Como programar o decodificador IR para o controle de motor CA de múltiplas velocidades: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Os motores de corrente alternada monofásicos são normalmente encontrados em utensílios domésticos, como ventiladores, e sua velocidade pode ser facilmente controlada ao usar vários enrolamentos discretos para velocidades definidas. Neste Instructable, construímos um controlador digital que permite aos usuários controlar funções como velocidade do motor e tempo de operação. Este Instructable também inclui um circuito receptor infravermelho que suporta o protocolo NEC, onde um motor pode ser controlado por botões ou por um sinal recebido por um transmissor infravermelho.

Para isso, é usado um GreenPAK ™, SLG46620 serve como um controlador básico encarregado dessas diversas funções: um circuito multiplex para ativar uma velocidade (em três velocidades), cronômetros de contagem regressiva de 3 períodos e um decodificador infravermelho para receber um sinal infravermelho externo, que extrai e executa um comando desejado.

Se observarmos as funções do circuito, notamos várias funções discretas empregadas simultaneamente: MUXing, temporização e decodificação IR. Os fabricantes costumam usar muitos ICs para construir o circuito eletrônico devido à falta de uma solução única disponível dentro de um único IC. O uso de um GreenPAK IC permite que os fabricantes empreguem um único chip para incluir muitas das funções desejadas e, consequentemente, reduzir o custo do sistema e a supervisão de fabricação.

O sistema com todas as suas funções foi testado para garantir o funcionamento adequado. O circuito final pode exigir modificações especiais ou elementos adicionais adaptados ao motor escolhido.

Para verificar se o sistema está operando nominalmente, casos de teste para as entradas foram gerados com a ajuda do emulador de designer GreenPAK. A emulação verifica diferentes casos de teste para as saídas e a funcionalidade do decodificador IR é confirmada. O projeto final também é testado com um motor real para confirmação.

Abaixo, descrevemos as etapas necessárias para entender como o chip GreenPAK foi programado para criar o decodificador IR para controle de motor CA de várias velocidades. No entanto, se você deseja apenas obter o resultado da programação, baixe o software GreenPAK para visualizar o arquivo de design GreenPAK já concluído. Conecte o GreenPAK Development Kit ao seu computador e acesse o programa para criar o IC personalizado para o decodificador IR para controle de motor CA de várias velocidades.

Etapa 1: Motor de ventilador CA de 3 velocidades

Os motores CA de 3 velocidades são motores monofásicos operados por uma corrente alternada. Eles são frequentemente usados em uma ampla variedade de máquinas domésticas, como vários tipos de ventiladores (ventilador de parede, ventilador de mesa, ventilador de caixa). Em comparação com um motor CC, controlar a velocidade em um motor de corrente alternada é relativamente complicado, pois a frequência da corrente fornecida deve mudar para alterar a velocidade do motor. Dispositivos como ventiladores e máquinas de refrigeração geralmente não requerem granularidade fina na velocidade, mas requerem etapas discretas, como velocidades baixa, média e alta. Para essas aplicações, os motores de ventiladores CA possuem uma série de bobinas embutidas projetadas para várias velocidades, onde a mudança de uma velocidade para outra é realizada por meio da energização da bobina da velocidade desejada.

O motor que usamos neste projeto é um motor CA de 3 velocidades com 5 fios: 3 fios para controle de velocidade, 2 fios para energia e um capacitor de partida, conforme ilustrado na Figura 2 abaixo. Alguns fabricantes usam fios codificados por cores padrão para identificação da função. A folha de dados de um motor mostrará as informações específicas do motor para identificação do fio.

Etapa 2: Análise do Projeto

Neste Instrutível, um GreenPAK IC é configurado para executar um determinado comando, recebido de uma fonte como um transmissor IR ou um botão externo, para indicar um dos três comandos:

On / Off: o sistema é ligado ou desligado a cada interpretação deste comando. O estado de On / Off será revertido com cada borda ascendente do comando On / Off.

Temporizador: o temporizador é operado por 30, 60 e 120 minutos. No quarto pulso, o cronômetro é desligado e o período do cronômetro volta ao estado de cronometragem original.

