کلید های قدرت, مقالات
کنترل از راه دور کلید قدرت توسط میکروکنترلر
سپتامبر
کنترل از راه دور کلید قدرت توسط میکروکنترلر
کنترل از راه دور کلید قدرت
اغلب با شرایطی روبرو می‌شویم که می خواهیم با فشار دادن چند دکمه در برنامه کامپیوتری، بار الکتریکی را روشن کنیم. مثالی را در نظر بگیرید، فرض کنید بخواهید یک جایی که کلید قدرت را از محلی که در نیروگاه نشسته‌اید روشن کنید. کنترل کلید قدرت از راه دور عمدتا توسط میکروکنترلر انجام می‌گیرد. حال به بحث در مورد روش‌های مختلف کنترل از راه دور کلید قدرت با استفاده‌از میکروکنترلر می‌پردازیم.
اجزای مورد‌استفاده بدین منظور عبارتند از:
- میکروکنترلر
- ترانزیستور
- دیود
- مقاومت
- رله
- LED
- کامپیوتر شخصی
مقادیر نامی کلید‌های قدرت(کلید هوایی، کامپکت و…) / جریان قطع نامی / جریان وصل نامی
میکروکنترلر
یک ICاست که دارای هوش‌است تا بتواند دستورات دریافت‌شده از رایانه توسط پروتکل‌های ارتباطی را دریافت کند.
میکروکنترلر دارای پروتکل‌های ارتباطی مختلف برای ارتباط با رایانه‌های شخصی مانند سریال، اترنت[1] و CAN (شبکه ناحیه‌ای کنترلر[2]) دارد.
میکروکنترلر دارای پین‌های جانبی بسیاری مانند [3]GPIO (هدف کلی ورودی/ خروجی)، [4]ADC(مبدل آنالوگ به دیجیتال)، تایمر، [5]UART ( فرستنده گیرنده آسنکرون یونیورسال) و اترنت و سایر لوازم جانبی برای ارتباط با دنیای خارجی‌است.
خروجی دیجیتال میکروکنترلر یک سیگنال با آمپراژ پایین‌است. هنگامی که یک‌پین HIGH تنظیم می‌شود، ولتاژ اعمالی به آن پین به طور معمول 3.3 یا 5 ولت‌است و میزان جریانی که می‌تواند تامین نماید حدود mA 30است که برای کنترل یک LED که نیاز به جریان کمتری دارد، مناسب‌است.
اگر بخواهیم کلید قدرت را توسط پین میکروکنترلر کنترل کنیم، به درایوری نیاز داریم که بتواند مقدار لازم جریان را به بار منتقل کند تا روشن شود. بنابراین به یک وسیله بین میکروکنترلر و دستگاهی که باید توسط ولتاژ و جریان پایین کنترل می‌شود، نیاز‌است. رله‌ها و ترانزیستورها اغلب با این هدف مورد‌استفاده قرار می‌گیرند.
ترانزیستور
ترانزیستور در این برنامه به عنوان یک درایور کار می‌کند که جریان مورد نیاز را به رله می‌دهد تا وقتی که در حالت اشباع‌است روشن شود.
مقاومت
از مقاومت‌ها برای محدود نمودن جریان در LED و ترانزیستورها بکار می‌رود.
LED
از دیودهای نشر نوری برای مشخص‌کردن وضعیت روشن یا خاموش کلید قدرت استفاده‌می‌شود.
رله
رله یک سوئیچ‌است که برای کنترل بار الکتریکی با توان بالا (مانند مدار شکن، موتور و سولنوئید) استفاده‌می‌شود. سوئیچ معمولی قادر به تحمل بار زیاد نیست، به همین دلیل از رله برای کنترل بار الکتریکی با توان بالا استفاده‌می‌شود.
قواعد کار کنترل از راه دور کلید قدرت توسط میکروکنترلر
هنگامی که به میکروکنترلر دستور داده‌می‌شود تا بار را روشن کند، پین میکروکنترلر بر روی 3.3 ولت (در مدار بالا) تنظیم می شود که ترانزیستور NPN را روشن می کند. هنگامی که ترانزیستور روشن‌است جریان از کلکتور به امیتر ترانزیستور شارش می‌یابد که رله را فعال می‌کند و رله ولتاژ AC را به کلید قدرت متصل می‌کند تا روشن شود. از LED برای نشان دادن روشن یا خاموش بودن کلید قدرت استفاده‌می‌شود. هنگامی که‌پین میکروکنترلر زیاد باشد LED روشن‌است (کلید قدرت روشن) و هنگامی که‌پین میکروکنترلر پایین باشد، ترانزیستور در حالت خاموش قرار دارد و هیچ جریانی به سیم‌پیچ رله نمی‌رسد و کلید قدرت و LED خاموش هستند.
دیود حفاظتی
با خاموش شدن رله، یک emf برگشتی تولید‌می‌شود که اگر دامنه آن بیش از ولتاژ VCEO ترانزیستور باشد، ترانزیستور دچار آسیب می‌شود. برای محافظت از ترانزیستور و همچنین خروجی دیجیتال میکروکنترلر از یک دیود استفاده می‌شود که هنگام خاموش شدن رله هدایت می‌کند که به عنوان دیود هرزگرد[6] نیز معروف‌است.
طراحی
فرض کنید زمانیکه پین میکروکنترلر بالاست ولتاژ 3.3 ولت و زمانیکه پین آن پایین‌است ولتاژ صفر می‌دهد. یک رله 12 ولتی و یک سیم‌پیچ با مقاومت 360 اهم انتخاب کنید، در اینصورت جریان کشیده‌شده توسط رله برای روشن شدن برابر‌است با:
که جریان نامی رله‌است.
LED (که دارای ولتاژ مستقیم[7] 1.2 ولت‌است) حدود 20 میلی آمپر جریان می‌کشد، در اینصورت RLED برابر خواهد‌بود:
در اینصورت مقدار RLED برابر با 500 اهم انتخاب می‌شود.
بنابراین جریان کل مورد نیاز برابر با 33.3+20=53.3 mA خواهد بود که از کلکتور به سمت امیتر ترانزیستور شارش می‌یابد.
ترانزیستوری را در نظر بگیرید که بهره جریان DC (β) آن برابر با 100است. زمانیکه IC>50 mA آنگاه IC<βIB (در ناحیه اشباع).
مقدار مقاومت R به صورت زیر محاسبه می‌شود.
می‌توان به منظور دادن جریان بیس بیشتر به ترازیستور [8]GUI (رابط کاربر گرافیکی)، RB را برابر با 4K انتخاب نمود. یک GUI را می‌توان در زبان‌های سطح بالاتر مثل C که از [9]UDP (پروتکل دیتاگرم کاربر) برای ارتباط با میکروکنترلر PC استفاده‌می‌کند توسعه داد. در زیر GUI آمده که خروجی دیجیتال میکروکنترلر را در پروتکل UDP کنترل می‌کند.
[1] Ethernet
[2] Controller Area network
[3] general purpose Input Output
[4] Analog to Digital Converter
[5] Universal Asynchronous Receiver Transmitter
[6] freewheeling diode
[7] Foreward voltage
[8] Graphical User Interface
[9] User Datagram Protocol