Cómo programar el decodificador de infrarrojos para el control de motores de CA de varias velocidades: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Los motores de corriente alterna monofásicos se encuentran típicamente en artículos domésticos como ventiladores, y su velocidad se puede controlar fácilmente cuando se utilizan varios devanados discretos para velocidades establecidas. En este Instructable construimos un controlador digital que permite a los usuarios controlar funciones como la velocidad del motor y el tiempo de operación. Este Instructable también incluye un circuito receptor de infrarrojos que admite el protocolo NEC, donde un motor puede controlarse desde botones pulsadores o desde una señal recibida por un transmisor de infrarrojos.

Para ello se utiliza un GreenPAK ™, SLG46620 sirve como controlador básico a cargo de estas diversas funciones: un circuito multiplex para activar una velocidad (de tres velocidades), temporizadores de cuenta atrás de 3 periodos y un decodificador de infrarrojos para recibir una señal de infrarrojos externa, que extrae y ejecuta un comando deseado.

Si miramos las funciones del circuito, notamos varias funciones discretas empleadas simultáneamente: MUXing, temporización y decodificación IR. Los fabricantes suelen utilizar muchos circuitos integrados para construir el circuito electrónico debido a la falta de una solución única disponible dentro de un solo circuito integrado. El uso de un circuito integrado GreenPAK permite a los fabricantes emplear un solo chip para incluir muchas de las funciones deseadas y, en consecuencia, reducir el costo del sistema y la supervisión de la fabricación.

El sistema con todas sus funciones ha sido probado para asegurar su correcto funcionamiento. El circuito final puede requerir modificaciones especiales o elementos adicionales adaptados al motor elegido.

Para comprobar que el sistema está funcionando nominalmente, se han generado casos de prueba para las entradas con la ayuda del emulador de diseñador GreenPAK. La emulación verifica diferentes casos de prueba para las salidas y se confirma la funcionalidad del decodificador IR. El diseño final también se prueba con un motor real para su confirmación.

A continuación, describimos los pasos necesarios para comprender cómo se ha programado el chip GreenPAK para crear el decodificador IR para el control de motores de CA de varias velocidades. Sin embargo, si solo desea obtener el resultado de la programación, descargue el software GreenPAK para ver el archivo de diseño GreenPAK ya completado. Conecte el kit de desarrollo GreenPAK a su computadora y presione el programa para crear el IC personalizado para el decodificador IR para el control del motor de CA de varias velocidades.

Paso 1: Motor de ventilador de CA de 3 velocidades

Los motores de CA de 3 velocidades son motores monofásicos que funcionan con corriente alterna. A menudo se utilizan en una amplia variedad de máquinas domésticas, como varios tipos de ventiladores (ventilador de pared, ventilador de mesa, ventilador de caja). En comparación con un motor de CC, controlar la velocidad en un motor de corriente alterna es relativamente complicado, ya que la frecuencia de la corriente suministrada debe cambiar para cambiar la velocidad del motor. Los aparatos como los ventiladores y las máquinas de refrigeración por lo general no requieren una granularidad fina en la velocidad, pero requieren pasos discretos como velocidades baja, media y alta. Para estas aplicaciones, los motores de ventilador de CA tienen varias bobinas integradas diseñadas para varias velocidades donde el cambio de una velocidad a otra se logra energizando la bobina de la velocidad deseada.

El motor que usamos en este proyecto es un motor de CA de 3 velocidades que tiene 5 cables: 3 cables para control de velocidad, 2 cables para energía y un capacitor de arranque como se ilustra en la Figura 2 a continuación. Algunos fabricantes utilizan cables codificados por colores estándar para la identificación de funciones. La hoja de datos de un motor mostrará la información del motor en particular para la identificación del cable.

Paso 2: Análisis del proyecto

En este Instructable, un IC GreenPAK está configurado para ejecutar un comando dado, recibido de una fuente como un transmisor de infrarrojos o un botón externo, para indicar uno de los tres comandos:

Encendido / Apagado: el sistema se enciende o apaga con cada interpretación de este comando. El estado de encendido / apagado se invertirá con cada flanco ascendente del comando de encendido / apagado.

