3. Scheda elettronica
3.1.
DSP e memoria
3.1.1. DSP
La scheda elettronica di controllo è gestita da un DSP 56F807.
Tale dispositivo è basato su un'architettura stile Harvard consistente in tre unità distinte che lavorano parallelamente, permettendo l'esecuzione di 6 operazioni per ciclo di istruzioni.
Il core 56800, basato su un controller a 16 bit con una doppia architettura Harvard, può processare fino ad un massimo di 40 milioni di istruzioni al secondo (MIPS) alla frequenza di core di 80 Mhz. Di seguito, in Figura 12, è mostrato uno schema a blocchi del DSP
Caratteristiche e periferiche di ingresso uscita.
Due moduli con impulsi ad ampiezza modulati (PWM), ognuno con sei uscite, tre ingressi sensibili a sovraccarichi di corrente.
Quattro convertitori analogici-digitali a 12 bit (ADCs), utilizzabili per due conversioni simultanee; i moduli ADC e PWM posso essere sincronizzati.
Due interfaccie per la comunicazione seriale (SCI). Interfaccia periferica seriale (SPI)
14 pin multiplexati per General Purpose in ingresso/uscita . Pin per reset hardware esterno.
Interfaccia JTAG per debugging indipendente dalla velocità del processore.
3.1.2. Memoria
Il DSP è fornito di una propria memoria interna. 60K x 16-bit words Flash per programma 2K x 16-bit words RAM per programma 8K x 16-bit words Flash per dati
4K x 16-bit words RAM per dati
2K x 16-bit words Flash per programma di boot
La scheda è dotata inoltre di una memoria SRAM esterna da 128K x 16 ed è utilizzata per immagazzinare per metà dati e per metà programma.
3.2. Alimentazione
L'alimentazione è garantita da un alimentatore switching della potenza di 320 Watt che eroga fino a 13 A a 24 Volt.
La tensione 24 volt viene poi convertita tramite un altro alimentatore switching integrato LM2676 che eroga in uscita 5 Volt stabilizzati. Questo integrato viene attivato tramite un piedino ON/OFF attivo alto; nella fase di accensione è quindi necessario avere in ingresso 5 volt su tale piedino: inizialmente questo voltaggio è assicurato da un partitore resistivo collegato alla tensione 24 V (power on) attivato tramite la pressione di un pulsante esterno eseguita da un operatore.
Dopo 20 millisecondi il DSP avvia il programma di boot ed alza il piedino GPIOD0 che è collegato in parallelo al partitore resistivo del power on facendo sì che, al rilascio del pulsante da parte dell' utente, l’integrato LM2676 sia mantenuto abilitato direttamente dal DSP.
La tensione 5 V è a sua volta utilizzata per generare, tramite un convertitore lineare (integrato MC33269) la tensione 3.3 V, con la quale si alimenta la sezione dedicata al calcolo e immagazzinamento dati.
La sezione della scheda dedicata al pilotaggio delle periferiche (motori stepper, motori in DC ed elettromagneti) è alimentata dalla tensione 24 V.
Il firmware del DSP abilita l’alimentazione della sezione di potenza dopo 10 secondi dall'avvio del programma di boot.
La linea del 24 V viene abilitata dal DSP mediate il pilotaggio dei due piedini GPIOD4 (diagnostic) e GPIOD5 (sustain).
Il diagnostic è utilizzato come piedino bidirezionale: viene prima impostato come output a livello alto e poi commutato come input, in ascolto, per verificare che il suo livello rimanga alto: qualora infatti si rilevino sovraccarichi di corrente tramite l’ LM393 (U7A) questa linea viene portata al livello basso.
Il sustain andando alto accende il transistore Q3 e, tramite la resistenza R39, carica il condensatore C25 con una rampa di salita poco ripida; al contrario al momento dello spegnimento il circuito composto da Q1, R38 ed i diodi spengono il 24 V immediatamente.
