1,080 matches
-
automateă sau în sistemele de control al proceselor industriale, robotică, avionică și senzorică. 1.1. Introducere Sistemul embedded (sistem dedicat, sistem înglobată este o noțiune ce definește un sistem de structuri de calcul hard si soft, circuite electronice respectiv componente electromecanice, conceput pentru a realiza o funcție specifică (sistem dedicat unei aplicațiiă. Sistemele embedded stau la baza oricărui sistem modern miniaturizat sau așa zis “semiinteligent”. O altă definiție a sistemelor embedded ([3]Ă este că sunt sisteme de calcul destinate să
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
vadă și să controleze capabilitățile interne ale dispozitivului comunicând cu softul de dezvoltare prin intermediul interfeței seriale. Majoritatea dispozitivele programabile performante din ziua de astăzi dispun de un port de programare și depanare compatibil cu standardul JTAG. Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 127 5. Alimentarea cu energie electrică a sistemelor embedded 5.1. Alimentarea de la rețeaua electrică Alimentarea de la rețeaua națională de electricitate a unui sistem embedded este soluția cea mai simplă și, în
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
realizat cu un rezistor și un condensator, urmat de circuit de redresare, filtrare și stabilizare a tensiunii de ieșire. Sursa funcționează doar pentru curenți mici, de ordinul miliamperilor, și necesită atenție deosebită pentru că nu realizează separare Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 128 galvanică a liniilor rețelei. Schema tipică a unui alimentator cu transformator este prezentată în figura 5.1. Se preferă folosirea redresării bialternanță cu punte de diode sau cu transformator cu priză
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
se calculează în condiții de sarcină aplicată la ieșirea sursei si are valoarea (pentru redresorul în punteă: min min 2 2 1 ch AM disdrregSEC C I tVVVV Timpul de descărcare tdis se calculează cu formula Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded se admite 10% descărcare a condensatorului de filtraj, rezultă tdis =0.43T se admite 30% descărcare a condensatorului de filtraj, rezultă tdis =0.38T Schema unui alimentator cu condensator este prezentată în figura 5.2. Această sursă
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
Sursă cu condensator Se utilizează următoarele notații: Vac tensiunea rețelei fac frecvența rețelei (50/60 Hză ω pulsația Cm capacitatea condensatorului Rm rezistența rezistorului serie În aceste condiții curentul efectiv prin circuit se calculează cu relația: Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 130 2 22 11 m m ac m m ac ac R C V R Cj V I Capacitatea minimă a condensatorului este 2 max 2 min min min 2 1 2
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
coborâtor de tensiune, dar dezavantajul major este lipsa izolării galvanice de rețea. În plus, străpungerea dielectricului condensatorului conduce la pătrunderea tensiunii mari în sistemul embedded, care, cel mai probabil, va fi defectat iremediabil în urma acestui eveniment. Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 131 5.2. Alimentarea de la baterii Bateriile se clasifică în primare și secundare. Bateriile primare sunt încărcate după fabricație, iar după descărcare nu se pot reâncărca. Bateriile secundare sunt descărcate după fabricație
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
tipuri uzuale de baterii, tehnologia LiMnO 2 oferă cea mai mare densitate de energie; în figura alăturată A - baterii LiMnO 2, B - baterii Ag2O (oxid de argintă, C - baterii alcaline, D - baterii ZnCl2 (clorură de zincă: Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 132 Figura 5.3 Densitatea de energie prezentată comparativ pentru diferite tipuri de baterii Construcția bateriilor cu litiu se alege în funcție de particularitățile aplicației: structură cilindrică în formă de mosor, pentru capacitate mare
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
temperaturi de ordinul 20 grade Celsiusă Figura 5.4. Baterie cu litiu - structură cilindrică în formă de mosor.. structură cilindrică în spirală, pentru capacități mari și capabilități sporite în curent (durată de peste 5 ani în funcționareă Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 133 Figura 5.5. Baterie cu litiu - structură cilindrică în spirală. structură tip buton/nasture, pentru aplicații în care dimensiunile și greutatea sunt decisive Figura 5.6. Baterie cu litiu - structură tip
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
