Comment programmer un décodeur IR pour la commande de moteurs à courant alternatif à plusieurs vitesses : 7 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Les moteurs à courant alternatif monophasés se trouvent généralement dans les articles ménagers tels que les ventilateurs, et leur vitesse peut être facilement contrôlée lors de l'utilisation d'un certain nombre d'enroulements discrets pour des vitesses définies. Dans ce Instructable, nous construisons un contrôleur numérique qui permet aux utilisateurs de contrôler des fonctions telles que la vitesse du moteur et le temps de fonctionnement. Ce Instructable comprend également un circuit récepteur infrarouge qui prend en charge le protocole NEC, où un moteur peut être contrôlé à partir de boutons-poussoirs ou à partir d'un signal reçu par un émetteur infrarouge.

Pour ce faire, un GreenPAK™ est utilisé, le SLG46620 sert de contrôleur de base en charge de ces diverses fonctions: un circuit multiplex pour activer une vitesse (sur trois), des compte à rebours à 3 périodes et un décodeur infrarouge pour recevoir un signal infrarouge externe, qui extrait et exécute une commande souhaitée.

Si l'on regarde les fonctions du circuit, on note plusieurs fonctions discrètes utilisées simultanément: MUXing, timing et décodage IR. Les fabricants utilisent souvent de nombreux circuits intégrés pour construire le circuit électronique en raison de l'absence d'une solution unique disponible dans un seul circuit intégré. L'utilisation d'un circuit intégré GreenPAK permet aux fabricants d'utiliser une seule puce pour inclure de nombreuses fonctions souhaitées et, par conséquent, de réduire le coût du système et la surveillance de la fabrication.

Le système avec toutes ses fonctions a été testé pour garantir son bon fonctionnement. Le circuit final peut nécessiter des modifications spéciales ou des éléments supplémentaires adaptés au moteur choisi.

Pour vérifier que le système fonctionne de manière nominale, des cas de test pour les entrées ont été générés à l'aide de l'émulateur de concepteur GreenPAK. L'émulation vérifie différents cas de test pour les sorties et la fonctionnalité du décodeur IR est confirmée. La conception finale est également testée avec un moteur réel pour confirmation.

Ci-dessous, nous avons décrit les étapes nécessaires pour comprendre comment la puce GreenPAK a été programmée pour créer le décodeur IR pour le contrôle du moteur à courant alternatif à plusieurs vitesses. Cependant, si vous souhaitez simplement obtenir le résultat de la programmation, téléchargez le logiciel GreenPAK pour afficher le fichier de conception GreenPAK déjà terminé. Branchez le kit de développement GreenPAK sur votre ordinateur et appuyez sur programme pour créer le circuit intégré personnalisé pour le décodeur IR pour le contrôle du moteur à courant alternatif à plusieurs vitesses.

Étape 1: Moteur de ventilateur à courant alternatif à 3 vitesses

Les moteurs à courant alternatif à 3 vitesses sont des moteurs monophasés alimentés en courant alternatif. Ils sont souvent utilisés dans une grande variété d'appareils ménagers tels que divers types de ventilateurs (ventilateur mural, ventilateur de table, ventilateur de boîte). Par rapport à un moteur à courant continu, le contrôle de la vitesse dans un moteur à courant alternatif est relativement compliqué car la fréquence du courant délivré doit changer pour modifier la vitesse du moteur. Les appareils tels que les ventilateurs et les machines de réfrigération ne nécessitent généralement pas une granularité fine de la vitesse, mais nécessitent des étapes discrètes telles que des vitesses faibles, moyennes et élevées. Pour ces applications, les moteurs de ventilateur à courant alternatif ont un certain nombre de bobines intégrées conçues pour plusieurs vitesses où le passage d'une vitesse à une autre est accompli en activant la bobine de la vitesse souhaitée.

Le moteur que nous utilisons dans ce projet est un moteur à courant alternatif à 3 vitesses qui a 5 fils: 3 fils pour le contrôle de la vitesse, 2 fils pour l'alimentation et un condensateur de démarrage comme illustré dans la figure 2 ci-dessous. Certains fabricants utilisent des fils à code couleur standard pour l'identification des fonctions. La fiche technique d'un moteur affichera les informations du moteur particulier pour l'identification des fils.

