Opracował: Piotr Ligocki i Dominik Pielczyk. Opiekun: mgr inż. Ignacy Szubryt

Transkrypt

1 Wykonanie i oprogramowanie mikroprocesorowego rejestratora parametrów energii elektrycznej w celu zbadania praktycznego zastosowania prądnicy rowerowej do odzyskiwania energii traconej przy otwieraniu i zamykaniu drzwi. Opracował: Piotr Ligocki i Dominik Pielczyk Opiekun: mgr inż. Ignacy Szubryt

2 Autorzy Nazywamy się Piotr Ligocki i Dominik Pielczyk. Jesteśmy uczniami klasy 3b Zespołu Szkół Mechanicznych w Raciborzu. Nasze zainteresowania to elektronika, sport i muzyka. Razem realizujemy swoje zainteresowania i pasie zarówno w szkole jak i poza nią. Opiekunem naszego projektu jest Pan mgr inż. Ignacy Szubryt.

3 Cel projektu Celem pracy było zaprojektowanie i wykonanie rejestratora, który umożliwił nam przebadanie istniejącej instalacji do odzyskiwania energii traconej przy otwieraniu i zamykaniu drzwi. Projekt podzielono na: Identyfikację parametrów mierzonych wielkości Zaprojektowanie i budowę rejestratora Przeprowadzenie badań i wyciagnięcie wniosków

4 Konstrukcja modelu badawczego Podświetlenie znaku Szerokość drzwi rzeczywista, wysokość 1/3 standartu reflektory LED prądnica z przekładnią Układ elektroniczny z akumulatorem i multimetry rejestrator mikroprocesorowy

5 Opis modelu badawczego Podczas ruchu drzwi prądnica rowerowa (o mocy 6W) poprzez przekładnię wprawiana jest w ruch i generuje energię elektryczną. Prąd zmienny prądnicy prostowany jest w układzie elektronicznym a następnie przetwarzany poprzez przetwornice BUCK/BOOST i ładuje akumulator. rolki dociskające rolka podpierając a Uchwyt z łożyskiem

6 Opis modelu badawczego mostek Graetza przetwornica BUCK/BOOST złącza układu pomiarowego czujnik zmierzchowy bocznik 0,1Ω Układ pomiarowy składa się z: pomiaru napięcia na akumulatorze 0-4,5V, akumulator NiCd 3,6V pomiaru prądu ładowania (0-2A) akumulatora poprzez bocznik 0.1Ω (0-0,2V).

7 Pomiary oscyloskopowe Pomiar prądu ładowania akumulatora (napięcia na boczniku) podczas jednego cyklu otwierania i zamykania drzwi. Podziałka 20mV odpowiada prądowi o wartości 200mA.

8 Projekt rejestratora Głównym elementem rejestratora jest mikrokontroler z rodziny AVR ATmega32A, który odpowiada z pomiary oraz obliczanie zgromadzonej energii w akumulatorze. Zostały wykorzystane wejścia różnicowe przetwornika analogowo-cyfrowego, co jest konieczne w przypadku pomiaru prądu poprzez bocznik. Pomiary wykonywane są z częstotliwością 1kHz.

9 Wielkości mierzone przez rejestrator Natężenie prądu w amperach zakres pomiarowy 0-2,56A co odpowiada napięciu na boczniku 0-0,256V Napięcie akumulatora w woltach zakres pomiarowy 0-5,12V Energia elektryczna podczas ładowania akumulatora w mwh Ładunek podczas ładowania akumulatora w mah

10 przyciski sterowania Wykonanie i montaż płytki drukowanej LED sygnalizacji pracy LED awarii przycisk reset złącze zasilania złącze programowania złącza pomiarowe układ wykrywania zaniku zasilania

11 Wykonanie i montaż płytki drukowanej

12 Działanie rejestratora Mikrokontroler dokonuje pomiaru prądu i napięcia co 1ms. Pomiar dokonywany jest przetwornikiem analogowo-cyfrowym wbudowanym w mikrokontroler. W celu normalizacji i odjęcia napięcia wspólnego na boczniku, używany jest kanał przetwornika A/C wyposażony we wzmacniacz różnicowy o wzmocnieniu 10. Procesor uśrednia otrzymane pomiary co 1 sekundę, przelicza ile wynosi energia elektryczna uzyskana w rozpatrywanej sekundzie i jakim ładunkiem zostało naładowane ogniwo. Uzyskane wyniki dodaje do poprzednich oraz wyświetla na wyświetlaczu LCD

13 Działanie rejestratora Dioda LED zielona służy do sygnalizacji pracy procesora. Dioda LED czerwona służy do sygnalizacji awarii, którą jest: błędna polaryzacja mierzonego napięcia, nieprawidłowy kierunek płynięcia prądu lub zawieszenie się procesora. Przyciski służą do kasowania wskazania rejestratora oraz kasowania sygnalizacji awarii. Rejestrator posiada układ wykrywający zanik zasilania, dzięki czemu możliwe jest zapisanie wskazań do pamięci nieulotnej EEPROM, które zostaną odczytane po ponownym zasileniu układu.

14 Przeprowadzone pomiary Celem pomiarów było: Określenie ilości energii elektrycznej gromadzonej w akumulatorze w zależności od ilości cykli otwarcia i zamknięcia drzwi (pomiar 1000 cykli), pomiar czasu świecenia reflektorów LED do rozładowania akumulatora, pomiar czasu działania podświetlenia znaku ewakuacyjnego do rozładowania akumulatora.

15 Wykres ładowania akumulatora

16 Wykres pracy reflektorów LED Skok napięcia w 80 minucie wynika z przerwy w pomiarach.

17 Wykres pracy podświetlania znaku ewakuacyjnego

18 Wnioski z pomiarów Na podstawie porównania danych uzyskanych przy pomocy rejestratora oraz profesjonalnego układu pomiarowego jakim jest oscyloskop stwierdzamy, że rejestrator działa poprawie i dokładnie. Rejestrator pozwolił nam na określenie ilości energii zgromadzone po 1000 cykli. Energia w ten sposób uzyskana nie pozwala na pełne naładowanie naszego akumulatora. Układ ten nie może samodzielnie zasilać ciągle reflektorów oświetlenia np. klatki schodowej lub elewacji. Może natomiast zasilać w sposób krótkotrwały.

19 Wnioski z pomiarów Podświetlenie znaku ewakuacyjnego jest możliwe w sposób ciągły. Na podstawie pomiarów uznaliśmy, że badany układ działa poprawie, jednak w praktycznym zastosowaniu mógłby być elementem większego systemu odzyskującego energię lub systemu autonomicznego. Stanowiłby innowacyjne uzupełnienie np. systemów solarnych.

20 Trudności podczas realizacji projektu Projekt pozwolił nam na zmierzenie się z trudnością zaprojektowania układu mikroprocesorowego oraz jego oprogramowaniem. Pierwszy raz użyliśmy elementów w obudowie SMD, dzięki czemu nauczyliśmy się je lutować. Długi czas wykonywania pomiarów zmusił nas do przyjścia do szkoły w czasie ferii zimowych.

21 Podsumowanie Uważamy, że nasza praca jest nowatorska, ponieważ taki sposób odzyskiwania energii jest jeszcze mało zbadany. Wykonany przez nas rejestrator pozwala na dalsze badania i zastosowanie również w innych urządzeniach tego typu. Projekt ten pozwolił nam zapoznać się z podstawowymi zagadnieniami metrologii i metodami badawczymi

22 Dziękujemy za uwagę