Riadenie polohy klapky klimatizácie

Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2024 - Peter Fedor

Zadanie

Úlohou tohto zadania je riadenie polohy klapky klimatizácie, ktorá sa bežne používa v dnešných automobiloch. Zariadenie nie je tak celkom klapka, ale mechanizmus, ktorý klapku ovláda. Ten sa skladá z viacerých častí. Budeme ho používať v spolupráci s vývojovou doskou Acrob s mikroprocesorom ATmega328P.

Mechanizmus ovládania klapky klimatizácie, ktorý budem používať.

Literatúra:

• [1] - datasheet k motorčeku, ktorý je použitý v klapke

Analýza a opis riešenia

Mechanizmus ovládania klapky klimatizácie je zložený z DC motorčeka, potenciometra a súkolia na prevod. My budeme ovládať daný systém jedným potenciometrom, ale ako? Chceme zostrojiť kód na ovládanie polohy DC motora s použitím dvoch potenciometrov: jeden na nastavenie želanej polohy a druhý na snímanie aktuálnej polohy motora.

Takto vyzerá mechanizmus ovládania klapky vnútri. Môžeme tam vidieť obyčajný jednosmerný motor s filmovým kondenzátorom, šnekový prevod(na zabránenie voči samovoľnému pohybu klapky) so súkolím, na ktorého poslednom koliečku je snímací potenciometer. Tento obvod funguje sám o sebe ako regulačný obvod.

Vnútro ovládacieho mechanizmu Mahle.

Schéma zapojenia je zobrazená na obrázku nižšie:

Schéma zapojenia celého obvodu.

Inicializácia: Na začiatku programu si zavoláme všetky potrebné knižnice, ktoré budeme využívať, definujeme a nastavíme piny a inicializujeme všetky potrebné periférie, teda A/D prevodník.

A/D prevod: Princíp riešenia je vskutku jednoduchý. Budem používať A/D prevodník na prevod analógového signálu z potenciometrov na digitálny signál, vhodný pre spracovanie. Takže prvý princíp je cez A/D prevod spracovať informáciu z oboch potenciometrov a uložiť ich do nejakej premennej. S touto informáciou môžeme ďalej pracovať.

Rozdiel polôh: Ďalším krokom je tieto dve hodnoty od seba odčítať, čím získame rozdiel polôh. Vzhľadom na tento rozdiel definujeme stavy, ak bude rozdiel kladný, tak premenná nadobudne hodnotu 1, záporný = -1 alebo nulový/minimálny = 0. Následne budeme túto hodnotu potrebovať pri podmienkach pre smer otáčania motora.

Smer otáčania: Hodnotu, ktorú získame z porovnávania použijeme v princípe smeru otáčania motora. Pre jednotlivé hodnoty definujeme smer, teda ak bude premenná rozdielu polohy kladná, motor sa bude otáčať do jednej strany, ak záporná tak do opačnej, a ak 0, tak bude stáť. Celý tento program beží v cykle while, takže mikropočítač neustále porovnáva hodnoty potenciometrov a snaží sa dosiahnuť ustálený stav motora.

Úprava kódu: Pre úhľadnosť a jednoduchosť kódu jednotlivé procesy ako A/D prevod a smer otáčania motora napíšem do vedľajších súborov, pripíšem knižnice a budem jednotlivé funkcie jednoducho volať z hlavného programu.

Algoritmus a program

Celý program pozostáva s viacerých súborov/knižníc. Pre funkciu motora som si vytvoril osobitný kód, ktorý budem volať funkciou v hlavnej slučke. Rovnako s funkciou A/D prevodníka.

mainadc.cadc.hmotor.cmotor.h

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include "adc.h"
#include "motor.h"

// Nastavenie pinov
#define nastav_poten 0
#define snim_poten 1
#define motor_pin1 PB4
#define motor_pin2 PB5

int main(void) {

// Inicializácia ADC
adc_init();

// Nastavenie pinov motora ako výstup
DDRB |= (1 << motor_pin1) | (1 << motor_pin2);

    while (1) {
        // Želaná poloha z nastavovacieho potenciometra
        uint16_t pozicia_nastav = adc_read(nastav_poten);
        // Aktuálna poloha z potenciometra pre spätnú väzbu
        uint16_t pozicia_snim = adc_read(snim_poten);

        // Rozdiel medzi želanou a aktuálnou polohou
        int rozdiel_pozicie = pozicia_snim-pozicia_nastav;

        // Ak je rozdiel velký, otácaj motorom
        if (rozdiel_pozicie > 10) {
            smer_otacania(1); // Otácaj v jednom smere
        } else if (rozdiel_pozicie < -10) {
            smer_otacania(-1); // Otácaj v opacnom smere
        } else {
            smer_otacania(0); // Zastav motor
        }

        // Krátka pauza pre stabilitu
        _delay_ms(100);
	
    }
}

#include <avr/io.h>

void adc_init(void){
ADMUX = (1<<REFS0);
ADCSRA = (1<<ADEN) | (1<<ADPS2) | (1<<ADPS1) | (1<<ADPS0); 

}

unsigned int adc_read(char a_pin){
	a_pin &= 0x07;
	ADMUX = (ADMUX & 0xF8) | a_pin;
	ADCSRA |= (1<<ADSC);
	while(ADCSRA & (1<<ADSC));
	return(ADC); 
	
	}

#ifndef INCFILE1_H_
#define INCFILE1_H_
#endif /* INCFILE1_H_ */

void adc_init(void);

unsigned int adc_read(char a_pin);

#include <avr/io.h>

// Nastavenie pinov pre motor
#define motor_pin1 PB4
#define motor_pin2 PB5

// Nastavenie smeru otacania motora
void smer_otacania(int smer) {
    if (smer == 1) {
        PORTB |= (1 << motor_pin1);
        PORTB &= ~(1 << motor_pin2);
    } else if (smer == -1) {
        PORTB |= (1 << motor_pin2);
        PORTB &= ~(1 << motor_pin1);
    } else {
        PORTB &= ~(1 << motor_pin1);
        PORTB &= ~(1 << motor_pin2);
    }
}

#ifndef INCFILE1_H_
#define INCFILE1_H_
#endif /* INCFILE1_H_ */

void smer_otacania(int smer);

Zdrojový kód je možné stiahnuť kliknutím na odkaz nižšie:

Zdrojový kód: zdrojovykod.zip

Overenie

Na koniec nahráme kód do mikroprocesora a môžeme testovať! Ako vidíme na videu, všetko funguje a klapka reaguje na zmenu polohy potenciometra.

Vývojová doska Acrob s potenciometrom a mechanizmom ovládania klapky Mahle

Video: