Progettiamo Insieme Un Accenditore Per Candele?

[M-SAX]

Ciao a tutti,
Da tempo ho in testa il progetto e la costruzione di un accenditore di candele per i motori glow da mettere a bordo del modello.
In realtà ho già una bozza, sia degli schemi sia del PCB, ma voglio affrontare questo problema, se così possiamo chiamarlo, con un approccio diverso: più teste sono meglio di una.
Ovvero, l'intento di questa nuova discussione è raccogliere idee, suggerimenti, interpretare le esigenze di noi modellisti e tradurre il tutto in un oggetto efficace da montare sui nostri modelli.

Sono partito da questi presupposti/requisiti:
§ deve essere leggero (batteria compresa, ovviamente!)
§ deve essere sicuro e impedire qualsiasi accensione involontaria del motore quando, per esemio, giochiamo con l'elica con modello a terra
§ deve essere davvero un aiuto al funzionamento del motore
L'economicità della soluzione passa in secondo piano ma dall'altro lato non deve neanche essere inutilmente costoso.

Il progetto sicuramente di basa su microcontrollore (un ARM7 Philips, ora NXP che conosco molto bene) il quale:
§ legge tensione e corrente ai capi della candela
§ regola in PWM la tensione di accensione
§ avverte in caso di avaria alla candela
§ "sente" la posizione dello stick
§ avverte l'utente di quello che sta succedento
§ protegge la cella LiPo da eventuale "sottoscarica"

Vi allego una bozza degli schemi dove c'è ancora da ottimizzare tutta la parte di misura della tensione e della corrente ai capi della candela.
Lasciate perdere il piè pagina, è il nostro template aziendale, ma qui non c'entra niente con i nostri scopi...

Un breve commento agli schemi:
sulla proma tavola trovate il regolatore del 3.3V (U1) che alimenta il micro; sulla destra il mos Q3 del regolatore PWM con i circuiti di filtro per le misure. Sicuramente ci sarà da amplificare la tensione ai capi dello shunt R15 sul drain del mos per usare tutta la risoluzione dell' A/D del micro. In basso vedete i due led D3, D4 e il tasto SW1 dell'interfaccia utente.
Sull'altra tavola troviamo in micro U3 con il suo generatore di reset U4, il fotoaccoppiatore ISO1 verso il canale dell'acceleratore sulla radio, un pò di porte logiche per pilotare i led dell'interfaccia utente e per sentire la pressione del tasto, infine J3 o un connettore che ci permette di parlare con un PC (con Hyperterminal), molto utile in fase di debug per leggere i parametri e, im generale per inviare dei comandi al micro.
A livello di hardware è tutto, penso non serva altro.

La cosa più importante è il software del micro dove saranno implementate le nostre funzionalità, vi allego la bozza del documento.

Bene, a questo punto chiedo a voi cosa vi aspettate da un circuito del genere, quale sono le cose che dovrebbe fare, quali sicurezze bisogna implementare, insomma questo regolatore dobbiamo farlo insieme!

Vi aspetto!

Marco

[MSchiepp]

Bello, ma... mi sembra un po' esagerato!

Se parti dal presupposto che non deve costare troppo non ti sembra che un ARM7 sia un po' sprecato per generare un PWM? Puoi fare la stessa cosa un un pic qualsiasi a 14 pin! E' vero che gli NXP sono dei bei micro (io li sto usando su un altimetro/variometro con display grafico e Protomax li ha messi nella sua telemetria - vedi qui su forum), ma per una applicazione del genere mi sembra un filo esagerato.
Sullo schema nulla dire, tranne due piccole osservazioni: il segnale che pilota il mosfet del PWM sarebbe meglio che fosse disaccoppiato con un condensatore (o meglio accoppiato in alternata) perchè se per qualsiasi motivo il pin di uscita del micro resta alto un po' di più del necessario la candela si brucia immediatamente.
Non so se serve la lettura della tensione: dallo schema leggi il valore medio in uscita dal PWM, valore che però puoi facilmente calcolare dal valore della tensione di batteria e dalla modulazuone del PWM e la presenza della candela può essere verificata dallo shunt di corrente.
L'ingresso andrebbe comunque fatto passare in un partitore: se la candela va in corto ti ritrovi la tensione di batteria direttamente sul micro.

Michele

[M-SAX]

Michele, ottime osservazioni!
l'ARM7 costa poi un paio di euro in più rispetto al PIC ma ti rende la vita molto più semplice nel senso che ho un sacco di codice scritto per ARM, già debuggato e funzionante.

Sull'accoppiare in alternata il mos non sono d'accordo, la modulazione sul duty-cycle non funzionerebbe più a dovere perchè il condensatore ti fa passare solo il transitorio, sarebbe una protezione solo nel caso in cui l'uscita del micro rimane piantata a 1, cosa che nell'NXP non succede perchè il controller PWM vive di vita propria a meno che non si fermi l'oscillatore principale. Su questo particolare punto ho parecchia esperienza perchè da 2 anni produciamo un sistema di ventiazione per automotive dove la velocità viene regolata in PWM con la stessa famiglia di micro e in sostanza lo stesso codice che intendo usare qui.
In più, disaccoppiando in alternata, ti ritrovi sul gate del mos una tensione che sale secondo la carica del condensatore, non un fronte ripido come in un accoppiamento diretto, questo ti fa transitare nella zona lineare del mos facendolo scaldare inutilmente e riducendo l'efficienza del sistema.
La lettura della tensione la lascerei perchè nella modulazione PWM la tensione di uscita è rapportata alla tensione di ingresso: un A/D libero c'è, numero 4 passivi sulla scheda ci stanno quindi perchè non implementare un vero controllo di tensione. Hai ragione sul fatto che è ridondante, ma sono talmente pochi i componenti in più...

Non capisco l'ultimo punto, quello del partitore. Il circuito è in grado di vedere se la candela è in corto: vedresti schizzare su la tensione ai capi dello shunt sul source del mos. Nel caso di corto sulla batteria, o di tensione in ingresso molto bassa, diciamo tanto bassa da compromettere il regolare funzionamento del micro, anche a livello di veloce transizione, potrebbe davvero verificarsi quello che dici tu sull'uscita PWM (rimanere incollata a 1), ma qui interviene il generatore di reset che re-inizializza tutto. In questa condizione il micro è tutto in 3-state e in mos rimane interdetto perchè il gate è forzato a massa.

Tra l'altro con questo circuito si riuscirebbe a misurare quanto la candela è accesa, ovvero quanto è caldo il filamento: la sua resistenza è proporzionale alla temperatura, quindi gli forzo una tensione e leggo la corrente che ci passa in mezzo. Questo potrebbe rendere inutile sentire la posizione dello stick del gas perchè il micro sa già lui quanto accendere la candela. Ad alti regimi la candela è più calda che ai bassi e il micro insegue questo comportamento cercando di correggerlo. Secondo te ha senso una cosa del genere? Qui il casino è che bisogna caratterizzare la candel a motore acceso...

Grazie per il feedback!

Marco

[gattodistrada]

molto interessante.. tutto il circuito e le idee sono ottime.. ma una domanda.. se usi una candela "calda" e poi metti una candela "fredda" il micro non "sentirebbe" che la candela e' fredda e tenderebbe ad accenderla troppo presto?? ... forse ho scritto una cavolata.. ma.. meglio un dubbio in meno che.. un dubbio non fugato!..

inoltre.. quando il motore e' spento.. bisogna spegnere anche la candela... questo spegnimento avviene solo manuale?...

[M-SAX]

Originalmente inviato da gattodistrada

molto interessante.. tutto il circuito e le idee sono ottime.. ma una domanda.. se usi una candela "calda" e poi metti una candela "fredda" il micro non "sentirebbe" che la candela e' fredda e tenderebbe ad accenderla troppo presto?? ... forse ho scritto una cavolata.. ma.. meglio un dubbio in meno che.. un dubbio non fugato!..

inoltre.. quando il motore e' spento.. bisogna spegnere anche la candela... questo spegnimento avviene solo manuale?...

Ottima osservazione!
visto che il micro ha risorse praticamente infinite, si potrebbe pensare di utilizzare il comando del gas per fare "imparare" al micro che tipo di candela ha il motore, questo più avvenire con una procedura di configurazione da fare una sola volta, o quando viene cambiata la candela.
Per spegnere la candela a motore spento, la vedo così: fare imparare al micro la posizione del minimo, quando lui sente che lo stick va sotto al minimo impostato vuol dire che abbiamo intenzionalmente chiuso tutto il carburatore e spento il motore.... e lui spegne la candela.

[gattodistrada]

Originalmente inviato da M-SAX

Ottima osservazione!
visto che il micro ha risorse praticamente infinite, si potrebbe pensare di utilizzare il comando del gas per fare "imparare" al micro che tipo di candela ha il motore, questo più avvenire con una procedura di configurazione da fare una sola volta, o quando viene cambiata la candela.
Per spegnere la candela a motore spento, la vedo così: fare imparare al micro la posizione del minimo, quando lui sente che lo stick va sotto al minimo impostato vuol dire che abbiamo intenzionalmente chiuso tutto il carburatore e spento il motore.... e lui spegne la candela.

a parte che penso che la procedura di .. configurazione .. sia piu' una rottura che altro.. forse conviene semplicemente far accendere la candela . fino ad un tot % di stick motore... come fanno gli attuali..

per lo spegnimento.. dopo che ho messo il trim del motore al minimo per spegnerlo lo rialzo... così da essere pronto per il prossimovolo... mentre il micro sentendo il minimo piu alto la riaccenderebbe...

forse meglio un pulsantino per far lo start della candela... ed una sicurezza che avvisa che lo stick del motore non e' al minimo.. altrimenti si rischia come e gia successo che il motore va in moto.. e con lo stick al massimo.. il modello.. avanza. tagliuzzando.. qualche dito..

