manuale tecnico

MANUALE TECNICO
Classe 5B
Relazione tecnica
A.S 2011/2012
Tecnici: Minelli Marco, Bedeschi Federica, Lombardi Mattia, Rossi Dario, Fusaroli Simone
Indice
1. PWM ANALOGICO con MESSA IN SCALA DINAMO TACHIMETRICA e INTERFACCIA SHUTDOWN /
MICROPROCESSORE
2. ALIMENTAZIONE e AMPLIFICAZIONE CELLA DI CARICO
3. INTERFACCIA FOTOCELLULE / MICROPROCESSORE
4. INTERFACCIA PWM DIGITALE / MOTORE
5. INTERFACCIA ENCODER / MICROPROCESSORE
PWM ANALOGICO con MESSA IN SCALA DINAMO TACHIMETRICA e INTERFACCIA
SHUTDOWN / MICROPROCESSORE
Obiettivo:
Realizzare un circuito di comando del motore utilizzando un driver PWM switching.
Dati iniziali:
-Tensione di alimentazione a disposizione: singola 0V
+24V; duale: -15V 0V +15V
-Tensione di alimentazione motore: 24V
-Corrente massima sul motore 10°
Schema elettrico:
MANUALE TECNICO
Classe 5B
A.S 2011/2012
Relazione tecnica
Tecnici: Minelli Marco, Bedeschi Federica, Lombardi Mattia, Rossi Dario, Fusaroli Simone
Progetto:
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Si sceglie di utilizzare un driver PWM LM3524 munito di OR a diodi in uscita per avere il 100% di resa sul motore.
Si sceglie di utilizzare un MOSFET IRF520 (compatibile con la corrente massima del motore), diodi
1N4148 e resistenze Ra, Rb = 4.7
(per la scarica di capacità parassite sui transistor dell’LM3524).
Si sceglie di alimentare i transistor del PWM con una tensione di +24V
 Tensione di uscita OR a diodi: Vout diodi = 24V-0.8V (Vce transistor) -0.8V (Vf diodi)= 22.4V
Si sceglie di far circolare 15mA in uscita dai transistor dell’LM3524 (<50mA Icmax e sufficienti alla
polarizzazione dei diodi)


Si sceglie di far oscillare il PWM con una frequenza pari a 25KHz (fuori dalle gamme audio)



Si sceglie di pilotare il gate del MOSFET con una tensione Vg=15V ( sufficienti alla completa formazione del canale) e di far circolare sul partitore R1 e R2 una corrente Ip=1mA



Per il progetto della messa in scala della dinamo tachimetrica si considera, secondo le caratteristiche della stessa e il massimo numero di giri del motore, la tensione fornita da quest’ultima compresa tra 0V e +15V e la si vuole adattare ad un valore compreso tra 1V e 4V compatibile con gli ingressi degli operazionali interni all’LM3524. Si sceglie inoltre di utilizzane a un amplificatore LM324 a
singola alimentazione +24V per non interferire con la massa dell’alimentazione duale

Scelto di utilizzare Rf pari a 10
(8.2
fissi + 5
 Imponendo le condizioni del sommatore algebrico
Imponendo Rp = infinito
variabili)
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Per il dimensionamento del circuito di shutdown si considera il segnale fornito dal microprocessore
compreso tra i valori 0V e 5V. Per non interferire con la massa del microprocessore si inserisce tra i
due un optoisolatore 4N26 (non è necessaria un’alta velocità di transizione). Lo shutdown dell’
LM3524 è un segnale TTL compatibile, di conseguenza viene utilizzata, come comando, la tensione
di +5V fornita dall’LM3524.
Si sceglie di polarizzare il diodo led interno all’optoisolatore con una corrente di 10mA (compatibile
per la corretta saturazione del fototransistor e compatibile con la corrente massima che la PLD può
ricevere in ingresso)

Si sceglie di far circolare una corrente di 5mA tra collettore ed emettitore del fototransistor (compatibile con la corrente massima di collettore e la corrente di saturazione).