Velocidade: controla a velocidade do motor, iterando sucessivamente a saída ativada dos fios de seleção de velocidade do motor (1, 2, 3).

Etapa 3: decodificador IR

Um circuito decodificador IR é construído para receber sinais de um transmissor IR externo e para ativar o comando desejado. Adotamos o protocolo NEC devido à sua popularidade entre os fabricantes. O protocolo NEC usa "distância de pulso" para codificar cada bit; cada pulso leva 562,5 nós para ser transmitido usando o sinal de uma portadora de freqüência de 38 kHz. A transmissão de um sinal lógico 1 requer 2,25 ms, enquanto a transmissão de um sinal lógico 0 leva 1,125 ms. A Figura 3 ilustra a transmissão do trem de pulso de acordo com o protocolo NEC. Consiste em rajadas de AGC de 9 ms, em seguida, espaço de 4,5 ms, em seguida, o endereço de 8 bits e, finalmente, o comando de 8 bits. Observe que o endereço e o comando são transmitidos duas vezes; o segundo tempo é o complemento de 1 (todos os bits são invertidos) como paridade para garantir que a mensagem recebida está correta. O LSB é transmitido primeiro na mensagem.

Etapa 4: Projeto GreenPAK

Os bits relevantes da mensagem recebida são extraídos em vários estágios. Para começar, o início da mensagem é especificado a partir do burst AGC de 9 ms usando CNT2 e LUT1 de 2 bits. Se isso for detectado, o espaço de 4,5 ms será especificado por meio de CNT6 e 2L2. Se o cabeçalho estiver correto, a saída DFF0 é definida como Alta para permitir a recepção do endereço. Os blocos CNT9, 3L0, 3L3 e P DLY0 são usados para extrair os pulsos de clock da mensagem recebida. O valor do bit é obtido na borda de subida do sinal IR_CLK, 0,845 ms da borda de subida de IR_IN.

O endereço interpretado é então comparado a um endereço armazenado no PGEN usando 2LUT0. 2LUT0 é uma porta XOR e o PGEN armazena o endereço invertido. Cada bit do PGEN é sequencialmente comparado ao sinal de entrada e o resultado de cada comparação é armazenado em DFF2 junto com a borda ascendente de IR-CLK.

Caso seja detectado algum erro no endereço, a saída de trava LUT5 SR de 3 bits é alterada para Alta com o objetivo de evitar a comparação do restante da mensagem (o comando). Se o endereço recebido corresponder ao endereço armazenado em PGEN, a segunda metade da mensagem (comando e comando invertido) é direcionada ao SPI para que o comando desejado possa ser lido e executado. CNT5 e DFF5 são usados para especificar o final do endereço e o início do comando, onde 'Dados do contador' de CNT5 é igual a 18: 16 pulsos para o endereço, além dos primeiros dois pulsos (9ms, 4,5ms).

No caso de o endereço completo, incluindo o cabeçalho, ter sido corretamente recebido e armazenado no IC (em PGEN), a saída 3L3 OR Gate dá o sinal Low para o pino nCSB da SPI ser ativado. Consequentemente, o SPI começa a receber o comando.

O SLG46620 IC possui 4 registradores internos de comprimento de 8 bits e, portanto, é possível armazenar quatro comandos diferentes. DCMP1 é usado para comparar o comando recebido aos registros internos e um contador binário de 2 bits é projetado cujas saídas A1A0 são conectadas ao MTRX SEL # 0 e # 1 de DCMP1 para comparar o comando recebido a todos os registros sucessiva e continuamente.

Um decodificador com trava foi construído usando DFF6, DFF7, DFF8 e 2L5, 2L6, 2L7. O design funciona da seguinte maneira; se A1A0 = 00, a saída SPI é comparada ao registrador 3. Se ambos os valores forem iguais, DCMP1 emite um sinal alto em sua saída EQ. Como A1A0 = 00, isso ativa 2L5 e, consequentemente, o DFF6 emite um sinal High indicando que o sinal On / Off foi recebido. Da mesma forma, para o resto dos sinais de controle, CNT7 e CNT8 são configurados como 'Both Edge Delay' para gerar um atraso de tempo e permitir que o DCMP1 altere o estado de sua saída antes que o valor da saída seja mantido pelos DFFs.