GPIOD5 R45 604 1%50ppm R37 100 U6 AD8205YR 1 8 5 6 2 7 3 -IN +IN OUT V+ G N D VRef 1 VRef 2 Q3 BC846B RCB1 0 U5E 74ACT14 11 10 +24V C23 100nF R35 0.01 1W D10 BAV70 R43 4K7 1%50ppm GPIOD4 R38 3K24 1%50ppm GNDDP R36 2K2 U5D 74ACT14 9 8 C22 1uF 25V 24V_S R46 10K Q2 IRF4905S C21 100nF Q1 BC846B VCC 24V_SUPPLY VCC R39 100K R48 2K2 R44 10K C24 1nF R40 10K + C26 100uF 63V R474K7 +24V C27 100pF -+ U7A LM393 3 2 1 8 4 Figura 14
Di seguito, in Figura 15, è riportato un grafico di una simulazione ottenuto con Spice del circuito in oggetto in cui è stato pilotato il piedino GPIOD5 con un'onda quadra con duty cycle del 50% e un periodo di 1 secondo.
La resistenza di sense R35 da 0.01 Ohm impone una corrente massima di lavoro di circa 6.1 A. Al superamento di tale soglia su R35 cadono 61 mV che attraverso l'amplificazione operazionale a singola alimentazione AD8205 viene riportata su una scala da 0 a 5 volt a 2,93 V.
Questa tensione entra nel terminale invertente del comparatore LM393 il quale ha una tensione fissa di riferimento sul terminale non invertente di 2.94 V.
L'uscita open collector del comparatore forza ad uno stato logico basso il diagnostic se il terminale negativo ha una tensione maggiore rispetto a quella del positivo.
Grazie all' utilizzo di altri regolatori di tensioni vengono generate tensioni anche a 2,5 e -0,6 volt. Ogni singola tensione alimenta un led dedicato per avere un riscontro visivo immediato della presenza di ogni tensione di alimentazione della scheda.
3.3. Sensore di colore
Sulla pinza di movimentazione cuvette è posizionato un sensore di colore.
Tale sensore serve a controllare la corrispondenza del colore del tappo della provetta con il colore caratteristico del tipo di analisi che si vuole eseguire.
Il sensore è composto di tre fotodiodi integrati in un singolo dispositivo della dimensione di 2 mm di diametro; ogni fotodiodo è sensibile alla sua gamma di colore caratteristica, rosso, verde e blu.
Time 0s 0.5s 1.0s 1.5s 2.0s 2.5s V(Drain) V(Gate) -10V 0V 10V 20V 30V Figura 15
PIN Descrizione
A1 Anodo rosso
A2 Anodo blu
A3 Anodo verde
K Catodo comune
Descrizione Simbolo Condizioni Valore tipico Unità di
misura
Diametro area sensibile alla luce D 2,00 mm
Area sensibile per elemento A 0,85 mm2
HBlu= 470 nm 0,26
HVerde= 570 nm 0,33
Photo sensibilità per gamma di colore SMAX
HRosso= 650 nm 0,25
A/W
HBlu 400 - 510
HVerde 490 - 610
Banda di sensibilità spettrale
HRosso 590 - 750
nm
Figura 16-A
Temposalita/discesa della fotocorrente traise/tfall <1 µs
Angolo di incidenza N 8 Grad
Tensione di riferimento Vref 0,4 -Vdd-0,4 Volt
Spettro tipico di sensibilità del sensore a tre elementi con filtro anti- IR
Il circuito di acquisizione del segnale converte le fotocorrenti in tensioni che sono poi processate dal DSP come segnali analogici.
La conversione corrente-tensione del segnale è realizzata tramite un amplificatore transresistivo il cui guadagno può essere variato grazie ad un partitore resistivo lo schema elettrico è riportato in
Figura 18.
Questo circuito è presente per ognuna delle tre uscite del sensore di colore: si ottengono così tre tensioni proporzionali ai segnali dei tre colori fondamentali RGB.
Il circuito prevede inoltre il montaggio di quattro LED bianchi montati ai quattro angoli di un rombo centrato col sensore di colore.
I colori possono essere rappresentati da una combinazione dei tre colori primari rosso, verde e blu come mostrato in Figura 19. Nel 1931 la Commission Internationale d’Eclairage (CIE, un ente incaricato della standardizzazione nel campo dell’illuminazione [7]) propose un modello colorimetrico in grado
di rappresentare tutti i colori, fissando inoltre le lunghezze d’onda dei tre colori primari: • Rosso = 435.8 nm;
• Verde = 546.1 nm; • Blu = 700 nm.