Nota: Tutti i valori di resistenza scelti sono associati ad una potenza di ¼ di Watt
Montaggio sperimentale:
 Per migliorare il segnale PWM sul gate del MOSFET e diminuire, quindi, gli effetti capacitivi parassiti
del componente stesso si attuano le seguenti modifiche:
-Si compensa il partitore R1R2 con un condensatore Cc=20nF
-Si diminuisce il valore delle resistenze R1 e R2, mantenendo lo stesso rapporto, ai valori R1=820 e
iR2=2.2K .
-Si diminuisce la frequenza di oscillazione sostituendo Ct=20nF

Si apportano modifiche anche al partitore di regolazione della retroazione sostituendo alle resistenze da 1K con trimmer da 2K e un potenziometro da 5K .
ALIMENTAZIONE e AMPLIFICAZIONE CELLA DI CARICO
Obiettivo:
Realizzare un alimentatore stabilizzato con tensione di uscita +10V e un blocco amplificatore capace di portare la tensione in uscita a una cella di carico a valori compatibili alla digitalizzazione.
Dati iniziali:
-Tensione di alimentazione a disposizione: singola 0V
-Tensione di alimentazione cella di carico: 10V
-Peso massimo 12 Kg
-Uscita a pieno carico 2 mV/V di alimentazione
+24V; duale: -15V
0V
+15V
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Schema elettrico:
Progetto:
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Per la realizzazione dell’alimentatore stabilizzato con tensione di uscita 12V si utilizza un integrato
REF01, capace di dare in uscita una tensione molto stabile, in aggiunta di un LM317 per stabilizzare
tale tensione al variare della corrente.
Si sceglie di alimentare sia il REF01 che l’LM317 con la tensione di alimentazione +15V (alimentazione tipica dell’integrato REF01).
La tensione in uscita al REF01 risulta essere:

Per la regolazione della tensione di uscita del REF01 si sceglie di inserire tra i piedini 6 e 5 un
trimmer Rp da 10 .


Siccome il REF01 non può ricevere corrente in ingresso si sceglie di far erogare al REF01 una corrente
.



Si interpone inoltre una resistenza da 1K in parallelo all’uscita dell’alimentatore per garantire un
continuo assorbimento minimo di corrente necessario al corretto funzionamento dell’integrato
LM317.
Per la realizzazione del blocco amplificatore della tensione di uscita della cella di carico bisogna tener conto di alcuni parametri:
-La cella di carico ci fornisce a pieno carico una tensione in uscita di 2mV per ogni Volt di tensione di
alimentazione.

-Senza carico, sulla cella di carico è presente una tara di 1.5Kg

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Per la realizzazione del blocco amplificatore della tensione di uscita della cella di carico si sceglie di
utilizzare un amplificatore per strumentazione INA115 (per avere un’alta precisione) e un amplificatore TL074 per la messa in scala e la taratura finale.
La tensione di uscita del blocco amplificatore deve essere compresa tra i valori 0V e 2.5V adatti alla
corretta digitalizzazione.


Si sceglie di far amplificare l’amplificatore per strumentazione con un guadagno di 50
 Rina = 1.02K (da costruttore)



Si sceglie Rs = 10


Si sceglie Tr = 10
INTERFACCIA FOTOCELLULE / MICROPROCESSORE
Obiettivo:
Realizzare un blocco di condizionamento capace di adattare il segnale proveniente da una fotocellula in un
segnale TTL, compatibile alla lettura da parte del microprocessore.
Dati iniziali:
-Tensione di alimentazione a disposizione: singola 0V
+24V; duale: -15V 0V +15V
-Tensione del microprocessore: +5V
Schema elettrico:
Progetto:
 Per la gestione completa del nastro trasportatore si sceglie di utilizzare 6 fotocellule delle 8 presenti. Di conseguenza, il blocco di condizionamento progettato verrà inserito per ognuna delle fotocellule utilizzate.
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L’uscita della fotocellula è di tipo open – collector con il collettore internamente collegato alla massa dei 24V. Per provvedere alla separazione delle masse (24V delle fotocellule e 5V del microprocessore), nel blocco di condizionamento è inserito un optoisolatore 4N26 con resistenza di pull – up
a 5V del microprocessore, in uscita. E’ inserita inoltre una resistenza di pull – up a 24V in uscita alla
fotocellula per convertire l’uscita open – collector in un’uscita da 0V a 24V.
 Si sceglie di polarizzare il diodo led interno all’optoisolatore con una corrente di 10mA
(compatibile per la corretta saturazione del fototransistor )


Si sceglie di far circolare una corrente di 5mA tra collettore ed emettitore del fototransistor (compatibile con la corrente massima di collettore e la corrente di saturazione).