[M-SAX]

Originalmente inviato da gattodistrada

a parte che penso che la procedura di .. configurazione .. sia piu' una rottura che altro.. forse conviene semplicemente far accendere la candela . fino ad un tot % di stick motore... come fanno gli attuali..

per lo spegnimento.. dopo che ho messo il trim del motore al minimo per spegnerlo lo rialzo... così da essere pronto per il prossimovolo... mentre il micro sentendo il minimo piu alto la riaccenderebbe...

forse meglio un pulsantino per far lo start della candela... ed una sicurezza che avvisa che lo stick del motore non e' al minimo.. altrimenti si rischia come e gia successo che il motore va in moto.. e con lo stick al massimo.. il modello.. avanza. tagliuzzando.. qualche dito..

Sì, questo tema non è da sottovalutare, la sicurezza prima di tutto: "a ME MI piacciono tutte le mie 10 dita!!"
Dunque, l'idea è: quando il micro sente che va sotto il minimo, spegne la candela e la tiene spenta anche se sente il minimo che torna su; aspetta quindi che venga dato un comando di ri-attivazione da parte dell'utente attraverso, come dici tu, un pulsantino.
Se vogliamo un oggetto semplice semplice, la procedura di configurazione non serve, ma per funzioni un pò più "ricercate" non c'è altro modo che fare imparare alcune cose al sistema.

[gattodistrada]

Originalmente inviato da M-SAX

Sì, questo tema non è da sottovalutare, la sicurezza prima di tutto: "a ME MI piacciono tutte le mie 10 dita!!"
Dunque, l'idea è: quando il micro sente che va sotto il minimo, spegne la candela e la tiene spenta anche se sente il minimo che torna su; aspetta quindi che venga dato un comando di ri-attivazione da parte dell'utente attraverso, come dici tu, un pulsantino.
Se vogliamo un oggetto semplice semplice, la procedura di configurazione non serve, ma per funzioni un pò più "ricercate" non c'è altro modo che fare imparare alcune cose al sistema.

piu che altro penso sia utile far imparare al sistema ..l'escursione massima e minima dello stick motore impostata su quel modello ... per il resto .. bisognerebbe far 2 prove con le candele. se la differenza e' di un 5% .. non e' importantissimo.. cioe' se la candela calda la accende con lo stick al 10% mentre quella fredda la accende gia al 15%.. non importa... se invece le differenze fossero del 20-30 %... allora avrebbe senso..far imparare la candela al micro..
per il discorso sicurezza.. il micro avvisa l'utente dello stick.. troppo alto e contestualmente non accende la candela.... mentre una volta portato lo stick al minimo (questo per avvisare che era troppo alto) accende la candela e la tiene accesa.. anche se viene portato piu in alto.. poi non so se c'e un modo di sapere se.. il motore e' in moto.. oppure ancora no.. in modo da tenerla accesa anche con lo stick a +di meta corsa.. per agevolarne la partenza.. per poi ritornare in modalita mantenimento..solo con il motore al minimo..

[MSchiepp]

Originalmente inviato da M-SAX

Non capisco l'ultimo punto, quello del partitore...

Non ho ricontrollato lo schema, ma mi sembrava di aver visto che i due ingressi analogici non erano uguali: uno aveva un partitore per non mandare nel micro i 7 volt della batteria, mentre l'altro aveva un integratore con r e c per leggere la tensione media del PWM; io avrei tolto l'integratore ed usato la stessa configurazione per leggere le due tensioni (istantanee) prima e dopo la candela.

Per i costi sono d'accordo con te che può essere la soluzione più immediata, ma ragionando da uno che produce elettronica, devi considerare che 3 EUR + quarzo + reset ti porta a, diciamo, 5 EUR in più, che come prezzo di vendita al pubblico diventa magicamente +15 EUR.

Per il discorso del pilotaggio del mos, per il medesimo mercato (auto) nel caso di pilotaggio di carichi 'importanti' è una soluzione obbligatoria per problemi di sicurezza per garantire in caso non solo di bug sw, ma di guasto hw che non resti attivata l'uscita in modo incontrollato.

Michele

[protomax]

Concordo con Mschiepp per l'ARM7 e' performante e molto potente per via della sua architettura pero' necessita di un utilizzo a pieno delle risorse per valerne l'impiego...

Sopratutto perche' con la sua programmazione a interrupt molto spinta ci si puo' permettere di gestire con molta semplicita' multi processi con le sue periferiche..

Complimenti anche a M-SAX ho visto il circuito , bello e funzionale, la protezione gegli ingressi pero' e fatta con il diodo a +3.3V quindi in caso di sovra tensioni sara' il diodo e la resistenza a sobbarcarsi il tutto il carico...

Soluzione che adotto anche io quando proteggo dalle extra indesiderate.

Per il resto il riutilizzo del SW e' sempre benvenuto ... pero' la commercializzazione in grande scala a volte impone delle implementazioni che richiedono l'utilizzo di micro sempre piu' piccoli e meno costosi 5euro risparmiati in produzione sono sempre ben accetti da chi compra e possono rendere un prodotto vantaggioso e competitivo.