychlost přeřazení – vyhovující Instalace – vyhovující Cenová dostupnost - nevyhovující
2.1.2.
Hydraulický systém
Tento systém je dodávaný firmou Bosch Rexroth viz [8]. Zde by se využívalo hydrauliky mazání motoru – nízký tlak od 0,8 do 7 barů. Předpokládané vlastnosti: •
Čerpadlo – tlak do 35,5 baru, průtok 1,12 l/min, příkon 75 W, elektromotor na DC 12V o výkonu 150W
•
Pístnice – vnější průměr 12 mm, vnitřní 6 mm, síla při 35,5 barech 300 N, možnost snímání koncových poloh
•
Předpokládané vlastnosti pro 35,5 baru: délka ramena l=50mm zdvih z=8,3mm čas pro vysunutí t=0,05s
•
Nádržka - 0,4 l (je pouze pro vyrovnání objemu pístnice, nemusí být plná)
•
Čas pro vysunutí 0,2 s
•
Rozvaděč ovládaný solenoidem
•
Hmotnost celého systému – 1,8 kg
•
Cena – sponzorský dar, symbolicky 1 Kč Systém je dodáván ve formě pro zástavbu s naohýbanými trubičkami přesně podle
požadavků. Rekapitulace: 1. 2. 3. 4. 5.
4
Spolehlivost – vyhovující Hmotnost – vyhovující Rychlost přeřazení – pomalejší, ale dostačující Instalace – složitá, nevyhovující Cenová dostupnost – vyhovující, sponzorský dar
2.1.3.
Pneumatický systém
O tomto systému bylo jednáno se společností Festo viz [9], která nám poskytla odbornou pomoc při výběru komponent. Jako zdroj tlaku nám byla doporučena láhev CO2. Pro daný
systém byly vybrány následující komponenty:
1. Jednotku pro úpravu tlaku + filtr • • • •
Verze MICRO Regulační rozsah – (0,5 – 7)bar -> pro nás 6bar Hmotnost do 200g S filtrem a manometrem
Obr. 3 – jednotka pro úpravu tlaku
2. Válec
Obr. 4 – válec „aktuátor“ řazení
• • • • • • • • •
5
Typ DSNU Kyvné upevnění ∅ pístu 25mm Použít zdvih – 40mm Snímání poloh čidly na válce Síla pro pohyb vpřed při 6bar – 295N Síla pro pohyb vzad při 6bar – 247N Energie pro náraz v koncových polohách – 0,3 J Hmotnost – 80g
3. Ventily • • • • • • • •
Elektromagnetické ventily MHA2 Napájení 24-36V DC Počet potřebných ventilů 2 Hmotnost - 2x60g Provozní tlak 1-8bar Ovládaní elektrické Čas zapnutí/vypnutí [ms] 1,7/2 +10 % Maximální spínací frekvence [Hz] 330
4. Vzdušník • • • •
Zásobník na stlačený vzduch CRVZS Objem 0,4l Hmotnost 736g Při tlaku 6bar
+ čidlo tlaku, čidla polohy, šrouby, hadice Předpokládaná doba přeřazení cca 60ms. Cena systému 0Kč (sponzorský dar od společnosti Festo). Odhadovaná hmotnost i s lahví CO2 kolem 3kg. Rekapitulace: 1. 2. 3. 4. 5.
6
Spolehlivost – vyhovující Hmotnost – vyhovující Rychlost přeřazení – vyhovující Instalace – vyhovující Cenová dostupnost – vyhovující, sponzorský dar, již zakoupeno
2.1.4.
Zhodnocení systémů
Protože všechny tři systémy mají rovnocenné parametry, přidali jsme ještě jedno kritérium a to možnost zařazení neutrální polohy. Dále jsme se zaměřili na systém s co nejnižšími náklady. Hydraulický systém byl vyhovující ve většině námi zvolených parametrů. Jednou z nevýhod je zpětnovazební odvod oleje z válce a nutnost použití čerpadla pro jeho rozvod. Další velkou nevýhodou je, že u hydraulického systému nelze použít doraz. Proto by bylo velmi složité zařadit neutrální polohu. Tento systém byl pro tyto nedostatky zamítnut. Elektronický systém byl vyzkoušen v praxi přímo na motocyklu. Řazení směrem nahoru bylo velmi dobré, ale řazení opačným směrem mělo některé nedostatky. Občas nedošlo k zařazení rychlostního stupně i při několikanásobném zmáčknutí tlačítka. Cena tohoto systému byla nepřiměřeně vysoká a zařazení neutrální polohy zde nebylo vyřešeno. Tento systém byl ze zmíněných důvodů zamítnut. Pneumatický systém je vyhovující ve všech parametrech. Jeho největší výhodou je možnost přidání dorazu, a tím i vyřešení problému vyřadit na neutrální polohu. Tento systém byl vybrán i pro jeho vysokou efektivnost a možnost dostání jednotlivých komponent jako sponzorského daru.
7
2.2. Volba sběrnice Nejprve jsme zvažovali, zda použít centralizovaný nebo distribuovaný systém. Nakonec jsme se rozhodli pro distribuovaný, protože nám přinesl mnohem více výhod. Mezi ně patří snadná rozšiřitelnost systému, možnost sdílení zdrojů a periférií, vyšší spolehlivost a provozuschopnost. Jako další přišla na řadu volba sběrnice. V úvahu připadalo hned několik možností, z nichž pro vozidlové využití jsou vhodné distribuované sběrnice CAN, FlexRay, LIN. 2.2.1.
Sběrnice CAN
Protokol CAN je navržen pro distribuované systémy v reálném čase. Přenosová rychlost je do 1Mbit/s. Tato sběrnice má vysoký stupeň zabezpečení přenosu proti chybám. Používá protokol typu multi-master (každý uzel sběrnice může být master a řídit tak chování jiných uzlů, není nutné řídit celou síť z jednoho uzlu), který zjednodušuje řízení a zvyšuje spolehlivost. Při poruše jednoho uzlu může zbytek sítě pracovat dál. Sběrnice používá náhodný přístup k přenosovému médiu. Komunikace mezi uzly probíhá pomocí zpráv (př. datová zpráva a žádost o data). Management sítě (signalizace chyb, pozastavení komunikace) je zajištěn pomocí dvou speciálních zpráv (chybové zprávy a zprávy o přetížení). Zprávy vysílané po sběrnici protokolem CAN neobsahují žádnou informaci o cílovém uzlu, kterému jsou určeny, a jsou přijímány všemi ostatními uzly připojenými ke sběrnici. Každá zpráva je uvozena identifikátorem, který udává její význam a prioritu. Nejvyšší prioritu má zpráva s identifikátorem 0. Protokol CAN zajišťuje, aby zpráva s vyšší prioritou byla v případě kolize dvou zpráv doručena přednostně. Na základě identifikátoru je možné zajistit, aby uzel přijímal pouze ty zprávy, které se ho týkají (Acceptance Filtering). Tato sběrnice je určena pro spolehlivé doručení informace, ale její propustnost není tak vysoká jako u sběrnice FlexRay. 2.2.2.
Sběrnice FlexRay
Jedná se o dvouvodičovou sběrnici, jejíž přenosová rychlost je až 10 Mbit/s, a která má dva nezávislé kanály pro každou jednotku. Oproti CAN má zvýšenou odolnost proti elektromagnetickému rušení a společnou synchronizaci všech jednotek v síti. Filtrace zpráv probíhá podle čísla/identifikátoru rámce. Navíc obsahuje službu dálkového "probuzení" libovolného uzlu. Kromě toho v sobě spojuje a vylepšuje prvky, které již byly nějakým 8
způsobem dříve někde použité (princip TDMA, statický a dynamický přístup na sběrnici, či fyzické provedení sběrnice). Výsledkem je přenosový systém s unikátním systémem adresování a přístupem na sběrnici, kde je vše prakticky řízeno jen dvěma čísly/identifikátory. Výměna zpráv je pak založena na deterministickém komunikačním cyklu a synchronizace komunikace je vysoce strukturována a založena na taktování společném pro všechny uzly a komponenty sběrnice. Tato sběrnice najde použití hlavně pro aplikace vyžadující nejvyšší možné zabezpečení přenášené zprávy. Používá se pro aplikace bezpečnostního charakteru. Mezi tyto aplikace lze zahrnout ovládání brzdového systému (ABS), nastavování podvozku a řídící jednotky automobilu apod. 2.2.3.
Sběrnice LIN
Používá se pro nenáročné aplikace, které nevyžadují spolehlivé doručení dat, jako je například elektronické stahování okýnek, nastavování sedadla… Jedná se o asynchronní sériovou sběrnici komunikující do vzdálenosti 40m. Topologie této sítě je single-master/multipleslave, což umožňuje připojit na jednu sběrnici jediné zařízení typu Master a několik zařízení typu Slave. Maximální počet zařízení na jedné sběrnici LIN je 16, přičemž vždy musí být přítomno jedno zařízení typu Master. Komunikace je založena na UART/SCI sériovém přenosu a probíhá pomocí jednoho vodiče. Další dva vodiče slouží pro napájení. 2.2.4. Pro
náš
Zhodnocení vůz
potřebujeme
spolehlivé
doručení
zpráv
a
to
i
v prostředí
s elektromagnetickým rušením. Z výše uvedených sběrnic připadají pro naši aplikaci buď CAN nebo FlexRay. Jelikož na voze FS01 nepoužíváme bezpečnostní prvky, ale využíváme sběrnici pouze pro řízení řazení a diagnostiku, bylo rozhodnuto pro dvě sběrnice CAN. Jedna řídící, která má sloužit pro posílání informací kritických pro funkčnost řazení. A druhá informační pro posílání všech ostatních informací jako jsou otáčky a informace od ECU1.