INTERFACCIA PWM DIGITALE / MOTORE
Obiettivo:
Realizzare un’interfaccia capace di convertire un segnale PWM proveniente da un microprocessore in un
segnale in grado di comandare il gate di un mosfet.
Dati iniziali:
-Tensione di alimentazione a disposizione: singola 0V
+24V; duale: -15V 0V +15V
-Tensione del microprocessore: +5V
Schema elettrico:
Progetto:
 Anche in questo caso viene inserito nell’interfaccia un optoisolatore così da rendere utilizzabili le alimentazioni analogiche senza interferire tra le masse.
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Si sceglie di utilizzare un optoisolatore 6N137 molto veloce, in grado di replicare fedelmente il segnale PWM fornito dalla PLD.
Si sceglie di inserire un buffer di corrente ULN2003 tra l’uscita della PLD e il diodo led
dell’optoisolatore per poter comandare adeguatamente l’integrato (la PLD può ricevere in ingresso
solamente una corrente minima). La corrente circolante sul diodo led è pari a 15mA.

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Per il funzionamento dell’optoisolatore 6N137 viene realizzato un alimentatore stabilizzato con
tensione di uscita +5V mediante l’utilizzo dell’integrato LM7805 attraverso il quale viene alimentata
la resistenza di pull – up in uscita all’optoisolatore, pilota del transistor di comando del push – pull.
In uscita all’optoisolatore, per il comando del MOSFET, si inserisce un circuito di push – pull comandato da un transistor pilotato con una resistenza di pull – up in uscita all’optoisolatore. La scelta di
questo circuito dipende dal fatto che il MOSFET, nella sua fase di saturazione, richiede una corrente
di quasi 1° per la carica delle capacità interne.
Si sceglie di comandare il gate del MOSFET con una tensione di +15V realizzata mediante l’utilizzo
dell’integrato LM7815 (l’alimentazione +15V disponibile non può essere utilizzata in quanto sarebbe necessario mettere in comune le due diverse masse dei +24Ve dei +15V).
Scelti i due transistor complementari T1 e T2 rispettivamente ………, il transistor pilota 2N22… e la
resistenza Rb da 1

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INTERFACCIA ENCODER / MICROPROCESSORE
Obiettivo:
Realizzare un’interfaccia in grado di adattare il segnale di uscita proveniente dall’encoder di velocità del nastro di pesatura in un segnale compatibile con il microprocessore.
Dati iniziali:
-Tensione di alimentazione a disposizione: singola 0V
+24V; duale: -15V 0V +15V
-Tensione del microprocessore: +5V
Schema elettrico:
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Tecnici: Minelli Marco, Bedeschi Federica, Lombardi Mattia, Rossi Dario, Fusaroli Simone
Progetto:
 Come le fotocellule, anche l’uscita dell’encoder di velocità digitale è di tipo open – collector. Viene
quindi inserita in uscita all’encoder una resistenza di pull – up a 24V.
 Viene interposto tra l’encoder e il microprocessore un optoisolatore per non interferire tra le diverse masse
 Si sceglie di utilizzare un optoisolatore 6N137 in grado di replicare fedelmente il segnale di uscita
dell’encoder
 Si sceglie di polarizzare il diodo led interno all’optoisolatore con una corrente di 10mA
(compatibile per la corretta saturazione del fototransistor )


Si sceglie di far circolare una corrente di 5mA tra collettore ed emettitore del fototransistor (compatibile con la corrente massima di collettore e la corrente di saturazione).

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