Temporizador: el temporizador funciona durante 30, 60 y 120 minutos. En el cuarto pulso, el temporizador se apaga y el período del temporizador vuelve al estado de temporización original.

Velocidad: controla la velocidad del motor, iterando sucesivamente la salida activada de los cables de selección de velocidad del motor (1, 2, 3).

Paso 3: decodificador de infrarrojos

Se construye un circuito decodificador de infrarrojos para recibir señales de un transmisor de infrarrojos externo y activar el comando deseado. Adoptamos el protocolo NEC debido a su popularidad entre los fabricantes. El protocolo NEC usa "distancia de pulso" para codificar cada bit; cada pulso tarda 562,5 us en transmitirse utilizando la señal de una portadora de frecuencia de 38 kHz. La transmisión de una señal lógica 1 requiere 2,25 ms, mientras que la transmisión de una señal lógica 0 tarda 1,125 ms. La Figura 3 ilustra la transmisión del tren de pulsos según el protocolo NEC. Consiste en una ráfaga AGC de 9 ms, luego un espacio de 4,5 ms, luego la dirección de 8 bits y finalmente el comando de 8 bits. Tenga en cuenta que la dirección y el comando se transmiten dos veces; la segunda vez es el complemento de 1 (todos los bits están invertidos) como paridad para asegurar que el mensaje recibido sea correcto. LSB se transmite primero en el mensaje.

Paso 4: Diseño GreenPAK

Los bits relevantes del mensaje recibido se extraen en varias etapas. Para comenzar, el comienzo del mensaje se especifica a partir de una ráfaga AGC de 9 ms utilizando CNT2 y LUT1 de 2 bits. Si se ha detectado, se especifica un espacio de 4,5 ms a través de CNT6 y 2L2. Si el encabezado es correcto, la salida DFF0 se establece en Alto para permitir la recepción de la dirección. Los bloques CNT9, 3L0, 3L3 y P DLY0 se utilizan para extraer los pulsos de reloj del mensaje recibido. El valor del bit se toma en el flanco ascendente de la señal IR_CLK, a 0,845 ms del flanco ascendente de IR_IN.

Luego, la dirección interpretada se compara con una dirección almacenada dentro del PGEN usando 2LUT0. 2LUT0 es una puerta XOR y la PGEN almacena la dirección invertida. Cada bit del PGEN se compara secuencialmente con la señal entrante, y el resultado de cada comparación se almacena en DFF2 junto con el flanco ascendente de IR-CLK.

En caso de que se haya detectado algún error en la dirección, la salida de enclavamiento LUT5 SR de 3 bits se cambia a Alto con el objetivo de evitar comparar el resto del mensaje (el comando). Si la dirección recibida coincide con la dirección almacenada en PGEN, la segunda mitad del mensaje (comando y comando invertido) se dirige a SPI para que se pueda leer y ejecutar el comando deseado. CNT5 y DFF5 se utilizan para especificar el final de la dirección y el inicio del comando donde "Datos del contador" de CNT5 es igual a 18: 16 pulsos para la dirección además de los dos primeros pulsos (9ms, 4.5ms).

En el caso de que la dirección completa, incluido el encabezado, se haya recibido y almacenado correctamente en el IC (en PGEN), la salida de la puerta 3L3 OR da la señal Baja al pin nCSB de SPI para que se active. En consecuencia, el SPI comienza a recibir el comando.

El SLG46620 IC tiene 4 registros internos de 8 bits de longitud y, por lo tanto, es posible almacenar cuatro comandos diferentes. DCMP1 se utiliza para comparar el comando recibido con los registros internos y se diseña un contador binario de 2 bits cuyas salidas A1A0 están conectadas al MTRX SEL # 0 y # 1 de DCMP1 para comparar el comando recibido con todos los registros de forma sucesiva y continua..

Se construyó un decodificador con pestillo usando DFF6, DFF7, DFF8 y 2L5, 2L6, 2L7. El diseño funciona de la siguiente manera; si A1A0 = 00, la salida SPI se compara con el registro 3. Si ambos valores son iguales, DCMP1 da una señal alta en su salida EQ. Dado que A1A0 = 00, esto activa 2L5 y, en consecuencia, DFF6 emite una señal alta que indica que se ha recibido la señal de encendido / apagado. De manera similar, para el resto de las señales de control, CNT7 y CNT8 se configuran como 'Retardo de ambos flancos' para generar un retardo de tiempo y permitir que DCMP1 cambie el estado de su salida antes de que el valor de salida sea retenido por los DFF.