1
9
Engine control unit
2.3. Úvaha o ceně Jedna z věcí, která se před soutěží musela odevzdávat, byl COST REPORT, tedy výkaz o ceně na výrobu 1000kusů automobilů. Tato cena se určuje podle tabulek uvedených na stránkách Formula SAE viz [15], které se pro každý ročník aktualizují. Výsledná cena se skládá z tabulek Materials Table, Process Table, Process Multipliers Table, Fasteners Table a Tooling Table. 2.3.1.
Standard číslování výrobků
Aby nedocházelo k zaměňování výrobků, byl v týmu zaveden jednotný standard pro všechny výrobky. Formát:
FS – BB – XXXXX – ZZZ – C1C2
FS - Dvoumístné pořadové číslo vozu (v současnosti „01“). BB - Dvoumístný písmenný znak označující zařízení dle dodatku pravidel „Appendix_C‐3“ viz [15]. Pro elektroniku je to „EL“ a pro pneumatický systém je to „FR“. XXXXX - Pětimístné základní číslo součásti přiřazováno podle intervalů. Pro elektroniku je to interval od 60000 – 69999 a pro pneumatické řazení je to interval od 00005 – 03999. ZZZ - Třímístné číslo sestavy, do které součást patří. C1C2 - Dvoumístný písmenný znak označující evoluce součástí (v současnosti „AA“). C1 – První písmeno odkazuje na úroveň úpravy provedení (návrhu/designu) součásti. C2 – Druhé písmeno odkazuje na úroveň změny technologického postupu při výrobě součásti. 2.3.2.
Výsledná cena
Po vytvoření sestav a všech potřebných tabulek byla celková cena stanovena následovně: Cena [$]
10
Pneumatické řazení “viz Příloha A“
144,54
Jednotka pro řazení „viz Příloha B“
78,28
Jednotka do volantu „viz Příloha C“
73,88
Cena celkem:
296,7$
Po přepočtení na české koruny při kurzu dolaru ke dni 28. 6. 2009, který činí 18,442Kč, vyšla výsledná cena pro 1kus při sériové výrobě 1000kusů na 5 472Kč.
2.4. Výběr součástek a jejich specifikace V této části se budeme zabývat specifikacemi jednotlivých částí potřebných pro správnou funkčnost a ovládání celého systému. 2.4.1.
Mikroprocesor LPC2129
Ve všech modulech bylo rozhodnuto o použití procesoru ARM7 LPC2119, protože už existovalo ověřené a fungující zapojení vyvinuté pro soutěž Eurobot. ARM2 7 je moderní 32 bitový procesor, který je schopen výkonných výpočetních procesů.
2
Acron RISC Machines
11
Obr. 5 - blokové schéma ARM7
Parametry: • • • • • • • • •
Mikrokontrolér s 16/32b jádrem ARM7 Maximální frekvence CPU 60MHz 16 kB on-chip Static RAM a 128 kB on-chip Flash In-System Programming (ISP), In-Application Programming (IAP) Dvě propojená rozhraní CAN 2 x UART rozhraní, 2 x SPI a rychle I2C rozhraní 2 x 32b čítače/časovače a 6 PWM výstupů 4 - kanálový 10b AD převodník 1,8V napájení CPU a 3,3V napájení sběrnice
Jako prostředí pro vývoj softwarových aplikací bylo využito systému OMK3.
3
OCERA make framework
12
2.4.2.
Součástky elektropneumatického systému
Na základě kapitoly 2.1 byl vybrán elektropneumatický systém pro robotizované ovládání řazení. Elektromagnetické ventily: -
Napájecí napětí 5V, 12V (doba otevření cca 20ms) a pro rychlé spínání 24V DC (doba otevření cca 2ms) Potřebný proud pro sepnutí 1A Tlak –0,9 … +8 barů Provozní teplota –5 … +60 °C
Senzor tlaku:
Obr. 6 – funkce převodníku tlaku
-
Napájecí napětí 15V … 30V DC Proud 8 … 30mA Tlak -1 … + 100 barů Provozní teplota-20 … +85 °C Analogový výstup 0,1 … 10 V DC, 4 … 20mA
Magnetická čidla polohy vysunutí pístu:
Obr. 7 – funkce NPN čidla polohy
-
Magneto-odporový princip spínání Napájecí napětí 10V… 30V DC Max. proud 100mA Výstup NPN, 3 vodiče Provozní teplota – 20 … +60 °C Na základě těchto specifikací je výhodné pro napájení a rychlé spínání ventilů použít
24V DC napájení. Tímto zdrojem se budeme podrobně zabývat v kapitole 2.4.3. 13
2.4.3.
Měnič 12V DC to 24V DC
Vycházeli jsme z toho, že ventily, čidlo tlaku a senzory polohy potřebují ke svojí funkci a rychlému spínání napájecí napětí 24V DC / 1A. Proto byl zvolen obvod MC34063 zapojený jako Step-Up Converter. Jako zdroj napájení je zde uvažována 12V autobaterie.
MC34063 viz [1]
Obr. 8 – Pouzdro a blokové schéma MC34063
Parametry: -
Vstup 3V … 40V DC Výstupní spínaný proud 1.5A Výstupní napětí nastavitelné Frekvence max.100kHz
Výše uvedený integrovaný obvod obsahuje vnitřní teplotně kompenzovaný referenční zdroj, komparátor, oscilátor s šířkovou modulací a obvodem proudového omezení, budič a výstupní spínač pro vysoké proudy. Tato řada obvodů byla zkonstruována speciálně pro zvyšující, snižující a invertující měniče. Všechny tyto funkce jsou obsaženy v pouzdru s osmi vývody, jak ukazuje obr. 8.
14
2.4.4.
Modul pro řazení
Pro pohyb modelářského servomechanismu, který je důležitý pro vyřazení systému do neutrální polohy, je třeba 5V DC napájení. Pro velkou účinnost 82% jsme zvolili obvod LM2575S viz [10] s výstupním proudem maximálně 1A. Pro spínání silových výstupů, to jsou např.: ventily, bylo použito výkonových tranzistorů MOSFET STP36NF06 viz [11]. Pro buzení druhé informační sběrnice, na kterou se mají posílat informace nedůležité pro řazení, byl použit budič sběrnice CAN v obvodu PCA82C250 viz [12]. 2.4.5.
Modul do volantu
Jako zobrazovací jednotka byl vybrán 16 segmentový alfanumerický displej od společnosti Kingbright viz [3] o rozměrech 56,8 x 31,8mm. Zobrazení znaků na displeji a rozsvěcení LED diod otáčkoměru je prováděno pomocí 8bitového posuvného registru TPIC6C595 viz [13]. Pro napájení displeje je třeba 5V DC napájení, z tohoto důvodu byl vybrán stabilizátor 78M05 viz [14] s výstupním proudem 500mA. Jako u modulu pro řazení i zde byl použit pro druhou informační sběrnici obvod PCA82C250.
15
3. Realizace projektu 3.1. Modul pro řazení 3.1.1.
Účel modulu
Tento modul byl navržen podle požadavků pneumatického systému popsaných v kapitole 2.4.2. Požadavky na modul:
•
Napájecí napětí 12V
•
Výstupní napětí 5V, 12V, 24V
•
Výstup PWM signálu pro řízení modelářského servomechanismu, důležitého pro řazení neutrálu
16
•
4 x silové výstupy pro spínání ventilů
•
3 x vstupy pro čidla polohy vysunutí pístu
•
1 x vstup pro senzor tlaku
•
2 x sběrnice CAN – informační a řídicí, více v kapitole 3.4.2.
3.1.2.
Realizace modulu pro řazení
Schéma: C18
COMP
TCAP IPK IDC ISWC ISWE
3 7 8
+12V
1 2
SE
R40 1
R41 21
39k
COMP
100p
U9 5
+V24
COMP
2 2k
MC34063A
+12V
20-30zav itu na toroidu o2cm D16 L1 2
1
MBR1045
R48 22K
+
+V24
C20
2
2
2
+
C19 R45 22K
R49 22K
2
SE
Vb HO Vs LO
IRS2001
8 7 6 5
1
2
M1 IRFZ44N
100 R42
1
R44 22k
Vcc HIN LIN COM
1
U10 1 2 3 4
1
1
GND
Obr. 9 – schéma zapojení měniče z 12V na 24V DC
Popis zapojení: Spínacím prvkem tohoto obvodu je tranzistor MOSFET IRFZ44N, ten má nejvyšší povolené prahové napětí 50V, I = 49A a výkon 100W. Pro buzení daného tranzistoru byl použit obvod IRS2001. Po rozepnutí tranzistoru M1 proud v cívce nezaniká, ale teče nadále stejným směrem, dokud neskončí přechodový děj a energie, uložená v cívce, se nevyzáří do okolí. Protože napětí je opačné polarity, přičte se ke vstupnímu. Shottkyho dioda MBR 1045 pak dále usměrní toto napětí a kondenzátor C20 tento výstup vyhladí. Odpory R40 a R41 se nastavuje výstupní napětí.
17
Schéma: +V24 R36 47K
R24
OUT_2 Q17 BC807-25
4K7 R37 M2 STP36NF06 R25 P1.18
100 R38 1K
T4 4K7
BCR 108
Obr. 10 – zapojení pro spínání ventilu
Popis zapojení: Při log 1 na vstupu tranzistoru T4 se tento tranzistor otevře a začne přes něj protékat proud, to otevře PNP tranzistor Q17 a ten vybudí výkonový tranzistor M2. Přes M2 začne protékat proud a tím sepneme výstupní ventil. 3.1.3.
První oživení modulu
Nejprve bylo nutné osadit všechny součástky a zasunout modul LPC21xx do připravené desky. Dále bylo třeba odzkoušet, zda obvod MC34063A dodává potřebné napětí, aby nedošlo ke zničení jiného obvodu vlivem nesprávných napěťových úrovní. To bylo provedeno přiložením voltmetru na výstupní svorky. Poté jsme nahráli do modulu zkušební software a pomocí něj a voltmetru jsme nejdříve odzkoušeli spínání všech výstupů. Dále jsme pomocí laboratorního zdroje odzkoušeli čtení vstupních portů.
P0.4 – port pro čtení čidla polohy P0.5 – port pro čtení čidla polohy P0.7 – port pro čtení čidla polohy P0.9 – port použit jako výstup pro řízení modelářského servomechanismu pomocí PWM signálu
18
P0.27 - port se dá nastavit jako AD převodník pro zjišťování tlaku nebo jen jako vstup pro čidlo polohy viz kapitola 2.4.2 nebo jako digitální vstup pro čtení neutrálu z motoru motorky P1.16 – výstupní port pro spínání 12V zátěže P1.17 – výstupní port pro spínání ventilu 1 P1.18 – výstupní port pro spínání ventilu 2 P1.19 – výstupní port v zapojení s otevřeným kolektorem P0.23 – Rd2CAN slouží pro připojení budiče PCA82C250 pro informační sběrnici CAN2 P0.24 – Td2CAN slouží pro připojení budiče PCA82C250 pro informační sběrnici CAN2 CANH, CANL – výstup z budiče pro řídicí CAN1
Po celé této proceduře byly k zařízení připojeny všechny potřebné vstupy a výstupy a deska byla napojena na napětí získané z laboratorního zdroje. Toto napětí bylo nataveno na 12V.
19
3.2. Modul do volantu 3.2.1.
Účel modulu
Tento modul má řidiči poskytnout komfort při řazení, umožnit vypínání a zapínání kontroly trakce a nastavování jasu displeje, na kterém se má zobrazovat zařazený rychlostní stupeň. Dále má umožnit vyřazení na neutrální polohu a zobrazovat pomocí LED diod otáčky motoru. Pro daný modul byly stanoveny tyto požadavky:
4
•
Napájecí napětí 12V
•
Výstupní napětí 12V, 5V
•
Vstupních 6 tlačítek, z toho 2 vyvedené na svorku pro připojení pádel pod volantem
•
Jeden silový výstup s otevřeným kolektorem
•
Dvě LED diody. Jedna pro signalizaci TC4, další pro signalizaci poruchy
•
Dva volné digitální vstupy s „pull up“ rezistorem pro případné rozšíření
•
LED diodový otáčkoměr
•
Alfanumerický displej pro zobrazení zařazeného stupně
kontrola trakce
20
3.2.2.
Realizace modulu
Schéma: +5V(2)
R41 100
R40 220
R39 100
R38 100
R37 220
DISP_10
R52 100
DISP_11
IO_CLK Y4 Y3 OUT_STR
DISP_12
14 13 12 11 10 9 8
DISP_13
Vcc B4 A4 Y4 Y3 B3 A3
DISP_14
A1 B1 Y1 Y2 A2 B2 GND
DISP_15
1 2 3 4 5 6 7
OUT_D Y1 Y2 OE_OUTS
DISP_16
DISP_17
U21
R36 100
R35 220
4081 U8
Y2
7 8
Y3 Y4
10 15
SER IN CLR G RCK SRCK
9
SER OUT
DRAIN0 DRAIN1 DRAIN2 DRAIN3 DRAIN4 DRAIN5 DRAIN6 DRAIN7
DISP_1 DISP_2 DISP_3 DISP_4 DISP_5 DISP_6 DISP_7 DISP_8
3 4 5 6 11 12 13 14
+5V(2) 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
2
NC F G A1 H J A2 B K Anode
Y1
TPIC6C595
A1
U18 Alphanumeric display
A2
U17
F
2
SER IN
7 8
CLR G
10 15 OUT_D2
RCK SRCK
9
SER OUT
DRAIN0 DRAIN1 DRAIN2 DRAIN3 DRAIN4 DRAIN5 DRAIN6 DRAIN7
E
10 15 OUT_D3
9
C
SER OUT
DP
Anode P E D1 N M D2 L C DP
D1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
SER IN
RCK SRCK
L M
U19
CLR G
K
N
D2
7 8
B
P
TPIC6C595
2
J
G
DISP_9 DISP_10 DISP_11 DISP_12 DISP_13 DISP_14 DISP_15 DISP_16
3 4 5 6 11 12 13 14
H
DRAIN0 DRAIN1 DRAIN2 DRAIN3 DRAIN4 DRAIN5 DRAIN6 DRAIN7
3 4 5 6 11 12 13 14
DISP_17 LED_OTA_1 LED_OTA_2 LED_OTA_3 LED_OTA_4 LED_OTA_5 LED_OTA_6 LED_OTA_7
+5V(2)
TPIC6C595
R54 220
R48 220
R47 100
R46 100
R45 220
R44 100
R43 100
R42 220
DISP_9
DISP_8
DISP_7
DISP_6
DISP_5
DISP_4
DISP_3
DISP_2
DISP_1
Obr. 11 – Zapojení posuvných registrů
R53 100
Obr. 12 – Alfanumerický displej
Popis zapojení: Pro změnu napěťových úrovní z CMOS5 na TTL6 je použit obvod HEF4081B viz [2]. Posuvný registr obsahuje jeden sériový vstup (SER IN), jeden sériový výstup (SER OUT) a tři paralelní vstupy (CLR, G, RCK, SRCK). SER IN (DATA) slouží pro nahrávání informací, tedy pro rozsvícení jednotlivých segmentů. SER OUT (QS) slouží pro připojení dalšího posuvného registru. CLR slouží pro vymazání všech dat v registrech, tedy pro zhasnutí displeje. Tento vstup připojíme na log 1 (+5V). SRCK (CLOCK) je hodinový signál při jeho příchodu tj. náběžné hraně dochází k potvrzení platnosti příchozích dat. RCK (STROBE) je vstup, který řídí frekvenci výstupu. To znamená, že pomocí PWM můžeme řídit jas displeje a LED diodového otáčkoměru. Aby nedocházelo k problikávání displeje při nahrávání dat,
5 6
Complementary Metal–Oxide–Semiconductor Transistor–transistor logic
21
připojuje se tento vstup během programování na log 0. Přivedením log 1 na signál G (OUTPUT ENABLED) dojde k odpojení paralelních výstupů. Log 0 se paralelní výstupy opět aktivují. Řízení probíhá na těchto IO pinech procesoru:
P0.1 – port je použit pro tlačítko na řazení směrem dolu P0.3 – port je použit pro tlačítko S8 P0.4 – port použit pro programování posuvného registru „CLOCK“ P0.6 – port použit pro programování posuvného registru „DATA“ P0.7 – port použit pro programování posuvného registru „OUTPUT ENABLED“ P0.9 – port použit pro tlačítko S7 P0.14 – port použit pro tlačítko S6 P0.15 - port použit pro tlačítko S9 P0.20 – port použit pro tlačítko na řazení směrem nahoru P0.16, P0.30 – porty použity pro digitální vstup s „pull up“ rezistory P0.21 – port použit pro programování posuvného registru „STROBE“ P1.20, P1.21 – porty použity pro indikaci pomocí LED P1.24 – port použit pro zapojení tranzistoru s otevřeným kolektorem, pro spínání silových výstupů 3.2.3.
Oživení modulu
Ze všeho nejdříve bylo nutné osadit všechny součástky a zasunout modul LPC21xx do připravené desky. Pro 12V napájení byl použit laboratorní zdroj. Na osazené desce poté bylo změřeno pomocí voltmetru výstupní napětí 12V a 5V. Po ověření jsme postupně začali nahrávat zkušební software. Nejprve byly oživeny indikační LED diody a vyzkoušeno zapojení s otevřeným kolektorem. K tomuto zapojení bylo připojeno napětí +12V a na výstup přidána LED, která indikovala sepnutý stav. Tlačítka a ostatní vstupy byly ověřeny zmáčknutím tlačítka a následným rozsvícením nebo zhasnutím některé diody.
22
Podle přiloženého datasheetu viz [3] byly sepsány potřebné znaky pro zobrazování, viz tab. 1. Poté byly jednotlivé znaky vyzkoušeny na displeji. Toto bylo aplikováno i u otáčkoměru. Postupně byly rozsvíceny všechny LED diody od středu ke kraji.
Číslo dat
Počet rozsvícených LED, pro
Znak
Znak hexa
0
„N“
0x8643
„0“
0x0
1
„1“
0x1008
„1“
0x180
2
„2“
0x1C8E4
„2“
0x3C0
3
„3“
0x14AE4
„3“
0x7E0
4
„4“
0x102C1
„4“
0xFF0
5
„5“
0x14AA5
„5“
0x1FF8
6
„6“
0x1CAA5
„6“
0x3FFC
7
„T“
0x102C
„7“
0x7FFE
8
„C“
0xC825
„8“ (blikání)
0x7FFE
9
„F“
0x180A5
10
„O“
0xCA65
11
„-“
0x100
po CANu
otáčkoměr
Znak hexa
Tab. 1 – zobrazované znaky pro posuvný registr
3.2.4.
Testování komunikace mezi moduly
U modulu pro řazení jsme propojili vodičem svorku CANH se svorkou CANH na modulu do volantu. To samé jsme provedli se svorkami CANL. Připojili jsme oba moduly ke společnému laboratornímu zdroji a nastavili jeho hodnotu na 12V. Software byl naprogramován tak, aby vysílal po sběrnici CAN zprávu při stisku tlačítka na modulu do volantu. Na modulu pro řazení se po příchodu zprávy sepnul jeden ze silových výstupů. Poté byl odzkoušen přenos obráceně. Test proběhl v pořádku a tím byla ověřena komunikace po sběrnici.
