EM2019WSP12/Tests und Validierung/Test 05: Unterschied zwischen den Versionen

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(Versuchsaufbau der Laserschutzschaltung)
(Laserschutzschaltung)
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=== Laserschutzschaltung ===
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=== ULN2003 Treiberbaustein Test ===
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Zur Entwicklung des Programms wurden zunächst die ULN2003 Treiber Bausteine an die gewünschten Ports des feather Boards angeschlossen und das Programm mit LEDs gestestet.
  
Die in diesem Projekt verwendeten Laser werden Werksmäßig über einen Taktgenerator angesteuert, um diese gegen Überhitzung zu schützen.
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[[Datei: ULN2003_01.jpg | ULN2003_01 | 400 px]]
Da der High Anteil der Periode des Taktgenerators jedoch nur 1,7 ms lang ist und zusätzlich den Laser, nach Einschalten der Versorgungsspannung, verzögert einschaltet, war dieser für eine echtzeitfähige Steuerung ausgeschlossen.
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[[Datei: ULN2003_02.jpg | ULN2003_02 | 400 px]]
Die Einschaltimpulse der Laser mussten also vom feather board gesteuert werden.
 
  
Dies brachte leider einige Gefahren mit sich.
 
Sollte das Programm des feather boards sich aufhängen, würde ein Laser permanent eingeschaltet sein, oder im schlimmsten Fall mehrere Laser, aufgrund undefinierter Programmzustände.
 
Das hätte zur Folge, dass die Eingeschalteten Laser nach etwa 0,5 Sekunden durchbrennen würden.
 
  
Um in allen drei möglichen Zuständen eines Eingangssignals (high, low oder open drain) ein definiertes Ausgangssignal zu erhalten wurde eine Schutzschaltung
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Anschluss des ULN2003 ICs:
mit einem AND und einem NAND Logikgatter entworfen.
 
 
 
[[Datei: Laserschutzschaltung.png | Laserschutzschaltung | 500 px]]
 
 
 
Die Schaltung funktioniert wie folgt:
 
1.  Das Signal zum Einschalten des Lasers kommt aus dem feather board an IN Pin an.
 
    Der Widerstand R3 begrenzt den Basisstrom des BC547 NPN Transistors auf 5mA
 
    (der im Datenblatt angegebene maximale Basisstrom um vollständig durch zu schalten).
 
2.  Der Kondensator ist zunächst entladen, daher liegt eine 1 und eine 0 am NAND Gatter.
 
    Daraus folgt ein 1 am Ausgang des NAND Gatters. Am AND Gatter liegt eine 1 und eine 1.
 
    Demzufolge wird der Laser ohne Verzögerung eingeschaltet.
 
2.  Der Transistor schaltet durch.
 
3.  Der Kondensator lädt sich auf.
 
4.1 Überschreitet die Spannung des Kondensators die Einschaltspannung des NAND Gatters,
 
    schaltet das NAND Gatter den Ausgang auf 0. Der Laser geht aus.
 
4.2 Wird das Eingangssingal zuvor unterbrochen schaltet der Laser aus.
 
5.  Ist das Eingangsignal am IN Pin = 0, entlädt sich der Kondensator
 
    über die Widerstände R1, R2. Ein weiteres Einschalten des Lasers ist also erst
 
    nach einer durch die Widerstände vorgegebenen Entladezeit möglich.
 
Damit ist ein Überhitzen der Laser ausgeschlossen.
 
 
 
Mit der hier aufgebauten Schaltung kann eine Laserdiode niemals länger als 2ms eingeschaltet werden.
 
Hier wird die Schaltung mit einem 100 kHz Signal des Evaluationsboards betrieben.
 
Das Signal muss also noch durch 8x256 Pixel geteilt werden, um die Einschaltdauer einer der 8 Laser zu errechnen.
 
(100000/(8*256) = 48,8Hz).
 
Bei einer Periodendauer von 20,3 ms wäre also jeder Laser 20,3 / 8 = 2,54 ms eingeschaltet.
 
Die Schutzschaltung begrenzt die Einschaltdauer nun auf etwa 2 ms.
 
 
 
[[Datei: safety_goiosig-normal_entladewiderstand_630Ohm-max_2ms_ON_time_at_100kHz.png | safety_goiosig-normal_entladewiderstand_630Ohm-max_2ms_ON_time_at_100kHz | 500 px]]
 
 
 
Bei einer höheren Frequenz (200kHz) bleibt die Schaltung ohne Funktion, da nun die Einschaltdauer und der Abstand der Einschaltimpulse nie überschritten wird.
 
 
 
[[Datei: safety_goiosig-normal_entladewiderstand_630Ohm-max_2ms_ON_time_at_200kHz.png | safety_goiosig-normal_entladewiderstand_630Ohm-max_2ms_ON_time_at_200kHz | 500 px]]
 
 
 
Schaltet man den Eingang jedoch dauerhaft ein, so wird er der Ausgang nach 2 ms deaktiviert.
 
 
 
[[Datei: safety_goiosig-daueran.png | safety_goiosig-daueran | 500 px]]
 
 
 
Lässt man das Eingangssignal undefiniert, sorgen die Entladewiderstände R1, R2 für ein definiertes 0 Signal am Ausgang der Schaltung.
 
  
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[[Datei: Anschluss_ULN2003.png | Anschluss_ULN2003 | 400 px]]
  
 
=== Versuchsaufbau der Laserschutzschaltung ===
 
=== Versuchsaufbau der Laserschutzschaltung ===

Version vom 4. März 2020, 21:16 Uhr

ULN2003 Treiberbaustein Test

Zur Entwicklung des Programms wurden zunächst die ULN2003 Treiber Bausteine an die gewünschten Ports des feather Boards angeschlossen und das Programm mit LEDs gestestet.

ULN2003_01 ULN2003_02


Anschluss des ULN2003 ICs:

Anschluss_ULN2003

Versuchsaufbau der Laserschutzschaltung

Mit der Folgenden Schaltung wurde die Laserschutzschaltung zunächst im Langzeittest mit einem Laser getestet. Der Test lief 1h mit einer Eingangsfrequenz von 100 kHz. Der Laser erwärmte sich gerade mal um 2°C, was bedeutet, das der Ladewiderstand R4 prinzipiell etwas größer gewählt werden könnte, um die Einschaltdauer der Laser zu verlängern. Dieser Test wurde allerdings nicht durchgeführt, da kein brauchbarer Ersatzlaser vorhanden ist.

Versuchsaufbau_Laserschutzschaltung