Étape 2: Analyse du projet

Dans ce Instructable, un GreenPAK IC est configuré pour exécuter une commande donnée, reçue d'une source telle qu'un émetteur IR ou un bouton externe, pour indiquer l'une des trois commandes:

On/Off: le système est allumé ou éteint à chaque interprétation de cette commande. L'état On/Off sera inversé à chaque front montant de la commande On/Off.

Minuterie: la minuterie fonctionne pendant 30, 60 et 120 minutes. A la quatrième impulsion, la minuterie est désactivée et la période de minuterie revient à l'état de synchronisation d'origine.

Vitesse: contrôle la vitesse du moteur, en itérant successivement la sortie activée à partir des fils de sélection de vitesse du moteur (1, 2, 3).

Étape 3: décodeur IR

Un circuit décodeur IR est conçu pour recevoir les signaux d'un émetteur IR externe et pour activer la commande souhaitée. Nous avons adopté le protocole NEC en raison de sa popularité auprès des fabricants. Le protocole NEC utilise la "distance d'impulsion" pour coder chaque bit; chaque impulsion prend 562,5 us pour être transmise en utilisant le signal d'une porteuse de fréquence de 38 kHz. La transmission d'un signal logique 1 nécessite 2,25 ms tandis que la transmission d'un signal logique 0 prend 1,125 ms. La figure 3 illustre la transmission du train d'impulsions selon le protocole NEC. Il se compose d'une rafale AGC de 9 ms, puis d'un espace de 4,5 ms, puis de l'adresse de 8 bits et enfin de la commande de 8 bits. Notez que l'adresse et la commande sont transmises deux fois; le deuxième temps est le complément à 1 (tous les bits sont inversés) en parité pour s'assurer que le message reçu est correct. LSB est transmis en premier dans le message.

Étape 4: Conception GreenPAK

Les bits pertinents du message reçu sont extraits en plusieurs étapes. Pour commencer, le début du message est spécifié à partir de la rafale AGC de 9 ms utilisant CNT2 et LUT1 à 2 bits. Si cela a été détecté, un espace de 4,5 ms est alors spécifié via CNT6 et 2L2. Si l'en-tête est correct, la sortie DFF0 est mise à l'état haut pour permettre la réception de l'adresse. Les blocs CNT9, 3L0, 3L3 et P DLY0 sont utilisés pour extraire les impulsions d'horloge du message reçu. La valeur du bit est prise au front montant du signal IR_CLK, à 0,845 ms du front montant de IR_IN.

L'adresse interprétée est ensuite comparée à une adresse stockée dans le PGEN à l'aide de 2LUT0. 2LUT0 est une porte XOR et le PGEN stocke l'adresse inversée. Chaque bit du PGEN est comparé séquentiellement au signal entrant, et le résultat de chaque comparaison est stocké dans DFF2 avec le front montant de IR-CLK.

Dans le cas où une erreur a été détectée dans l'adresse, la sortie de verrouillage LUT5 SR à 3 bits est modifiée sur High dans le but d'empêcher la comparaison du reste du message (la commande). Si l'adresse reçue correspond à l'adresse stockée dans PGEN, la seconde moitié du message (commande et commande inversée) est dirigée vers SPI afin que la commande souhaitée puisse être lue et exécutée. CNT5 et DFF5 sont utilisés pour spécifier la fin de l'adresse et le début de la commande où les « données du compteur » de CNT5 sont égales à 18: 16 impulsions pour l'adresse en plus des deux premières impulsions (9 ms, 4,5 ms).

Dans le cas où l'adresse complète, y compris l'en-tête, a été correctement reçue et stockée dans le CI (en PGEN), la sortie 3L3 OR Gate donne le signal Low à la broche nCSB de SPI à activer. Le SPI commence par conséquent à recevoir la commande.

Le SLG46620 IC dispose de 4 registres internes d'une longueur de 8 bits et il est ainsi possible de stocker quatre commandes différentes. DCMP1 est utilisé pour comparer la commande reçue aux registres internes et un compteur binaire 2 bits est conçu dont les sorties A1A0 sont connectées aux MTRX SEL # 0 et #1 de DCMP1 afin de comparer la commande reçue à tous les registres successivement et en continu.

Un décodeur avec verrou a été construit en utilisant DFF6, DFF7, DFF8 et 2L5, 2L6, 2L7. La conception fonctionne comme suit; si A1A0=00 la sortie SPI est comparée au registre 3. Si les deux valeurs sont égales, DCMP1 donne un signal High à sa sortie EQ. Puisque A1A0=00, ceci active 2L5, et DFF6 sort par conséquent un signal haut indiquant que le signal On/Off a été reçu. De même, pour le reste des signaux de contrôle, CNT7 et CNT8 sont configurés comme « Both Edge Delay » pour générer un délai et permettre au DCMP1 de changer l'état de sa sortie avant que la valeur de sortie ne soit maintenue par les DFF.