23
3.3. Pneumatický systém 3.3.1.
Účel
Vůz bude poháněný nepřeplňovaným čtyřválcovým motorem z motocyklu Yamaha YZF-R6 vybaveného šestistupňovou sekvenční převodovkou s antihoppingovou spojkou. Právě díky této převodovce a spojce můžeme použít elektropneumatický systém vybraný tak, jak bylo uvedeno v kapitole 2.1.4. 3.3.2.
Antihoppingová spojka
Antihoppingová spojka zabraňuje okamžitému zablokování zadního kola při podřazování a prudkém brzdění, místo toho však nabízí kontrolované a rychlé brzdění. Např.: při rychlém podřazování nebo řazení bez spojky by se u motorky bez antihoppingové spojky zadní kolo zablokovalo a tím šlo do smyku. Právě tomuto se předchází použitím antihoppingové spojky. Můžeme tedy podřazovat bez jejího zmáčknutí. 3.3.3.
Realizace
Jako zdroj tlaku do systému byla použita láhev tekutého CO2 viz [4]. Tlak z tohoto systému se reguloval přes redukční ventil CO2 mini G3/4 viz [5] na tlak max. 6baru. Odtud vedla 4mm hadička do filtru, kde se odfiltrovala případná voda. Poté pokračovala přes vzdušník o objemu 0,4l, který slouží jako kondenzátor pro vyrovnání dodávaného tlaku. Z tohoto vzdušníku je potom tlak rozveden do jednotlivých částí systému, jako jsou elektromagnetické ventily a čidlo tlaku. Od ventilů je připojena hadička přímo do pneumatického válce. Po jejich sepnutí se tlak nahromaděný ve vzdušníku uvolní a přejde do zmiňovaného válce, který nám zařadí rychlostní stupeň. Na válci jsou umístěna tři čidla, která slouží ke kontrole jeho polohy. Hlídají zejména dosažení krajních poloh a středovou polohu. Samotný válec se vrací za pomoci vratné pružiny mechanismu sekvenční převodovky. Neutrální poloha je řešena přidáním polohovacího servomechanismu, který pohybuje se západkou. Tato západka působí jako doraz pro zařazení na neutrální polohu.
24
Obr. 13 – zapojené pneumatické komponenty na zkušebním panelu
3.3.4.
Testování řazení
Testování bylo zatím prováděno pouze na panelu, nikoliv na skutečném motoru. Při testování na motoru bychom museli přizemňovat „CLUTCH MASTER“, což je vstup u řídící jednotky motoru. To nám umožní odpojit zapalování a tím i zařadit další rychlostní stupeň. O podřazování se nám postará antihoppingová spojka “viz kapitola 3.3.2“ Po propojení hadiček mezi všemi komponenty a po připojení tlaku do systému jsme ke všem modulům připojily napájecí napětí z laboratorního zdroje. Poté co jsme na jednotce do volantu zmáčkli tlačítko pro zařazení, po sběrnici CAN odešla žádost o změnu rychlostního stupně. Druhá jednotka si tuto zprávu převzala a otevřel se jeden z ventilů, což posunulo píst jedním směrem. Po vypnutí ventilu se pomocí vratné pružiny mechanismu píst vrátil zpátky do střední polohy. Vyzkoušen byl i pohyb opačným směrem. Dále byl zkoušen servomechanismus pro doraz. Nejdříve se servomechanismus pootočil jedním směrem a tím se přidal doraz, poté sepnul ventil a píst se o tento doraz zastavil. Po
25
vracení pístu do střední polohy se servomechanismus pootočilo zpátky a tím se doraz odstranil.
3.4.
Programování mikroprocesoru
3.4.1.
Práce s porty
Nejprve byl z webových stránek stažen uživatelský manuál pro programování LPC21xx viz [6]. Pomocí tohoto dokumentu jsme zjistili jak pracovat s I/O porty. Pro práci s porty je důležitá celá řada registrů. Uvedeme zde několik základních. Nejdříve je důležité nastavit registr PINSEL jsou celkem tři PINSEL0,1,2. Tyto registry nastavují funkci portu. To znamená, že každý port může mít více funkcí jako je GPIO (vstupně/výstupní port), PWM, CAN aj. Dalším důležitým registrem je registr IODIR, jsou celkem 4 - IO0DIR, IO1DIR, IO2DIR, IO3DIR. Tímto registrem se nastavuje, zda jde o digitální vstup nebo výstup procesoru. Registr IOPIN slouží při načítání digitálních vstupů. Jsou 3 základní - IO0PIN, IO1PIN a IO2PIN. Př.: uložení aktuálního stavu načítaného zmáčknutého tlačítka #define vstup_BUTTON1
0x1000
uint32_t stav = IOPIN0 & vstup_BUTTON1
Další registry, které jsou důležité, je registr IOSET. Slouží pro nastavení výstupního pinu do stavu HIGH. A IOCLR, který nastaví výstupní port do stavu LOW. 3.4.2.
Práce po sběrnici CAN
Při práci byly využity knihovny vytvořené Markem Pécou v projektu Spejbl a některé další knihovny, které byly napsány pro projekt Eurobot. Pro vysílání na sběrnici byla nejdříve nastavena rychlost přenosu dat. Potom se určili priority zpráv „ID zprávy“, tak jak je uvedeno v kapitole 3.4.4. Každé ID může vysílat až několik zpráv. Příjem dat po sběrnici běží pod přerušením. Pomocí SWITCH nebo IF nejprve rozlišíme ID zprávy a pak obdobným způsobem přečteme data zprávy a uložíme je do proměnné. 26
V hlavním programu poté vykonáme příslušnou operaci podle hodnoty proměnné.
Obr. 14 – blokové schéma komunikace na vozu FS01 zdroj: Jan Sobotka
3.4.3.
Práce s alfanumerickým displejem a otáčkoměrem
Pro zobrazování znaku na alfanumerickém displeji po sběrnici CAN posíláme číslo dat, které chceme zobrazit, jak ukazuje tabulka 1. Znaky jsou uloženy v poli, tedy pro znak „N“ to je číslo 0. Pro otáčkoměr přicházejí data o počtu zobrazených LED diod. Svíticí led diody se rozsvítí od středu ke kraji. Tedy od 0 do 7 LED. Po příchodu data =8 se všechny LED rozblikají a právě toto blikání má řidiči oznámit nejvhodnější okamžik pro zařazení. 3.4.4.
Formát zasílaných dat po sběrnici
Tabulka 2 a 3 nám ukazuje domluvené priority zpráv a formát zpráv v kódu, jaká jednotka co přijímá a která co vysílá. Rozdělení zpráv na sběrnice CAN1(řídící) a CAN2(informační): Zpráva
Priorita (ID)
Signál řazení
Odesílající jednotka Volant
Přijímající jednotka Řazení
Četnost
Poznámka
Max. 1 Hz
data[0] = 1 řazení nahoru data[0] = 2 řazení dolů
Volant
Řazení
zanedbatelné
Řazení
Volant
Max. 1 Hz
1 Řazení "neutrál" Zařazený st.
27
5 2
Zařazený st. od ECU
CLUTCH MASTER Tlačítko TC ON/OFF Stav TC ON Stav TC OFF TC LED ON TC LED OFF TC Počet LED otáčkoměru Volant LED2 ON Volant LED2 OFF Volant „tečka“ ON
Volant „tečka“ OFF
3
4
Traction Control
Řazení
10z
Řazení
Traction Control Traction Control Volant
zanedbatelné zanedbatelné
Volant
zanedbatelné
Volant
10 Hz
Volant
10 Hz
Volant
10 Hz
Volant
6
12
Traction Control Traction Control Traction Control Traction Control Traction Control Traction Control Traction Control
Volant
13
Traction Control
Volant
Traction Control
Volant
7 8 9 10 11
14
15
Synchronizace zařazeného stupně (po 100ms)
zanedbatelné
Volant
Signalizace vysoké teploty Signalizace vysoké teploty Signalizace nízkého napětí baterie Signalizace nízkého napětí baterie
Tab. 2 – formát zpráv a priorit CANu řídicího Zdroj: Jan Sobotka CAN 2 (informační)
Zpráva
Priorita Odesílající jednotka
Přijímající Četnost jednotka
Zpráva od ECU 1
806
ECU
Všechny
10Hz
Zpráva od ECU 2
807
ECU
Všechny
10Hz
Zpráva od ECU 3
808
ECU
Všechny
10Hz
Zpráva od ECU 4
809
ECU
Všechny
10Hz
28
Poznámka Podrobný popis viz příloha Podrobný popis viz příloha Podrobný popis viz příloha Podrobný popis viz
příloha Otáčky kola LP
Otáčky kola PP
Otáčky kola LZ
Otáčky kola PZ
Podle potřeby sběru dat Podle Traction 901 Sběr dat potřeby Control sběru dat Podle Traction 902 Sběr dat potřeby Control sběru dat Podle Traction 903 Sběr dat potřeby Control sběru dat Tab. 3 – formát zpráv a priorit CANu informačního 900
Traction Control
Sběr dat
Zdroj: Jan Sobotka
29
Levé přední kolo Pravé přední kolo Levé zadní kolo Pravé zadní kolo
4. Základní elektroinstalace 4.1. Výběr komponentů Ze všeho nejdříve bylo třeba vybrat potřebné komponenty vzhledem k pravidlům viz [16]. Jednalo se o bezpečnostní elektronické prvky - hlavní šesti pólový odpojovač, nouzové tlačítko pro zastavení vozu, senzor prošlapu, senzor sešlápnutého pedálu brzdy a koncové brzdové světlo. 4.1.1.
Šesti pólový odpojovač
Tento prvek musí být podle pravidel umístěn na karoserii vozu na pravé straně za ramenem řidiče. Při jeho rozepnutí se musí odpojit alternátor a veškerá elektronika vozu.
