Generator fali prostokątnej do systemu PAS
: 20 cze 2021, 13:03
Jako, że jeżdżę wyłącznie na czujniku PAS i w ogóle nie montowałem manetki, jestem zdany na prawidłowe działanie tego czujnika. Opisywałem moje przygody z montażem czujnika PAS w suporcie typu Octalink (bardzo mało miejsca, normalny czujnik się nie mieści). Poza tym okazało się, że klasyczny chiński czujnik wysyła sygnał prostokątny podczas kręcenia pedałami do przodu, ale i do tyłu (co jest groźne). Wykonałem i opisałem na tym forum własny czujnik PAS oparty o dwa czujniki Hall'a i przerzutnik typu D wykonany w technologii CMOS (CD4013). Ten moduł prawidłowo działał przez około 4500 km. W tym roku jednak rower odmówił mi wspomagania, prawdopodobnie trzeba ponownie wykonać taki moduł. Poprzedni był zalewany żywicą epoksydową, co - jak się okazało - implikuje potencjalne problemy. Taki moduł jest tani i dość prosty w wykonaniu, więc tutaj nie ma problemu. Jednak zadałem sobie pytanie, co by było, gdyby rower przestał mnie wspomagać np. 50 km od domu. Szybko doszedłem do wniosku, że konieczne jest wykonanie awaryjnego systemu podającego sygnał prostokątny, jakiego oczekuje kontroler silnika. Ogólnie metoda działania systemu PAS polega na wykrywaniu zbocza (narastającego lub opadającego) w przebiegu fali z obu czujników Hall'a i określenie dzięki różnicy czasowej kierunku obrotu pedałów. I jeżeli kręcimy pedałami do przodu, jest generowany niesymetryczny sygnał prostokątny. Tyle teorii.
Układ powinien więc spełniać następujące założenia:
a. zasilanie z wiązki PAS (tak, jak czujnik PAS),
b. generowanie fali prostokątnej TTL o częstotliwości ok. 6-10 Hz (ta wartość nie jest krytyczna, podczas badania generatorem stwierdziłem, że mój kontroler uruchamia silnik przy f = 3-30 Hz, optymalne wydaje się f = 6-7 Hz),
c. fala prostokątna powinna mieć wypełnienie niesymetryczne, czyli nie 50% poziom wysoki / 50% poziom niski, ale np. 25% poziom wysoki / 75% poziom niski (te wartości nie są krytyczne),
d. Powinniśmy mieć możliwość odwrócenia tego sygnału, czyli z 25% High / 75% Low łatwo zrobić 75% High / 25% Low. Wiele kontrolerów pozwala to wykonać w menu konfiguracji, ale są systemy wymagające konkretnego poziomu wypełnienia fali prostokątnej.
Pokazany schemat oparty jest na układzie CMOS CD4093 (cztery bramki Szmitta typu NAND). Wykonanie prostego generatora na takich bramkach jest banalnie proste, ale otrzymujemy przebieg symetryczny (wypełnienie 50%). W celu zaburzenia tej symetrii użyto dwóch różnych rezystorów z diodami o przeciwnej polaryzacji. W ten sposób możemy regulować poziom wypełnienia fali prostokątnej. Użycie bramek Szmitta cyfryzuje sygnał wyjściowy, dzięki czemu początkowo analogowy przebieg bardziej przypomina prostokąt. Technologia CMOS oznacza też zasilanie od 3-15V i wyjście w standardzie TTL. Oto schemat urządzenia:
Generator został przetestowany i skalibrowany przy napięciu stabilizowanym 5V. W praktyce będziemy go zasilali napięciem 4,2-4,3V występującym w kostce PAS. W tym wypadku otrzymamy częstotliwość rzędu 6,12Hz. Jak widać, wartość napięcia ma wpływ na parametry fali wyjściowej, jednak w naszym wypadku niczego to nie zmienia w funkcjonalności układu.
