LED zobrazovač Autor: Datum: Revize:
Ing.Tomáš Pavera / OK2TPQ 18.5.2010 1.0
Úvod Popisované zařízení slouží k zobrazení natočení magnetického čidla (stožáru antény) pomocí kruhového LED zobrazovače. Připojuje se na společnou sběrnici RS-485 mezi čidlo a řídicí jednotku. V tomto základním zapojení zobrazovač pracuje v pasivním režimu. Aktivní režim se používá, pokud zobrazovač nahrazuje řídicí jednotku, která se tedy vůbec nemusí vyrábět(pokud někomu postačuje tato silně omezená funkce).
Jak to pracuje? Zobrazovač se připojuje stejnými vodiči jako magnetické čidlo. Konkrétně se jedná o dva vodiče napájení a dva vodiče RS-485. Po zapnutí napájení se v mikrokontrolérů spustí bootloader, který čeká na aktualizaci firmware, neproběhne-li, dojde k ověření platnosti hlavního firmware a ten se spustí. Mikrokontrolér ověří, zda-li je propojena propojka SJ1 na DPS. Je-li propojka propojena, zobrazovač začne pracovat v aktivním režimu, není-li propojena, zobrazovač začne pracovat v pasivním režimu (asi častější případ). V aktivním režimu zobrazovač sám posílá požadavky čidlu na zaslání jeho pozice. V pasivním režimu zobrazovač odposlouchává komunikaci mezi čidlem a řídicí jednotkou. Zobrazovaná pozice se čte z čidla s identifikací ID = 2. Toto ID je neměnné, proto může být občas nutné přečíslovat jednotlivé identifikace v již funkčním systému. Výchozí ID zobrazovače je ID = 253. Zobrazovač obsahuje 36 LED uspořádaných po obvodu kružnice a jednu dvoubarevnou centrální LED. Pozice čidla je znázorněna pomocí obvodových LED, které jsou umístěny po 10°. Vždy svítí LED, která je nejblíže pozici čidla. Svití-li dvě LED vedle sebe, znamená to, že čidlo je zhruba uprostřed mezi těmito pozicemi. Rozlišení zobrazovače je tedy 5°. Dvoubarevná LED při normálním chodu svítí pouze zeleně. Svítí-li i červená složka, znamená to, že je narušeno magnetické pole odpovídajícího čidla.
Popis zapojení Na následujícím obrázku 1 je vidět schéma zapojení, které není nijak složité. Pro stabilizaci napětí 5 V byl použit lineární regulátor 7805 v SMD pouzdru DPAK. Tím je napájena veškerá elektronika zobrazovače. Hlavním součástkou je mikrokontrolér Atmel ATMega16, který je taktován krystalem, aby bylo možné zajistit přesný takt pro sběrnici RS-485. Ta je k mikrokontrolérů připojena prostřednictvím obvodu 75176. Tento obvod je největším „žroutem proudu“ a proto jsem zvolil ekonomičtější verzi 75LBC176, ale není to nutné. Obvodové LED 000 – 350 jsou zapojeny v matici. Pozor* ! Rezistory R12 – R14 se osazují pouze tehdy, je-li zobrazovač provozován v aktivním režimu. V opačném případě jsou tyto součástky nežádoucí a můžou způsobovat problémy.
Schéma zapojení
Obrázek 1 - Schéma zapojení
Postup programování Program dávám k dispozici veřejnosti, nesmí být však využíván ke komerčním účelům. Na mých webových stránkách v sekci "Ke stažení - Firmware" lze stáhnout kód bootloaderu. Programátor připojíme na ISP konektor umístěný na DPS. POZOR - ISP konektor se osazuje ze strany spojů a je proto zapojen zrcadlově - DPS se nevrtá ! Po naprogramování se opět odletuje. Důležité je správně nastavit pojistky mikrokontroléru. Hlavně zvolíme, ať mikrokontrolér využívá externí krystalový oscilátor, bit BOOTRST pro spuštění bootloaderu a velikost bootloaderu 128 slov (tedy adresu vektoru bootloaderu 0x1f80). Na obrázku 2 uvádím přiklad nastavení pojistek v AVR Studiu.