Obr. 15 – obrázek 6ti pólového odpojovače
4.1.2.
Nouzové tlačítko „STOP“
Toto tlačítko musí být umístěno po pravé straně na dosah řidiče. Při stisku musí odpojit zapalování a palivové čerpadlo.
Obr. 16 – obrázek tlačítka pro nouzové zastavení
30
4.1.3.
Senzor prošlapu
V pravidlech je dáno, že pokud jezdec prošlápne brzdový pedál, musí být odpojeno zapalování a palivové čerpadlo. Jezdci se poté nesmí podařit nastartovat vozidlo. Tento senzor byl vyřešen spínačem s aretací ze Škody 125L. Při prošlápnutí dojde k přepnutí tohoto tlačítka do rozepnutého stavu a tím k zhasnutí motoru. Kompresí motoru se potom automobil zastaví. 4.1.4.
Senzor sešlápnutí brzdového pedálu
Vozidlo musí být opatřeno zadním brzdovým světlem o výkonu minimálně 15W. Proto bylo třeba k brzdovému pedálu přidat tlačítko s funkcí ON – OFF. Tzn.: pokud je spínač zmáčknut, je v rozepnutém stavu. Když sešlápneme „třeba jen lehce“ pedál, dostaneme se do sepnutého stavu a tím se nám rozsvítí zadní brzdové světlo. 4.1.5.
Koncové brzdové světlo
Kvůli pravidlům muselo být vybráno světlo s výkonem minimálně 15W. Tomuto kritériu vyhovovalo koncové světlo používané v automobilech jako třetí přídavné o délce 25cm s pěti 3wattovými žárovkami.
4.2. Realizace 4.2.1.
Kabeláž
Na voze FS01 byly rozvedeny kabely podle následujícího schématu, viz obrázek 17. Na koncích byly podle potřeby přidělány konektory a pomocí nich připojena jednotlivá zařízení. Pro dobré vlastnosti byly pro rozvod sběrnice CAN použity UTP kabely. K senzorům otáček a k servomechanismu byl použit stíněný kabel se šesti žílami. Ostatní vodiče byli o průřezu 1mm2 a 0,75mm2 vždy v osmi barvách. Pro připojení volantu byl vybrán spirálový čtyř-žilový telefonní sluchátkový kabel. Díky tomu nebylo možno připojit informační CAN. Pro spojení volantu a kokpitu byl na obou koncích použit 8mi pinový mikrofonní konektor MIC328 viz [17] a jeho protikus MIC338 viz [18].
31
Obr. 17 – ukazuje koncept základní elektroniky
4.2.2.
Konektory k jednotkám
Pro jednoduchou údržbu a manipulaci s jednotkami bylo rozhodnuto, že se jednotky připojí „pokud to půjde“ přes jeden společný konektor. Dále bylo domluveno, že jednotka pro řazení a TC budou ve společné krabičce na pravé straně a jednotka pro sběr dat samostatně na straně levé od řidiče. Pro jednotku sloužící pro sběr dat jsme využili již ověřený mikrofonní konektor MIC328 a MIC338. Pro zbylé jednotky však bylo třeba připojit 41 kabelů. Pro tento účel jsme sehnali 42 pinový konektor dodávaný pro průmyslové účely, viz [19]. Tento konektor je zobrazen na obrázku 18. Je vodotěsný a prachu vzdorný. Jak se později ukázalo, u konektoru byly použity speciální piny, na které jsme nemohli sehnat krimpovací kleště. Z toho důvodu jsme raději všechny piny zapájeli. V příloze D je detailně popsáno zapojení tohoto konektoru. 32
Obr. 18 – konektor s 42mi piny
Zapojení všech ostatních vodotěsných a prachu vzdorných konektorů je uvedeno v Příloze E.
33
Zhodnocení Samostatná práce byla rozdělena do tří na sebe navazujících částí. V první části byly identifikovány problémy spojené s výběrem vhodného akčního členu a sběrnice. Dále bylo provedeno zamyšlení nad cenou a částečný návrh hardwaru. Ve druhé části proběhl návrh a samostatná realizace jednotek a došlo k sestavení vybraného systému. V poslední části byl vytvořen software do navržených jednotek. Jak už bylo zmíněno, v první části byly identifikovány problémy spojené se zvoleným systémem. Seznámil jsem se s moduly vyvinutými pro soutěž Eurobot, osazené procesorem ARM 7 LPC21xx. Pro tyto moduly byly navrženy celkem 2 jednotky. Jedná se o jednotku pro ovládání akčního členu. Zde bylo vyzkoušeno načítání hodnot z jednotlivých čidel, otvírání a zavírání ventilů, řízení modelářského servomechanismu pomocí PWM a dále byl otestován měnič napětí z 12V na 24V. Druhá jednotka je určena pro zástavbu do volantu. Zde byl zprovozněn alfanumerický displej, otáčkoměr a jednotlivá vstupní tlačítka důležitá pro komfort řidiče. Dále byla rozchozena komunikace po sběrnici CAN mezi jednotkami. Jako polohovací mechanismus robotizované sekvenční převodovky byl zvolen pneumatický systém dodávaný společností FESTO. Problém s řazením neutrálu byl vyřešen přidáním dorazu ovládaného servomechanismem. Komunikace mezi jednotkami probíhá po moderní sběrnici CAN. Veškerý hardware jednotek byl navrhován v prostředí Orcad. Pneumatický systém se povedlo zprovoznit. Rychlost a odezva tohoto systému je pohotová, pohybuje se v desítkách [ms]. Vyřazení na neutrál pomocí dorazu a servomechanismu se zdá být velmi vhodným a elegantním řešením. Daný systém se podařilo implementovat na vůz FS01 týmu CarTech. Základní software do jednotek byl ověřen na zkušebním panelu a v současné době probíhá testování přímo na vozidle.
34
Při stavbě formule byla s ohledem na pravidla navržena a instalována kabeláž do celého vozu. Samostatná instalace a implementace systému pro řazení trvala přibližně 14 dní a bylo při ní instalováno přes 200m kabelů. Základní
elektronika
byla vyzkoušena přímo
na vozidle.
Funkčnost
všech
bezpečnostních prvků byla v pořádku ověřena. Do volantu se kvůli nesehnanému kabelu zatím neimplementuje informační CAN, ale do budoucnosti je sním počítáno. Program v jednotkách zajišťuje komunikaci nejen mezi nimi, ale také s jednotkou TC a s řídicí jednotkou motoru. Elektronické řízení sekvenční převodovky by se mohlo využít nejen na voze CarTech FS01, ale mohlo by nalézt uplatnění i u závodních aut či motorek. Tato práce pro mne měla obrovský přínos. Účastnil jsem se výroby závodního automobilu úplně od počátku, zjistil jsem, co všechno taková výroba obnáší. Přineslo mi to mnoho praktických zkušeností využitelných v budoucím zaměstnání. Často jsem musel řešit různé problémy, sehnat a nechat vyrobit nejrůznější komponenty. Získal jsem zkušenosti práce v týmu, kdy jedna věc nezáležela jen na vás, ale i na práci dalších lidí. Ve dnech od 5. – 9. srpna 2009 se tento systém prověří v praxi na historicky prvním závodu českého týmu. Formula Student/SAE České republiky změří své síly na Hockenheim Ring v Německu.
35
Poděkování Děkuji Ing. Lukáši Čarkovi za vedení mé bakalářské práce, za čas strávený při konzultacích a za věcné připomínky a rady. Dále děkuji lidem ze společnosti Festo a projektu Eurobot, za poskytnutí konzultací a cenných rad.
Poděkování patří také všem, kteří mě podporovali ve studiu a zvláště pak rodině.
36
Použité materiály [1] On Semiconductor, MC34063A, 1.5 A Step-Up Regulator, [online], 2009 http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC34063A-D.PDF [2] NXP Semiconductors , HEF4081B, Quad 2-input AND gate, [online], 2009 http://www.nxp.com/acrobat_download/datasheets/HEF4081B_4.pdf [3] Kingbright, PSc23-11EWA, Digit alphanumeric numeric display, [online], 2009 http://www.kingbright.com/manager/upload/pdf/PSc23-11EWA(Ver1189413257.9) [4] Catalina Cylinders, láhev CO2, 20oz, k 27.5.2009 http://www.catalinacylinders.com/paintball.html [5] Linder, Redukční ventil CO2 mini G3/4, k 27.5. 2009 http://eshop.lindr.cz/prislusenstvi-1/tlakovani/redukcni-ventily/redukcni-ventil-co2-minig34.html [6] NXP Semiconductors, LPC21xx and LPC22xx, [online], 2009 http://www.standardics.nxp.com/support/documents/microcontrollers/pdf/user.manual.lpc2 109.lpc2114.lpc2119.lpc2124.lpc2129.lpc2194.lpc2210.lpc2212.lpc2214.lpc2220.lpc2290. lpc2292.lpc2294.pdf [7] Kliktronic, Elektronické řazení, [online], 2009 http://www.kliktronic.co.uk/ [8] Rexroth, Hydraulické řazení, [online], 2009 http://www.boschrexroth.com/country_units/europe/czech_rep/cs/Pehled_produkt/index.js p [9] Festo, Pneumatické řazení, [online], 2009 http://www.festo.com [10] Semtech, LM2575 1A & 3A Miniconverter Switching Regulators, [online], 2009 http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/42465/SEMTECH/LM2575S.html [11] STMicroelectronic, STP36NF06, [online] , 2009 http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/9619.pdf [12] NXP Philips, PCA82C250 CAN controller interface, [online], 2009 http://www.nxp.com/acrobat_download/datasheets/PCA82C250_6.pdf
37
[13] Texas Instruments, TPIC6C595, POWER LOGIC 8-BIT SHIFT REGISTER, [online], 2009 http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tpic6c595.pdf [14] Fairchild Semiconductor, 78M05, 3-Terminal 0.5A Positive Voltage Regulator, [online], 2009 http://www.fairchildsemi.com/ds/MC/MC78M05.pdf [15] Formula SAE, Cost Report – Materials Table, Process Table, Process Multipliers Table, Fasteners Table, Tooling Table, [online], 2009 http://www.fsaeonline.com/ [16] Formula SAE, 2009 Formula SAE Rules, [online], 2009 http://students.sae.org/competitions/formulaseries/rules/2009fsaerules.pdf [17] XLR, MIC328, obj. č. 899-009, [online], 2009 http://www.gme.cz/cz/index.php?product=899-009 [18] XLR, MIC338, obj. č. 899-014, [online], 2009 http://www.gme.cz/cz/index.php?product=899-014 [19] Harting, 42-pinový konektor, [online], 2009 http://zefiryn.tme.pl/dok/a15/09160423001.pdf [20] Formula Student/SAE [online]. 2009 [cit. 2009-07-04]. Dostupný z WWW: http://www.cartech.cvut.cz/formula-student-sae
38
Použitý software
39
Orcad
16,
http://www.cadence.com
AutoCad
2008, http://www.autodesk.com
OMK
0.1,
http://dce.felk.cvut.cz/nms/files/m68k/src/omk-base-skel/
Přílohy Název součásti: Soustava řazení Název sestavy: Pneumatický systém Komentář: Systém k pneumatickému řazení List: 1 Listů: Datum: 24.4.2009
Jméno vyplňujícího: Jaromír Zach Jména spolupracujících: Celková cena: $ 144,54 Číslo součástí dle týmového standardu: 01‐‐FR‐‐A0038‐‐038‐‐AA
Universita: Czech Technical University in Prague
Použití č. Materiál (hliník, (plechová op ocel apod.) - dle vzpěra, trubka Ø50Cost Table . 300 apod.)