Przede mną jeszcze próby in situ, zobaczymy czy kontroler będzie się zgadzał z tym, co ja tu piszę Docelowo planuję wykonać małą "kostkę" z wyłącznikiem (myślę o dwóch włącznikach: chwilowym i permanentnym) wpinaną w wiązkę czujnika PAS (zamiast tego czujnika). To pozwoli spokojnie dojechać do celu, pomimo wystąpienia potencjalnej awarii czujnika PAS. Podłączenia takiego mini-modułu w terenie na pewno jest prostsze, niż demontaż czujnika PAS (demontaż korb, suportu, ew. wymiana modułu czujnika na nowy). Zastanawiam się jeszcze nad innym zabezpieczeniem czujnika PAS, niż to zalewanie żywicą, czy poxipolem. Na obudowę nie ma tu miejsca, być może wystarczy wielokrotne lakierowanie lakierem do zabezpieczania PCB.
Układ powinien więc spełniać następujące założenia:
a. zasilanie z wiązki PAS (tak, jak czujnik PAS),
b. generowanie fali prostokątnej TTL o częstotliwości ok. 6-10 Hz (ta wartość nie jest krytyczna, podczas badania generatorem stwierdziłem, że mój kontroler uruchamia silnik przy f = 3-30 Hz, optymalne wydaje się f = 6-7 Hz),
c. fala prostokątna powinna mieć wypełnienie niesymetryczne, czyli nie 50% poziom wysoki / 50% poziom niski, ale np. 25% poziom wysoki / 75% poziom niski (te wartości nie są krytyczne),
d. Powinniśmy mieć możliwość odwrócenia tego sygnału, czyli z 25% High / 75% Low łatwo zrobić 75% High / 25% Low. Wiele kontrolerów pozwala to wykonać w menu konfiguracji, ale są systemy wymagające konkretnego poziomu wypełnienia fali prostokątnej.
Pokazany schemat oparty jest na układzie CMOS CD4093 (cztery bramki Szmitta typu NAND). Wykonanie prostego generatora na takich bramkach jest banalnie proste, ale otrzymujemy przebieg symetryczny (wypełnienie 50%). W celu zaburzenia tej symetrii użyto dwóch różnych rezystorów z diodami o przeciwnej polaryzacji. W ten sposób możemy regulować poziom wypełnienia fali prostokątnej. Użycie bramek Szmitta cyfryzuje sygnał wyjściowy, dzięki czemu początkowo analogowy przebieg bardziej przypomina prostokąt. Technologia CMOS oznacza też zasilanie od 3-15V i wyjście w standardzie TTL. Oto schemat urządzenia:
Generator został przetestowany i skalibrowany przy napięciu stabilizowanym 5V. W praktyce będziemy go zasilali napięciem 4,2-4,3V występującym w kostce PAS. W tym wypadku otrzymamy częstotliwość rzędu 6,12Hz. Jak widać, wartość napięcia ma wpływ na parametry fali wyjściowej, jednak w naszym wypadku niczego to nie zmienia w funkcjonalności układu.
Przede mną jeszcze próby in situ, zobaczymy czy kontroler będzie się zgadzał z tym, co ja tu piszę Docelowo planuję wykonać małą "kostkę" z wyłącznikiem (myślę o dwóch włącznikach: chwilowym i permanentnym) wpinaną w wiązkę czujnika PAS (zamiast tego czujnika). To pozwoli spokojnie dojechać do celu, pomimo wystąpienia potencjalnej awarii czujnika PAS. Podłączenia takiego mini-modułu w terenie na pewno jest prostsze, niż demontaż czujnika PAS (demontaż korb, suportu, ew. wymiana modułu czujnika na nowy). Zastanawiam się jeszcze nad innym zabezpieczeniem czujnika PAS, niż to zalewanie żywicą, czy poxipolem. Na obudowę nie ma tu miejsca, być może wystarczy wielokrotne lakierowanie lakierem do zabezpieczania PCB.