de descărcare corespunzătoare diferitelor temperaturi pentru o baterie cilindrică în construcție tip mosor, gabarit AA, capacitate 2000mAh, care debitează pe o sarcină de 5.6kΩ (A = -40oC, B = +80oC, C = +60oC, D = -20oC, E = +23oC Ă Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 134 Figura 5.7. Curbele de descărcare pentru diferite temperaturi. Cel mai răspândit model de baterie cu litiu în tehnologie LiMnO 2 este modelul nasture/buton CR2032, existent pe orice placă de
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
În figurile 5.8 se prezintă caracteristicile mai importante ale acestui model: aă bă Figura 5.8 Curbe de descărcare pentru baterie CR2032: aă la temperatura camerei (21oCĂ; bă la sarcină constantă (5,6KĂ. aă bă Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 135 Figura 5.9 Caracteristici baterie CR2032: aă Caracteristica tensiune-curent de descărcare la 50% descărcare; bă Capacitate disponibilă în funcție de curentul de descărcare. Utilizarea bateriilor cu litiu impune respectarea anumitor precauții în utilizare
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
Bateria plumb-acid etanșă (Sealed Lead Acid SLAĂ • Nichel-cadmiu (NiCdă • NiMH (NiMHĂ • Litiu-Ion (Li-Ionă Pentru a selecta bateria și algoritmul de încărcare potrivite pentru o anumită aplicație este necesară cunoașterea unor informații de bază cu privire la aceste baterii. Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 136 Baterii plumb-acid etanșe (Sealed Lead Acid SLAĂ Acest tip de baterie este folosit în multe aplicații pentru care costul reprezintă un factor de decizie mai important decât dimensiunea și greutatea; sunt
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
mai puțin de trei ore, în mod normal într-o orăă necesită măsurători precise ale tensiunii pe celulă, ale curentului de încărcare, ale temperaturii bateriei, pentru a încărca complet bateria, fără a o supraîncărca sau deteriora. Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 137 Metode de încărcare Bateriile de tip SLA și Li Ion se încarcă la tensiune constantă (cu limitare de curentă. NiCd și NiMH se încarcă la curent constant. Curentul de încărcare maxim
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
oprire a încărcării Aplicația și mediul în care se folosește bateria impun anumite cerințe cu privire la alegerea metodei de oprire. În anumite cazuri măsurarea temperaturii bateriei poate fi imposibilă dar este relativ simplă măsurarea tensiunii, sau invers. Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 138 -dV/dt căderea de tensiune Această metodă utilizează derivata negativă a tensiunii funcție de timp, monitorizând căderea de tensiune care apare în cazul anumitor tipuri de baterii, atunci când încărcarea continuă după ce bateria
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
tensiunii se anulează Această metodă de terminare este foarte similară cu metoda -dV/dt, dar sesizează cu o precizie mai mare momentul în care tensiunea nu mai crește în timp. Se aplică bateriilor NiCd și NiMH. Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 139 5.3. Alimentarea autonomă a sistemelor embedded. Alimentarea autonomă a sistemelor embedded de consum foarte redus prin valorificarea energiei mediului ambiant, concept numit și energy harvesting, s-a dezvoltat foarte mult
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
Figura 5.11 Sistem de captare a energiei de radiofrecvență Generatoarele termoelectrice (TEG Thermoelectric generatoră sunt module termoelectrice care convertesc conform efectului Seebeck diferența de temperatură de-a lungul lor, deci fluxul termic, în tensiune electrică. Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 140 Figura 5.12 Generator termoelectric ([59]Ă Generatoarele termoelectrice sunt realizate din perechi de peleți semiconductori n și p înseriați și plasați într-o structură sandwich între două plăci ceramice conductoare
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
programabile (de exemplu la fiecare secundăă de către circuitul BasicTimer 1. Un astfel de sistem este trezit în fiecare secundă și incrementează un contor de timp iar la fiecare minut efectuează o achiziție de semnal folosind convertorul Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 141 analog-digital integrat și apoi procesează rezultatul măsurătorii. Figura 5.14 Evoluția consumului instantaneu la un microcontroller MSP430. Se poate calcula în condițiile date consumul microcontrolerului, considerând următoarele mărimi: t1 intervalul între
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
IAMAD consumul în mod activ cu circuitul ADC12 activat. 0.42+0.8mA=1.22mA tipic ILPM3 consumul în modul LPM3. Tipic 1.6μA Curentul mediu consumat din baterie de microcontrolerul MSP430 este calculabil cu formula: Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Formula de mai sus se poate simplifica dacă timpii tTim, tADC si tproc sunt mult mai mici decât t1, ceea ce este cazul normal: 3 12 11 LPMAMADADCAMprocAMTimCC IItIt t It t I Considerăm că sistemul lucrează cu