5 6 7
8
CO2 Regulator CO2 Tank, Metallic Pneumatic Cylinder, Double Acting Pneumatic Valve, Two Position
Cena za Jendotk jednotk a u $ 50,00
Množstv Rozměr 1 í
Rozměr 2
Výsledn á cena $ 50,00 $ 3,36
Unit
1
cc
1
$ 25,00
unit
1
$ 25,00
$ 25,00
m
1
$ 25,00
$
3,36
$ 103,36
Celková cena:
Výrobní proces č. op .
(soustružení délky-hrubování, řez trubky, řez závitu apod.) -
dle Process table a Process multipliers table Attach Wire, 9 Fork Attach Wire, 10 Solder wire, bent Attach Wire, 11 Wire to screw
40
Použití (vnitřní závit, přípojovací část, trubka apod.)
Cena za jednotk u
Jednotk a
Počet Množstv opakován Multiplier Výsledn í í á cena
$
0,25
unit
16
$ 4,00
$
0,35
unit
10
$ 3,50
$
0,48
unit
5
$ 2,40
Attach Wire, 12 Wire to screw with nut Connector Install, 13 Square, Screw (x2) Lay Wire 14 Control
$
0,65
unit
6
$ 3,90
$
0,50
unit
20
$ 10,00
$
0,02
m
1
$ 0,02
15
Lay Wire Power
$
0,03
m
1
$ 0,03
16
Lay Wire Signal
$
0,02
m
1
$ 0,02
17 Crimp Wire
$
0,17
unit
8
$ 1,36
18 Cut wire
$
0,08
unit
8
$ 0,64
19 Strip Wire
$
0,08
unit
7
$ 0,56
20 Tin Wire
$
0,13
unit
11
$ 1,43
$
0,36
contacts
23
$ 8,28
$
0,24
contacts
21
$ 5,04
Connector 21 Assembley, Crimp Connector 22 Assembley, Solder
$ 41,18
Celková cena: Příloha A – Cost Report pro pneumatické řazení
41
Název součásti: Jednotka řazení Název sestavy: Řazení Komentář: Sestava se skládá z jednotky řazení a všech náležitostí k ní
List: 1 Listů: Datum: 24.4.2009 Materiál č. op.
(hliník, ocel apod.) - dle
Jméno vyplňujícího: Jaromír Zach Jména spolupracujících: Celková cena:
$
78,28
Číslo součástí dlé týmového standardu: 01‐‐EL‐‐A0600‐‐600‐‐AA
Universita: Czech Technical University in Prague Použití (plechová vzpěra, trubka Ø50-300 apod.)
Cost Table Chassis Control slouží k 600 Module, robotizované +Automati mu řazení c Shifter slouží k Connector, 601 připojení čidel Single Wire napájení.. Heat 602 Shrink Tubing Wire, 603 Control Wire, 604 Power Wire, 605 Signal Sensor, Mass Air senzor 606 Flow tlaku (MAF)
Cena za Jendotk jednotk a u
Rozměr Množst Rozměr 1 2 ví
Výsledn á cena $ 5,00
$
5,00
Unit
1
$
0,05
wire
32
$ 1,60
$
0,50
m
1
$
1,00
m
1
$
3,00
m
1
$
1,00
m
1
$ 0,50 $ 1,00 $ 3,00 $ 1,00
unit
1
$ 25,00
Celková cena:
$ 25,00 $ 37,10
Výrobní proces
č. op.
(soustružení délkyhrubování, řez trubky, řez závitu apod.)
- dle Process table a Process multipliers table Attach 607 Wire, Fork Attach Wire, 608 Solder wire, bent
42
Použití (vnitřní závit, přípojovací část, trubka apod.)
Cena za Jednotk jednotk a u
Množst ví
Počet Multiplie opaková Výsledn r ní á cena
$
0,25
unit
16
$ 4,00
$
0,35
unit
10
$ 3,50
Attach 609 Wire, Wire to screw Attach Wire, Wire 610 to screw with nut Connector Install, 611 Square, Screw (x2) Lay Wire 612 Control Lay Wire 613 Power Lay Wire 614 Signal
$
0,48
unit
5
$ 2,40
$
0,65
unit
6
$ 3,90
$
0,50
unit
20
$ 10,00
$
0,02
m
1
$
0,03
m
1
$
0,02
m
1
615 Crimp Wire
$
0,17
unit
8
616 Cut wire
$
0,08
unit
8
617 Strip Wire
$
0,08
unit
7
618 Tin Wire
$
0,13
unit
11
$
0,36 contacts
23
$ 8,28
$
0,24 contacts
21
$ 5,04
Connector 619 Assembley , Crimp Connector 620 Assembley , Solder
$ 41,18
Celková cena: Příloha B – Cost Report jednotky pro řazení
43
$ 0,02 $ 0,03 $ 0,02 $ 1,36 $ 0,64 $ 0,56 $ 1,43
Název součásti: Jednotka do volantu Název sestavy: Jednotka do volantu Komentář: Sestava se skládá z do volantu a všech náležitostí k ní
List: 1 Listů: Datum: 24.4.2009
600
601
602
603 604 605
606
Jména spolupracujících: Celková cena:
$
(hliník, ocel apod.) - dle
73,88
Číslo součástí dlé týmového standardu: 01‐‐EL‐‐A0601‐‐600‐‐AA
Universita: Czech Technical University in Prague
Cena za Jendotk Množstv (plechová vzpěra, Rozměr 1 trubka Ø50-300 jednotk a í apod.) Cost Table u Chassis Control jednotka o $ Module, Unit 1 volantu 20,00 +Dashboa rd slouží k Connector, připojení čidel $ 0,05 wire 14 Single Wire napájení.. konektor Connector, k OEM $ 0,50 m 12 připojení Quality volatnu Wire, $ 1,00 m 1 Control Wire, $ 3,00 m 1 Power Wire, $ 1,00 m 1 Signal zobrazen Display, 7 ý $ 1,00 digit 1 Segment zařazený stupeň Materiál
č. op.
Jméno vyplňujícího: Jaromír Zach
Použití
Celková cena:
Rozměr 2
Výsledn á cena
$ 20,00
$ 0,70
$ 6,00 $ 1,00 $ 3,00 $ 1,00
$ 1,00 $ 32,70
Výrobní proces
č. op.
(soustružení délkyhrubování, řez trubky, řez závitu apod.) -
dle Process table a Process multipliers table Attach 607 Wire, Fork
44
Použití (vnitřní závit, přípojovací část, trubka apod.)