Il diagramma rappresentativo del suddetto modello, denominato CIE 1931, è mostrato
in Figura, in cui sono rappresentate tutte le cromaticità che l’occhio umano è in grado di percepire, prescindendo dalla luminanza.
La proprietà fondamentale del diagramma CIE 1931 è data dal fatto che sommando tra loro due colori si ottiene un terzo colore; pertanto, variando le proporzioni dei primi due si ottengono tutti i colori che stanno sul segmento che li unisce. Ad esempio, sommando tra loro le tre componenti fondamentali si ottengono i colori secondari: Magenta (Rosso più Blu), Ciano (Verde più Blu) e Giallo (Rosso più Verde).
Miscelando, con le opportune intensità, i tre colori primari, o un secondario con il suo primario opposto, si ottiene il bianco.
Ogni colore è quindi identificato dalla terna di valori Q = (XYZ), corrispondente alle coordinate del punto che identifica il colore nel diagramma CIE 1931. Nelle applicazioni pratiche è usuale utilizzare il vettore normalizzato q = (x, y, z), in cui viene omesso il termine z, facilmente ricavabile nota la coppia di coordinate (x, y). Le trasformazioni tra i riferimenti RGB e XYZ sono funzioni lineari, espresse in forma matriciale:
E' importante far notare che ogni punto situato sul contorno del diagramma identifica un colore completamente saturo; si ha quindi saturazione massima lungo il contorno, mentre il suo valore decresce sino a zero man mano che ci si avvicina al centro del diagramma. Se si selezionano tre punti del diagramma (corrispondenti ai tre primari), tutti i colori ottenibili tramite una loro combinazione, appartengono al triangolo avente per vertici i tre punti considerati.
3.4. Motori passo passo
La scelta di utilizzare motori stepper per alcune movimentazioni è praticamente obbligata: infatti tali motori presentano numerosi vantaggi pur necessitando di un'elettronica di pilotaggio più complessa.
Con i motori passo passo è possibile realizzare azionamenti di precisione controllati dal DSP in catena aperta, cioè senza utilizzare sensori di posizione o di velocità. Sono quindi utilizzabili con relativa semplicità e senza richiedere particolare potenza di calcolo.
Hanno un'elevata robustezza meccanica ed elettrica: infatti non esistono contatti elettrici striscianti e, se necessario, possono essere realizzati anche in esecuzione completamente stagna.
E' facile far compiere all'albero piccole rotazioni angolari arbitrarie in ambedue i versi e bloccarlo in una determinata posizione.
Il motore e' costituito da due parti principali. Il rotore che consiste in una serie di magneti permanenti distribuiti radialmente sull'albero di rotazione. Lo statore costituito da elettromagneti disposti in modo tale che, opportunamente alimentati, possano generare campi magnetici orientati. La rotazione dell'albero avviene poiche' i magneti permanenti che lo costituiscono tendono ad allinearsi al campo magnetico generato dagli elettromagneti dello statore.
In base all'avvolgimento statorico che viene percorso da corrente ed in base al verso di percorrenza della corrente e' possibile creare un campo magnetico statorico che puo' assumere diversi orientamenti spaziali.
Il rotore nell'allinearsi al campo magnetico statorico compie una rotazione.
I motori passo-passo sono motori che, a differenza di tutti gli altri, hanno come scopo quello di mantenere fermo l'albero in una posizione di equilibrio: se alimentati si limitano infatti a bloccarsi in una ben precisa posizione angolare.
Solo indirettamente è possibile ottenerne la rotazione: occorre inviare al motore una serie di impulsi di corrente, secondo un'opportuna sequenza, in modo tale da far spostare, per scatti successivi, la posizione di equilibrio.
E' così possibile far ruotare l'albero nella posizione e alla velocità voluta semplicemente contando gli impulsi ed impostando la loro frequenza, visto che le posizioni di equilibrio dell'albero sono determinate meccanicamente con estrema precisione.
Un motore ibrido è costituito da un rotore e da uno statore; il rotore appare come una coppia di ruote dentate affiancate e solidali all'albero (i "denti" sono chiamati coppette) costituite da un nucleo magnetico (le due ruote sono permanentemente magnetizzate, una come NORD, l'altra come SUD) e le coppette in materiale ferromagnetico.
sfasamento esattamente pari ad ½ del passo dei denti: il dente di una delle due sezione corrisponde quindi alla valle dell'altra.