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
dispozitivelor externe. Figura 5.15 Cântar electronic implementat cu microcontroler MSP430F4XX Consumul total al unui astfel de sistem alimentat de la baterie cuprinde mai multe componente: 1. Consumul microcontrolerului MSP430; 2. Curentul de descărcare propriu al bateriei; Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 143 3. Consumul cuarțului; 4. Consumul afișorului cu cristale lichide; 5. Consumul componentelor electronice externe. Fiecare dintre aceste componente va fi analizată în continuare. Presupunem că sistemul lucrează pe baza modului de
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
fronturi ale semnalului, poate fi detectată orice modificare de stare fără testări permanente ale intrării. Această facilitate simplifică mult implementarea citirii contactelor și tastelor. 6. Evitarea calculelor foarte lungi și înlocuirea lor pe cât posibil cu calculul Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 144 tabelat. Cele 7 moduri de adresare ale procesorului MSP430 asigură un lucru cu tabelele rapid și transparent din punct de vedere al codului. 7. Trebuie evitată plasarea porțiunilor des folosite de
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
Aceasta înseamnă nu direct pe sau în vecinătatea părților fierbinți. O valoare frecvent utilizată pentru estimarea descărcării unei baterii de-a lungul unui timp de funcționare de 10 ani este lucrul cu o capacitate de doar Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 145 70% din valoarea nominală. Această valoare presupune o autodescărcare anuală pSe de: %5.303504.07.01 10 SEp Curentul de autodescărcare ISE are astfel o valoare de aproximativ 2μA Consumul cuarțului
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
M V R V I LCD CC RLCD 5.0 5.14 0.3 4 Calculul duratei de viață a bateriei Considerând valorile analizate anterior se poate estima durata de viață a bateriei (baterie cu litiuă: Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 146 SysRLCDLCDQuCC Bat Bat IIIII Q t în care intervin următoarele elemente: tBatt durata de viață a bateriei în ore Qbatt capacitatea utilă a bateriei (70% din capacitatea nominală, Qnom=0.5Ahă
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
0 Acest număr de ore corespunde unei durate de viață a bateriei de 8.53 ani. Prin utilizarea unei tensiuni de alimentare de 2.2V se poate crește acest timp, pentru că toți curenții se vor reduce. Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 147 6. Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Formatele standardizate de cartele, carcase și magistrale asigură interconectarea facilă între diferite module electronice și contribuie la reducerea prețului total al sistemului prin existența
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
8.53 ani. Prin utilizarea unei tensiuni de alimentare de 2.2V se poate crește acest timp, pentru că toți curenții se vor reduce. Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 147 6. Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Formatele standardizate de cartele, carcase și magistrale asigură interconectarea facilă între diferite module electronice și contribuie la reducerea prețului total al sistemului prin existența mai multor producători de echipamente compatibile. Un format utilizat de sistemele electronice pentru
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
răspândite sau mai restrânse și pentru sistemele embedded. De exemplu, standardul Q7 sau Q Seven implementează un calculator monoplacă (sau un modul procesoră într-un format de placă pătrată cu latura de 70mm (fig.6.2Ă. Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 148 Figura 6.2 Placă cu procesor Intel Atom conform standardului Q7 ([15]Ă Un astfel de format de placă are aplicații specifice și necesită, de obicei, o structură specială (un cabinetă
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]
-
cu magistrale ISA și PCI este prezentat în figura următoare([07]Ă: Figura 6.3 Calculator cu procesor Intel Pentium cu magistrale ISA și PCI Magistrala PCI cuprinde un arbitru de magistrală și mai multe dispozitive Capitolul 6 Elemente constructive electromecanice ale sistemelor embedded Construcția și tehnologia sistemelor embedded 149 tip slave. Atunci când un dispozitiv dorește să comunice pe magistrală trebuie să solicite accesul arbitrului. Figura 6.4 Arbitrarea magistralei PCI Funcționarea magistralei PCI este simplă, se plasează date sau adrese
CONSTRUCŢIA ŞI TEHNOLOGIA SISTEMELOR EMBEDDED by Andrei DRUMEA () [Corola-publishinghouse/Science/674_a_1069]