Cena za Počet Jednotk Množstv Multiplie jednotk opakován Výsledn a í r u í á cena
$
0,25
unit
16
$ 4,00
608
609
610
611
612
Attach Wire, Solder wire, bent Attach Wire, Wire to screw Attach Wire, Wire to screw with nut Connector Install, Square, Screw (x2) Lay Wire Control
$
0,35
unit
10
$ 3,50
$
0,48
unit
5
$ 2,40
$
0,65
unit
6
$ 3,90
$
0,50
unit
20
$ 10,00
$
0,02
m
1
$ 0,02
613
Lay Wire Power
$
0,03
m
1
$ 0,03
614
Lay Wire Signal
$
0,02
m
1
$ 0,02
615 Crimp Wire
$
0,17
unit
8
$ 1,36
616 Cut wire
$
0,08
unit
8
$ 0,64
617 Strip Wire
$
0,08
unit
7
$ 0,56
618 Tin Wire
$
0,13
unit
11
$ 1,43
$
0,36 contacts
23
$ 8,28
$
0,24 contacts
21
$ 5,04
Connector 619 Assembley, Crimp Connector 620 Assembley, Solder
$ 41,18
Celková cena: Příloha C – Cost Report jednotky do volantu
45
Příloha D Zapojení 42 pinového konektoru
Senzor otáček kola PZ (kulatý černý 6 žilový kabel – potřeba 3 vodičů -> vodiče zdvojeny) PIN 1: červená - černá PIN 2: žlutá - bílá PIN 3: zelená – modrá
Senzor otáček kola LZ (kulatý černý 6 žilový kabel – potřeba 3 vodičů -> vodiče zdvojeny) PIN 4: červená - černá PIN 5: žlutá - bílá PIN 6: zelená – modrá
Senzor otáček kola PP (kulatý černý 6 žilový kabel – potřeba 3 vodičů -> vodiče zdvojeny) PIN 8: červená - černá PIN 9: žlutá - bílá PIN 10: zelená – modrá
Senzor otáček kola LP (kulatý černý 6 žilový kabel – potřeba 3 vodičů -> vodiče zdvojeny) PIN 11: červená - černá PIN 12: žlutá - bílá PIN 13: zelená – modrá 46
Servomechanismus pro řazení neutrálu (kulatý černý 6 žilový kabel – potřeba 3 vodičů -> vodiče zdvojeny) PIN 7: červená - černá PIN 14: žlutá - bílá PIN 21: zelená – modrá
Čidlo 2 - snímač polohy pístu (kulatý šedý 3žilový kabel) PIN 15: černá PIN 16: hnědá PIN 17: modrá
Čidlo 1 - snímač polohy pístu (kulatý šedý 3žilový kabel) PIN 18: černá PIN 19: hnědá PIN 20: modrá
Čidlo 3 - snímač polohy pístu (kulatý, šedý 3žilový kabel) PIN 22: černá PIN 23: hnědá PIN 24: modrá
Ventil 1 (kulatý šedý 2žilový kabel) PIN 25: černá PIN 26: černá
47
Ventil 2 (kulatý šedý 2žilový kabel) PIN 27: černá PIN 28: černá
CAN do vozidla - v současné době pro volant a sběr dat (UTP kabel – využity 2 páry vodičů) PIN 29: oranžová (CAN1) PIN 30: oranžová – bílá (CAN1) PIN 31: modrá (CAN2) PIN 32: modrá – bílá (CAN2)
CAN od ECU (UTP kabel – využit pouze jeden pár vodičů) PIN 33: oranžová PIN 34: oranžová - bílá
Napájení pro jednotky PIN 35: žlutá (1mm)
Svazek od ECU (vodiče 0.5mm) PIN 36: oranžová (BLOCK) PIN 37: zelená (POT) PIN 38: bílá (CLUTCH MASTER) PIN 39: žlutá (START LIMITER) PIN 40: šedá (TACHO) PIN 41: modrá (NEUTRAL)
48
Příloha E Zapojení ostatních konektorů na autě Konektory motor 3 x 4 pinový konektor KONEKTOR 1 Štítek : CON. ENGINE 1 PIN 1 : KLÍČEK - od motoru červená-modrá -> do auta zelená 1mm PIN 2 : KLÍČEK - od motoru červená -> do auta červená 1mm PIN 3 : STARTÉR - od motoru modrá-bílá -> do auta modrá 0.5mm PIN 4 : NAPÁJENÍ JEDNOTKY (zapíná se zapnutím klíčku) - od motoru hnědá -> do auta žlutá 1mm KONEKTOR 2 Štítek : CON. ENGINE 2 PIN 1 : BLOCK (od ECU) - do auta oranžová 0.5mm PIN 2 : POT (od ECU) - do auta zelená 0.5mm PIN 3 : NEUTRAL (od čidla neutrál, aktivace připojením na zem) - do auta modrá 0.5mm PIN 4 : REZERVA KONEKTOR 3 Štítek : CON. ENGINE 3 PIN 1 : CLUTCH MASTER (od ECU) - do auta bílá 0.5mm PIN 2 : START LIMITER (od ECU) - do auta žlutá 0.5mm PIN 3 : TACHO (od ECU) - do auta šedá 0.5mm PIN 4 : REZERVA
49
Konektory kokpit 1 x 4 pinový konektor PIN1 : napájení k volantu +12V – žlutý PIN2 : GND – černý PIN3: CANH(řídicí) – oranžový UTP PIN4: CANL(řídicí) – oranžovo/bílé UTP Konektory servomechanismus 1 x 3 pinový konektor PIN1: NAPÁJENÍ +5V – od serva červená, od auta zelená – modrá PIN2: SIGNÁLOVÝ - od serva žlutá, od auta žlutá - bílá PIN3: GND – od serva čená, od auta červená-černá Konektory brzdové světlo 2 x 2 pinový konektor. Jeden u čidla druhý u koncového světla Konektor u čidla PIN1: NAPÁJENÍ +12V - barva šedá 0,75 PIN2: NAPÁJENÍ OD ČIDLA - barva šedá 0,75 Konektor u světla PIN1: 12V NAPÁJENÍ ZA SENZOREM - barva šedá 0,75 PIN2: GND - barva šedá 0,75 Konektor k volantu PIN1: 12V NAPÁJENÍ – barva oranžová PIN2: GND – barva černá PIN3: CANH – UTP kabel oranžová PIN4: CANL – UTP kabel, barva bílo-oranžová
50
+5V(2)
Otackomer 14LED
LED pouzit vysoce svitive OSHR5111P z TME.cz-70mA
U 21
+5V(2)
R38 100
R37 220
DISP_10
R39 100
DISP_11
R40 220
DISP_12
R41 100
DISP_13
DISP_14
R52 100
DISP_15
IO_CLK Y4 Y3 OU T_STR
DISP_16
14 13 12 11 10 9 8
A1 Vcc B1 B4 Y1 A4 Y2 Y4 A2 Y3 B2 B3 GND A3
DISP_17
1 2 3 4 5 6 7
OUT_D Y1 Y2 OE_OUTS
R36 100
R35 220
D1 LED
D2 LED
R8 82
R9 82
D3 LED
D4 LED
R10 82
D5 LED
R11 82
D6 LED
R12 82
D7 LED
R 13 82
R14 82
H EF4081B
A1
12
LED_OTA_7
LED_OTA_6
LED_OTA_5
LED_OTA_4
LED_OTA_3
LED_OTA_2
11 Anode
14 13
15
16
18 17
+5V(2)
K
SER OUT
A2 B
9
D ISP_1 D ISP_2 D ISP_3 D ISP_4 D ISP_5 D ISP_6 D ISP_7 D ISP_8
3 4 5 6 11 12 13 14
J
RCK SRCK
19
D RAIN 0 D RAIN 1 D RAIN 2 D RAIN 3 D RAIN 4 D RAIN 5 D RAIN 6 D RAIN 7
CLR G
H
SER IN
20
10 15
F
Y3 Y4
G A1
7 8
NC
2
Y2
LED_OTA_1
U8 Y1
U 18 Alphanumeric display
A2
TPIC6C595
10 15 OU T_D 3
9
CLR G RCK SRCK SER OUT
3 4 5 6 11 12 13 14
DR AIN0 DR AIN1 DR AIN2 DR AIN3 DR AIN4 DR AIN5 DR AIN6 DR AIN7
DISP_17 LED _OTA_1 LED _OTA_2 LED _OTA_3 LED _OTA_4 LED _OTA_5 LED _OTA_6 LED _OTA_7
R 54 220
DP
C
LED_OTA_8
LED_OTA_9
LED_OTA_10 R 18 82
R17 82
R16 82
R15 82
D14 LED
D13 LED
D12 LED
D 11 LED
D10 LED
D9 LED
D8 LED
R 42 220
DISP_9
SER OUT
R 43 100
DISP_8
VC C
R 44 100
DISP_7
+5V(2)
2
R 45 220
DISP_6
LED_OTA_8 LED_OTA_9 LED_OTA_10 LED_OTA_11 LED_OTA_12 LED_OTA_13 LED_OTA_14 Dalsi vstupy
Universalni vystup pro pripojeni CEHOKOLIV
+
3V3
+
VOUT
3 4 5 6 11 12 13 14
R 46 100
DISP_5
VIN
RCK SRCK
R 47 100
DISP_4
9 1
D RAIN 0 D RAIN 1 D RAIN 2 D RAIN 3 D RAIN 4 D RAIN 5 D RAIN 6 D RAIN 7
CLR G
R 48 220
DISP_3
stabilizator 5V/500mA
U22 VNAP
SER IN
DISP_2
7 8
R 53 100
DISP_1
TPIC 6C 595
10 15
R19 82
+5V(2)
SER IN
U20 2
R20 82
+5V(2)
U19
7 8
R21 82
10
9
D2 L
M
DP
7 8
6
N
D1
E D1
D2 P
Anode
M
TPIC6C595
2
LED_OTA_11
C
1
SER OUT
L
LED_OTA_12
B K
N
5
RCK SRCK
9
E
3 4
10 15 OU T_D 2
D RAIN 0 D RAIN 1 D RAIN 2 D RAIN 3 D RAIN 4 D RAIN 5 D RAIN 6 D RAIN 7
CLR G
D ISP_9 D ISP_10 D ISP_11 D ISP_12 D ISP_13 D ISP_14 D ISP_15 D ISP_16
3 4 5 6 11 12 13 14
2
SER IN
7 8
J
P
LED_OTA_13
H G
LED_OTA_14
F U17 2
C17 78M05
C14
TPIC6C595 4K7 R 61 R28 Leva
J12 3V3 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
Zapojeni s otevrenym kolektorem
1
3V3 CAN L OU T_STR Rd2CAN P0.23 BUTTON _2 IN_2 OU T_1 OU T_2 LED_INDIK_1
IO_CLK OU T_D
BUTTON _3 +5V VN AP
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
R58 47K R30 BUTTON _6 OUT_3 LED_INDIK_2 R27
+5V VNAP
R60 1K
4K7
2
4 3 2 1
OUT_2
VNAP HEAD ER 4
EINT0,MAT0[2],CAP0[2] IN _2
D21 BAT54S
100 R62 4K7
R59 100
BCR 108
J26 Vystup 5V
C27 100n
3V3 R29 1
HEADER 4
M2 STP36NF06
T4
BAT54S
1 2 3 4
BC807-25 Q17
4K7
OUT_1
AIN3,EINT3,CAP0[0] IN_1
D18
100
J27
out1
+5V(2)
3V3 2
J21
out2
1 3 CANH 5 7 P0.24 Td2C AN 9 11 13 IN_1 EIN T CAP 15 17 BUTTON_1 19 BUTTON_5 21 23 OE_OUTS 25 BUTTON_4 27 29 31 33
OUT_3 Vystup 12V
C28 100n
3V3
GND
J28 +12V Napajeni
CON34A CON34A
1 2 3 4
VN AP out1
HEADER 4
out2 Indikace poruchy
Tlacitka na razeni nahoru
100
C22 100n
100n
S7
100n
S8
C26
100n
4K7 R57
1 2 3 4
+5V(2) C ANH1 C ANL1
1 2 3 4
+5V(2) C ANH C ANL
R22 120
R24 560R
S9
H EADER 4
H EADER 4
3
U6
VCC
D16 LED
R23 560R
LED_INDIK_2
C 21 100n
S6
100n
4K7 R56
LED_INDIK_1
BAT54S
C25
BUTTON_6
D 20
BUTTON_2
2
4K7 R55
BUTTON_5
BAT54S 100
R26 1
C24
BUTTON_4
D19
BUTTON_3
2
BUTTON_1
3V3 R25 1
4K7 R51
C 23
J23
C ANH1 7 C ANL1 6
CANH CANL
Vref TXD RXD
5 1 4
Td2CAN Rd2CAN
GND
D 15 LED
3V3 4K7 R49
J22
Rs
+5V(2)
3V3
2
3V3
8
3V3
1CANH1
3V3
CANL1 2
3V3
4K7 R50
+5V(2)
PCA82C250 Universalni tlacitka Tlacitka na razeni dolu 3V3
4
3
2
4
3
2
1
1
Napr: vypinani LC, TC, display ...