El valor del comando de encendido / apagado se almacena en el registro 3, el comando del temporizador en el registro 2 y el comando de velocidad en el registro 1.

Paso 5: Velocidad MUX

Para cambiar velocidades, se construyó un contador binario de 2 bits cuyo pulso de entrada es recibido por el botón externo que está conectado al Pin4 o desde la señal de velocidad IR a través de P10 desde el comparador de comandos. En el estado inicial Q1Q0 = 11, y aplicando un pulso en la entrada del contador desde LUT6 de 3 bits, Q1Q0 se convierte sucesivamente en 10, 01 y luego en el estado 00. Se usó LUT7 de 3 bits para omitir el estado 00, dado que solo hay tres velocidades disponibles en el motor elegido. La señal de encendido / apagado debe ser alta para activar el proceso de control. En consecuencia, si la señal de encendido / apagado es baja, la salida activada se desactiva y el motor se apaga como se muestra en la Figura 6.

Paso 6: temporizador

Se implementa un temporizador de 3 períodos (30 min, 60 min, 120 min). Para crear la estructura de control, un contador binario de 2 bits recibe pulsos de un botón temporizador externo conectado al pin 13 y de la señal del temporizador IR. El contador usa Pipe Delay1, donde Out0 PD num es igual a 1 y Out1 PD num es igual a 2 seleccionando una polaridad invertida para Out1. En el estado inicial Out1, Out0 = 10, el temporizador está desactivado. Después de eso, aplicando un pulso en la entrada CK para Pipe Delay1, el estado de salida cambia a 11, 01, 00 en sucesión, invirtiendo el CNT / DLY a cada estado activado. CNT0, CNT3, CNT4 se configuraron para operar como 'Retardos de borde ascendente' cuya entrada se origina en la salida de CNT1, que está configurada para dar un pulso cada 10 segundos.

Para tener una demora de 30 minutos:

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

Por lo tanto, los datos del contador para CNT4 son 180, CNT3 es 360 y CNT0 es 720. Una vez finalizado el tiempo de retardo, se transmite un pulso alto a través de 3L14 a 3L11, lo que hace que el sistema se apague. Los temporizadores se reinician si el sistema se apaga mediante el botón externo conectado al Pin 12 o mediante la señal IR_ON / OFF.

* Puede utilizar un relé triac o de estado sólido en lugar de un relé electromecánico si desea utilizar un interruptor electrónico.

* Se utilizó un antirrebote de hardware (condensador, resistencia) para los botones pulsadores.

Paso 7: resultados

Como primer paso en la evaluación del diseño, se utilizó el simulador de software GreenPAK. Se crearon botones virtuales en las entradas y se monitorearon los LED externos opuestos a las salidas en la placa de desarrollo. La herramienta Signal Wizard se utilizó para generar una señal similar al formato NEC con el fin de depurar.

Se generó una señal con el patrón 0x00FF5FA0, donde 0x00FF es la dirección correspondiente a la dirección invertida almacenada en el PGEN, y 0x5FA0 es el comando correspondiente al comando invertido en el registro DCMP 3 para controlar la funcionalidad On / Off. El sistema en el estado inicial está en el estado APAGADO, pero después de que se aplica la señal, notamos que el sistema se enciende. Si se ha cambiado un solo bit en la dirección y se volvió a aplicar la señal, notamos que no sucede nada (dirección incompatible).

La Figura 11 presenta la placa después de iniciar el Asistente de señales por una vez (con un comando de encendido / apagado válido).

Conclusión

Este Instructable se centra en la configuración de un IC GreenPAK diseñado para controlar un motor de CA de 3 velocidades. Incorpora una serie de funciones como las velocidades de ciclo, la generación de un temporizador de 3 períodos y la construcción de un decodificador IR compatible con el protocolo NEC. El GreenPAK ha demostrado su efectividad en la integración de varias funciones, todo en una solución de CI de área pequeña y de bajo costo.