Obrázek 2 - Nastavení pojistek Po úspěšném naprogramování začne centrální LED v krátkém intervalu blikat zeleně. To znamená, že se zařízení nachází v režimu bootloader. Pokud ten nalezne platný aplikační program, dojde k jeho spuštění. LED v aplikačním režim má již jiný význam. Nahrání aplikačního programu je pak nutné provést buď prostřednictvím převodníku RS485 nebo pomocí řídicí jednotky v režimu BYPASS (viz.konstrukce řídicí jednotky). V obou případech se programování provádí stejně. Je k němu třeba utilita "rs-flash.exe", kterou jsem vytvořil k tomuto účelu a je rovněž ke stažení na stejném místě jako kód bootloaderu. Po spuštění utility zvolíme komunikační port. Dále zapíšeme ID zařízení, se kterým se bude komunikovat. Výchozí ID zobrazovače po nahrání bootloaderu je 253 (ID lze změnit podle dalších potřeb v rozsahu 2-254). Stisknutím tlačítka "Connect" dojde k připojení k zobrazovači. Pokud je úspěšné, program rozezná o jaký hardware se jedná a je možné stáhnout prostřednictvím internetu aktuální verzi firmware. To se provede stiskem tlačítka "Download from Internet". Po stažení je již možné zapsat firmware tlačítkem "Flash device". Jakmile je zápis úspěšně ukončen, tlačítkem "Disconnect" se ukončí komunikace s bootloaderem a proběhlo-li doposud vše v pořádku, po pár sekundách dojde k spuštění aplikačního firmware.
Osazovací plán - strana součástek a strana spojů Obrazce DPS se nelekněte. Za začátku jsem nevěděl jak DPS navrhnout. Chtěl jsem navrhnout pouze jednostrannou DPS a nechtěl jsem mít ze strany součástek žádné jiné součástky než LED. Jednak jsem tím zjednodušil amatérskou výrobu DPS (prokovené otvory si doma neuděláme) a jednak nejsme omezeni součástkami při zabudovávání zobrazovače. Také jsem upřednostnil estetiku před počtem součástek. Kdo nechce osazovat těch 101 kusů nulových rezistorů, může pájecí plošky provrtat a propojit je drátkem. Osazení jednotlivých rezistorů ale není o moc pomalejší, protože si navíc ušetříte vrtání a cena při nákupu takového množství je nízká.
Závěr Konstrukce zobrazovače neskrývá žádné záludnosti, při jeho návrhu mi vše pracovalo napoprvé. Zobrazovač jako pomůcku při orientaci a určování správného azimutu antény ocení zejména radioamatéři, kterým nevyhovuje číslicové zobrazování. Je proto vhodným doplňkem k sestavě magnetického čidla a řídicí jednotky. Může však pracovat i samostatně bez řídicí jednotky a sloužit tak jako doplňující signalizace ke stávajícímu řešení.
Seznam součástek R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8 - 270R SMD 1206 R9 - 10k SMD 1206 R10,R11 - 10R SMD 1206 R12 - 270R SMD 1206* (viz.text) R13,R14 - 470R SMD 1206* (viz.text) R 0R SMD 1206 - 101ks C1,C2 - 27pF SMD 1206 C3,C6,C8,C10 - 100nF SMD 1206 C4,C9 - 10uF/16V SMD tantal C5 - 10uF/25V SMD tantal D1 - dvoubarevná LED 3mm D2 - 1N4007 SMD D3,D4 - ZD 5,6V SMD LED000/LED360 - 36ks LED 3mm zelená IC1 - ATMega16-16AU (ATMega16-8AU) IC2 - 7805 DPAK IC3 - 75LBC176 SMD (nebo obyč. 75176 SMD) Q1 - krystal 7,3728MHz SMD