Title J24 HEADER 4
<Title>
J25 HEADER 4 Spinace (zdvojene) spinani padla + tlacitko
Size C Date:
Příloha F – schéma jednotky do volantu
51
Document Number
Saturday , June 27, 2009
Rev Sheet
1
of
1
1
R50 4K7
100
4K7
1
ISWC ISWE
VSTUP - cidlo 1
P1.17
J35
2
BAT54S
R45 22K U10
BCR 108
1 2 3 4
SE
VSTUP - cidlo 2 2
1 R47 4k7
BN2
NAP12V BN3 BK3 BU3
1 2 3
1 2
R24
P0.5
D19 BAT54S
C21 100n
R37
HEADER 2
Otevreny kolektor - POUZITI na cokoliv
HEADER 3/SM
VYSTUP1a
M2 STP36NF06 R25
24V,GND P1.18
J39
4K7
+12V +5V(2) PWM
R38 1K VSTUP - cidlo 3 BCR 108
Q18 BC807-25
+V24
1 2
3V3
4K7 R26
1
+V24
R52 100
1
HEADER 2
R14 270
2
BN3
M6 STP36NF06
R46 4k7
P1.19
R19
BK3
1
2
Leva
P0.5 P0.7 PWM GND
CANL1 Rd2CAN P0.27
P0.4
+12V
P1.18 P1.16
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
T5 4K7
BCR 108
C23 100n
3V3
Transil chrani proti prepeti a dioda chrani prepolování
stabilizator 5V/500mA, lepsi reseni nahradit ho spinanym stabilizatorem pr: LM2674 U23
P1.19 P1.17
NAP12V
D23
+12V
1
VIN
VOUT
+5V(2)
2
Schottka SK53C +5V VCC +12V
D22
78M05 C28
Transil SM6T15A CON34A
P0.7
R53 1K
C30 100n
+
Td2CAN
3V3
+
CANH1
100
J21 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
D20 BAT54S
BU3 J12 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33
R27
3V3
2
HEADER 4
VY STUP1b
R51 47K
100 T4
J40 1 2 3 4
2 100
4K7
12V,5V,PWM(servo),GND
M1 IRFZ44N
3V3
1
BU2
BC807-25
2 100 R42
R18
BK2
Q17
1
R44 22k
R13 270
OUT_2
8 7 6 5
1
R36 47K
Napajeni +12V
2
J38
2
3 cidlo
3V3
1
HEADER 3/SM +V24
J37
Vcc Vb HIN HO LIN Vs COM LO IRS2001
+V24
spinani VENTILU 2 HEADER 3/SM
C20 R49 22K
GND
BN2 BK2 BU2
1 2 3
R41 2k +V24
MBR1045
C19
C22 100n
2 cidlo
BN1 BK1 BU1
1 2 3
R40 39k COMP
R48 22K
P0.4
D18
100
100
4K7
J36 1 cidlo
1
BU1
R35 1K
T3
SE
20-30zav itu na toroidu o2cm D16 L1 2
1
1
R23
HEADER 3/SM
HEADER 4
R17
BK1 M3 STP36NF06
1 2
3V3
2
R34
+12V
R43 4K7 2
BN1
4K7
+12V
+
R12 270
3 7 8
MC34063A
1
Q16 R22 BC807-25
ADCa ADCb ADCc
3V3
1
+V24
2
OUT_1
AD prevodnik 1 2 3
TCAP IPK IDC
2
+V24
J34 Kompresor
COMP
spinani VENTILU 1
R33 47K
+V24
100p
U9 5
1
CANL2 CANH2 +V24 OUT_2
1 2 3 4
+V24 OUT_1 +12V OUT_C
1 2 3 4
C18
COMP
HEADER 4
J33 Ventil 1
R10 1k
BCR 108
Ventil 2
2
HEADER 4
C24 100n
1
J28 CAN 2
VY STUP1a VY STUP1b CANL1 CANH1
1 2 3 4
100 AIN0_och
2
CAN 1
P0.27
D17 BAT54S
R9 1K
T2
2
2
R21 P1.16
3V3
R16
AIN0_och 1
1
R31 2k
1 2
ADCc
R8
+
Rs
4K7 M4 STP36NF06
Prizemneni J32 (OUTa, OUTb)
3V3
ADCa ADCb
2
Q15 R20 BC807-25
2
8
PCA82C250
rezistoru(neosazuje se R10 a R31 je se propojuje)
2
TXD RXD GND
CANH CANL
Td2CAN Rd2CAN
R15 15k
OUT_C
R6 47K 1 4
2
Vref
R50 osazovat v pripade pouziti PULL UP +V24
1
VCC
1 CANL2 2
R11 120
CANH2 7 CANL2 6
AD prevodnik pro tlak +12V
5
1
+5V
spinani KOMPRESOR
3
CANH2
U6
C29 100n
C15
CON34A
Title <Title> Size A2 Date:
Příloha G – schéma jednotky pro řazení
52
Document Number Saturday , June 27, 2009
Rev Sheet
1
of
1
Příloha H – osazovací deska jednotky pro řazení
Pohled zepředu
53
Pohled zezadu
Hodnota
1
1
C18
100p
17
5
R9,R10,R35,R38,R53
1K
2
1
C19
1000u/35V
18
1
R11
120
3
1
C20
2200u/35V axial
19
3
R12,R13,R14
250
4
6
C21,C22,C23,C24,C25,C26 100n
20
1
R15
15k
5
1
D16
MBR1045
21
11
R20,R21,R22,R23,R24,R25, 4K7
6
4
D17,D18,D19,D20
BAT54S
7
2
J12,J21
CON34A
22
2
R31,R41
2k
8
4
J28,J32,J33,J39
HEADER 4
23
1
R40
39k
9
4
J34,J35,J36,J37
HEADER 3/SM
24
4
R44,R45,R48,R49
22K
10
2
J38,J40
HEADER 2
25
4
T2,T3,T4,T5
BCR 108
11
1
L1
20-30zavitu na toroidu
26
1
U6
PCA82C250
27
1
U9
MC34063A
28
1
U10
IRS2001
o2cm
54
R37,R42,R52
Pořadí Počet Značení
12
1
M1
IRFZ44N
13
4
M2,M3,M4,M6
STP36NF06
14
4
Q15,Q16,Q17,Q18
BC807-25
15
4
R6,R33,R36,R51
47K
16
9
R8,R16,R17,R18,R19,R34, 100
R26,R27,R43,R46,R47
Příloha I – osazovací deska jednotky do volantu
Pohled zepředu
55
Pohled zezadu
Pořadí Počet Značení
Hodnota
12
2
R23,R24
1
1
C14
4u7
13
15
R25,R26,R28,R29,R36,R38, 100
2
1
C17
2u2
3
8
C21,C22,C23,C24,C25,C26, 100n
4
16
R39,R41,R43,R44,R46,R47, R52,R53,R59 14
C27,C28
10
15
7
R35,R37,R40,R42,R45,R48, 220 R54
D15,D16 5
4
D18,D19,D20,D21
BAT54S
16
1
R58
47K
6
2
J12,J21
CON34A
17
1
R60
1K
7
7
J22,J23,J24,J25,J26,J27,
HEADER 4
18
4
S6,S7,S8,S9
SW PUSHBUTTON
19
1
T4
BCR 108
J28 8
1
M2
STP36NF06
20
1
U6
PCA82C250
9
1
Q17
BC807-25
21
4
U8,U17,U19,U20
TPIC6C595
10
14
R8,R9,R10,R11,R12,R13,
82
22
1
U18
Alphanumeric display
R14,R15,R16,R17,R18,R19,
23
1
U21
HEF4081B
R20,R21
24
1
U22
78M05
11 56
R27,R30,R49,R50,R51,R55, 4K7 R56,R57,R61,R62
D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8, LED D9,D10,D11,D12,D13,D14,
560R
1
R22
120