La valeur de la commande On/Off est stockée dans le registre 3, la commande timer dans le registre 2 et la commande speed dans le registre 1.

Étape 5: Accélérer le MUX

Pour changer de vitesse, un compteur binaire à 2 bits a été construit dont l'impulsion d'entrée est reçue par le bouton externe connecté à Pin4 ou à partir du signal de vitesse IR via P10 du comparateur de commande. A l'état initial Q1Q0 =11, et en appliquant une impulsion sur l'entrée du compteur à partir de 3 bits LUT6, Q1Q0 devient successivement 10, 01, puis l'état 00. LUT7 3 bits a été utilisé pour ignorer l'état 00, étant donné que seules trois vitesses sont disponibles dans le moteur choisi. Le signal On/Off doit être High pour activer le processus de contrôle. Par conséquent, si le signal On/Off est Low, la sortie activée est désactivée et le moteur est éteint comme illustré à la Figure 6.

Étape 6: Minuterie

Une minuterie à 3 périodes (30 min, 60 min, 120 min) est mise en œuvre. Pour créer la structure de contrôle, un compteur binaire à 2 bits reçoit des impulsions d'un bouton de minuterie externe connecté à la broche 13 et du signal de minuterie IR. Le compteur utilise Pipe Delay1, où Out0 PD num est égal à 1 et Out1 PD num est égal à 2 en sélectionnant une polarité inversée pour Out1. Dans l'état initial Out1, Out0 = 10, le Timer est désactivé. Après cela, en appliquant une impulsion sur l'entrée CK pour Pipe Delay1, l'état de sortie passe successivement à 11, 01, 00, inversant le CNT/DLY à chaque état activé. CNT0, CNT3, CNT4 ont été configurés pour fonctionner comme des « retards de front montant » dont l'entrée provient de la sortie de CNT1, qui est configurée pour donner une impulsion toutes les 10 secondes.

Pour avoir une temporisation de 30 minutes:

30 x 60 = 1800 secondes ÷ intervalles de 10 secondes = 180 bits

Par conséquent, les données de compteur pour CNT4 sont de 180, CNT3 de 360 et CNT0 de 720. Une fois le délai écoulé, une impulsion haute est transmise via 3L14 à 3L11, provoquant la désactivation du système. Les temporisateurs sont réinitialisés si le système est éteint par le bouton externe connecté à la broche 12 ou par le signal IR_ON/OFF.

*Vous pouvez utiliser un relais à triac ou à semi-conducteurs au lieu d'un relais électromécanique si vous souhaitez utiliser un interrupteur électronique.

* Un anti-rebond matériel (condensateur, résistance) a été utilisé pour les boutons poussoirs.

Étape 7: Résultats

Comme première étape de l'évaluation de la conception, le simulateur logiciel GreenPAK a été utilisé. Des boutons virtuels ont été créés sur les entrées et les LED externes opposées aux sorties sur la carte de développement ont été surveillées. L'outil Signal Wizard a été utilisé pour générer un signal similaire au format NEC à des fins de débogage.

Un signal avec le modèle 0x00FF5FA0 a été généré, où 0x00FF est l'adresse correspondant à l'adresse inversée stockée dans le PGEN, et 0x5FA0 est la commande correspondant à la commande inversée dans le registre DCMP 3 pour contrôler la fonctionnalité On/Off. Le système à l'état initial est à l'état OFF, mais après l'application du signal, on constate que le système s'allume. Si un seul bit a été modifié dans l'adresse et que le signal a été réappliqué, nous constatons que rien ne se passe (adresse incompatible).

La figure 11 présente la carte après avoir démarré l'assistant de signalisation une fois (avec une commande marche/arrêt valide).

Conclusion

Ce Instructable se concentre sur la configuration d'un circuit intégré GreenPAK conçu pour contrôler un moteur à courant alternatif à 3 vitesses. Il intègre un certain nombre de fonctions telles que les vitesses de cycle, la génération d'une minuterie à 3 périodes et la construction d'un décodeur IR compatible avec le protocole NEC. Le GreenPAK a démontré son efficacité à intégrer plusieurs fonctions, le tout dans une solution IC à faible coût et à petite surface.