8. Sistema di monitoraggio distribuito basato sulla comunicazione CAN bus:
8.2. Circuito di comunicazione dei dati sul CAN bus
8.2.3. Convertitore isolato DC-DC regolato a single output SPA01A-05 76
Per quanto riguarda il convertitore isolato DC-DC regolato la scelta è ricaduta sul componente SPA01A-05 di Mean Well, raffigurato in figura 8.2.3.1.
Figura 8.2.3.1: package outline del componente SPA01A-05
Il componente SPA01A-05 è un convertitore isolato DC-DC regolato a 4 pin che fornisce isolamento tra le tensioni input e output fino a 1500VDC, filtro built-in contro le emissioni elettromagnetiche e raffreddamento ad aria per convenzione naturale [14]. La tensione di output +VOUT è impostata a 5V fissi con corrente di output pari a 0.2A. Più nello specifico il componente utilizzato nel progetto è realizzato in formato SIP (System In a Package), con i quattro terminali disposti in un’unica linea e accoppiati a due a due per poter distinguere la tensione d’ingresso da quella d’uscita. Le misure nominali del componente sono 7.75mm × 17.4mm: la casa costruttrice Mean Well non ne fornisce alcuno schema circuitale o a blocchi funzionali e comunque non sarebbero stati approfonditi nella presente trattazione in quanto non rilevanti per lo scopo ultimo del progetto.
L’unica accortezza che si deve prestare quando si utilizza il componente SPA01A-05 riguarda la tensione di input con cui alimentarlo, così come già visto in precedenza per il componente LM7805CT/NOPB: secondo il relativo
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datasheet infatti affinché ne sia garantito un corretto funzionamento la tensione di alimentazione deve essere compresa tra i 9V e i 18V.
8.2.4. Circuito hardware complessivo
Introdotti e approfonditi dunque i componenti scelti ed utilizzati per la realizzazione della sezione in esame, si può procedere illustrando lo schema circuitale hardware necessario per far interfacciare ogni singolo CY8CKIT-059 operante da Slave, e quindi responsabile dell’acquisizione dei segnali analogici di tensione della batteria monitorata da esso, al CAN bus cui deve comunicare i dati in suo possesso. In altre parole, si studieranno con maggiore attenzione i collegamenti fisici da realizzare per costituire quello che sarà di fatto un nodo della rete complessiva di comunicazione.
In precedenza, nel corso del capitolo 8, è stato anticipato come sia necessario l’utilizzo di un regolatore di tensione LM7805CT/NOPB per alimentare il kit CY8CKIT-059 tramite la batteria monitorata da esso e un convertitore isolato DC-DC regolato per alimentare il lato isolato del transceiver ISO1050DWR sempre tramite la batteria. Dal punto di vista circuitale si può vedere una rappresentazione di questi collegamenti fra i diversi componenti in figura 8.2.4.1.
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Figura 8.2.4.1: schema circuitale della sezione di trasmissione sul CAN bus dei dati di ogni nodo Slave della rete
I morsetti positivo e negativo della batteria sono collegati in primo luogo ai pin INPUT e GND rispettivamente del regolatore di tensione LM7805CT/NOPB e in secondo luogo ai pin +VIN e -VIN del convertitore isolato DC-DC, così da poter alimentare alla tensione corretta entrambi i componenti secondo le indicazioni fornite dai rispettivi datasheet. Il pin della tensione d’uscita regolata a 5V costanti del componente LM7805CT/NOPB, connesso al pin VDD del kit CY8CKIT-059, funge da sorgente di potenza per la scheda. Per richiudere il circuito anche il pin GND del kit CY8CKIT-059 va connesso alla connessione di terra comune alla batteria. I pin +VOUT e -VOUT in uscita dal convertitore isolato DC-DC regolato a 5V sono connessi ai pin VCC2 e GND2 rispettivamente del transceiver CAN isolato ISO1050DWR, alimentandone quindi il lato isolato rivolto verso il CAN bus. La scheda CY8CKIT-059 alimenta a sua volta il lato digitale del transceiver stesso, connettendo i pin VDD
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e GND del kit ai pin VCC1 e GND1 rispettivamente dell’ISO1050DWR. Da notare, come già specificato in precedenza nel capitolo 8.2.1, che i tre pin GND1 lato digitale del transceiver CAN isolato sono collegati tra loro esternamente poiché non connessi internamente al componente; la stessa operazione va effettuata per i tre pin GND2 del lato isolato. Questa accortezza, seppur possa apparire banale, è fondamentale e necessaria: lo stesso autore infatti ha riscontrato il non funzionamento del componente ISO1050DWR qualora anche solo uno di questi pin di terra non fosse connesso correttamente nel modo appena indicato. Infine si connettono i pin CAN_Rx e CAN_Tx del kit CY8CKIT-059, attribuibili a due qualsiasi pin I/O generici del componente tramite PSoC Creator come verrà mostrato nel seguito, ai pin RXD e TXD rispettivamente dell’ISO1050DWR affinché il kit possa trasmettere i dati al transceiver CAN isolato e quest’ultimo possa inviarli nel CAN bus una volta impostata la struttura del frame secondo le specifiche stabilite dal protocollo CAN. I pin NC_1, NC_2, NC_3 e NC_4 devono essere lasciati privi di qualsiasi connessione.
Una volta assemblata la sezione circuitale in esame secondo i collegamenti e le specifiche appena descritte, ogni kit CY8CKIT-059 incaricato di acquisire i valori di tensione in real time da una batteria è in grado di trasmettere e ricevere nel bus CAN a cui è connesso i dati a sua disposizione o inviati da altri nodi, garantendo l’isolamento tra sé stesso e gli altri dispositivi collegati al bus. In questo modo si realizza di fatto un nodo della rete di comunicazione stessa in fase di progettazione.
Il circuito appena illustrato è il medesimo per ogni nodo che si vuole implementare, semplificando quindi le operazioni di gestione e modifica del CAN bus qualora fosse necessario; tale sezione può essere vista quindi come una struttura modulare facilmente replicabile, così come lo era il circuito di acquisizione dei segnali di tensione e corrente della batteria.
Una volta realizzati i circuiti hardware relativi alle due sezioni appena descritte nei capitoli 8.1 e 8.2 si procede a progettare e realizzare l’interfaccia seriale di comunicazione tra il nodo Master del CAN bus e il PC, rendendo così possibile
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la visualizzazione dei parametri acquisiti dal pacco batterie in due grafici real time mediante un opportuno script Matlab che verrà illustrato nel seguito della trattazione.