O valor do comando On / Off é armazenado no registro 3, o comando do temporizador no registro 2 e o comando de velocidade no registro 1.

Etapa 5: Velocidade MUX

Para mudar as velocidades, um contador binário de 2 bits foi construído cujo pulso de entrada é recebido pelo botão externo que está conectado ao Pin4 ou do sinal de velocidade IV através do P10 do comparador de comando. No estado inicial Q1Q0 = 11, e aplicando um pulso na entrada do contador de 3 bits LUT6, Q1Q0 sucessivamente torna-se 10, 01 e, em seguida, o estado 00. O LUT7 de 3 bits foi usado para pular o estado 00, visto que apenas três velocidades estão disponíveis no motor escolhido. O sinal On / Off deve ser alto para ativar o processo de controle. Consequentemente, se o sinal On / Off for Low, a saída ativada é desabilitada e o motor é desligado conforme mostrado na Figura 6.

Etapa 6: cronômetro

Um temporizador de 3 períodos (30 min, 60 min, 120 min) é implementado. Para criar a estrutura de controle, um contador binário de 2 bits recebe pulsos de um botão temporizador externo conectado ao pino 13 e do sinal do temporizador IV. O contador usa Pipe Delay1, onde Out0 PD num é igual a 1 e Out1 PD num é igual a 2, selecionando uma polaridade invertida para Out1. No estado inicial Out1, Out0 = 10, o Timer é desabilitado. Depois disso, ao aplicar um pulso na entrada CK para Pipe Delay1, o estado de saída muda para 11, 01, 00 em sucessão, invertendo o CNT / DLY para cada estado ativado. CNT0, CNT3, CNT4 foram configurados para operar como 'Rising Edge Delays', cuja entrada se origina da saída de CNT1, que é configurada para dar um pulso a cada 10 segundos.

Para ter um atraso de 30 minutos:

30 x 60 = 1800 segundos ÷ intervalos de 10 segundos = 180 bits

Portanto, os dados do contador para CNT4 são 180, CNT3 é 360 e CNT0 é 720. Uma vez que o atraso de tempo tenha terminado, um pulso alto é transmitido através de 3L14 para 3L11 causando o desligamento do sistema. Os temporizadores são zerados se o sistema for desligado pelo botão externo conectado ao Pin12 ou pelo sinal IR_ON / OFF.

* Você pode usar um triac ou relé de estado sólido em vez de relé eletromecânico se quiser usar uma chave eletrônica.

* Um debouncer de hardware (capacitor, resistor) foi usado para os botões.

Etapa 7: Resultados

Como primeira etapa na avaliação do projeto, foi utilizado o Simulador de Software GreenPAK. Botões virtuais foram criados nas entradas e os LEDs externos opostos às saídas na placa de desenvolvimento foram monitorados. A ferramenta Signal Wizard foi usada para gerar um sinal semelhante ao formato NEC para fins de depuração.

Foi gerado um sinal com o padrão 0x00FF5FA0, onde 0x00FF é o endereço correspondente ao endereço invertido armazenado no PGEN e 0x5FA0 é o comando correspondente ao comando invertido no registro 3 do DCMP para controlar a funcionalidade On / Off. O sistema no estado inicial está no estado DESLIGADO, mas depois que o sinal é aplicado, notamos que o sistema LIGA. Se um único bit foi alterado no endereço e o sinal foi reaplicado, notamos que nada acontece (endereço incompatível).

A Figura 11 apresenta a placa após iniciar o Signal Wizard uma vez (com comando liga / desliga válido).

Conclusão

Este Instructable centra-se na configuração de um GreenPAK IC projetado para controlar um motor CA de 3 velocidades. Ele incorpora várias funções, como velocidades de ciclo, geração de um temporizador de 3 períodos e construção de um decodificador IR compatível com o protocolo NEC. O GreenPAK demonstrou eficácia na integração de várias funções, tudo em uma solução de IC de baixo custo e pequena área.