Nel rotore non sono presenti fili elettrici e quindi manca completamente ogni connessione elettrica tra la parte in movimento e quella fissa, per questo è montato su cuscinetti a sfera.
Lo statore appare come il classico insieme di avvolgimenti ed il circuito magnetico è costituito da 8 "espansioni polari". All'interno dello statore sono presenti piccoli denti che si affacciano esattamente a quelli del rotore. O meglio, sono esattamente affacciati al rotore solo il gruppo di denti appartenenti ad una espansione polare e a quella opposta; le altre coppie sono sfalsate rispettivamente di 1/4, 1/2 e 3/4 del passo dei denti. Avvolti intorno ai poli magnetici dello statore ci sono i fili che, opportunamente percorsi da corrente, generano il campo magnetico.
All'esterno sono presenti le alimentazioni dei vari avvolgimenti.
Sono presenti due soli avvolgimenti (avvolti su più espansioni polari) e quindi all'esterno arrivano due sole coppie di fili: si parla di motori bipolari in quanto la corrente dovrà percorrere le fasi nei due versi al fine di creare gli opportuni campi magnetici.
Per questi motori il pilotaggio è complesso perché deve essere possibile generare una corrente che attraversi gli avvolgimenti nei due versi.
Il vantaggio deriva dal fatto che, essendo le fasi due anziché quattro (dei motori unipolari), a parità di potenza del motore, il peso e la dimensione sono minori in quanto è necessario usare una minor quantità di rame.
Inoltre, usando appositi schemi, è possibile ottenere circuiti di pilotaggio più efficienti in termini di consumo energetico e velocità di rotazione ottenibile.
Nel pilotaggio bipolare sono possibili diverse modalità:
WaveMode: una sola fase alla volta è attiva. Da notare che le condizioni di funzionamento per
ciascuna fase sono tre: corrente in un verso, corrente nell'altro verso, assenza di corrente (situazioni indicate rispettivamente con I, -I e 0 nella tabella).
Passo Ph1 Ph2
1 I 0
2 0 I
3 -I 0
Two phase-on: la corrente è sempre presente nelle due fasi ma cambia verso. La coppia
disponibile è circa 1,4 volte maggiore di quella ottenuta con una sola fase attiva alla volta: le due forze applicate contemporaneamente possono essere infatti viste come tra loro perpendicolari. Il consumo di corrente e quindi il riscaldamento raddoppiano.
Passo Ph1 Ph2
1 I -I
2 -I I
3 -I I
4 I -I
Half-step senza controllo di coppia: è l'insieme dei due metodi precedenti, con l'effetto
principale di ottenere il raddoppio del numero dei passi. Lo svantaggio è una discreta irregolarità nella coppia (che per ogni passo cambia da 1 a 1.4 o viceversa) e nel consumo di potenza (che, sempre per ogni passo, cambia da 1 a 2), ambedue mediamente intermedi rispetto agli altri due metodi.
Passo Ph1 Ph2 1 I 0 2 I I 3 0 I 4 -I I 5 -I 0 6 -I -I 7 0 -I 8 I -I
Half-step con controllo di coppia: nella tecnica di pilotaggio a mezzo passo quando la corrente
scorre in due fasi contemporaneamente la coppia è maggiore di quando la fase energizzata è una sola. Il problema è risolvibile riducendo la corrente che passa nelle due fasi ad un valore tale che la coppia rimanga costante tale corrente va ridotta a 0,707 volte quella nominale.
Passo Ph1 Ph2 1 I 0 2 0,707*I 0,707*I 3 0 I 4 -0,707*I 0,707*I 5 -I 0 6 -0,707*I -0,707*I 7 0 -I 8 0,707*I -0,707*I
Il circuito di pilotaggio deve essere in grado di invertire del verso della corrente, normalmente attraverso il cosiddetto "ponte ad H" realizzato tramite quattro transistor di potenza di cui due hanno l'emettitore o il source non connesso a massa.
Facendo riferimento allo schema riportato in Figura 20-A , per far passare corrente in una fase devono essere attivate contemporaneamente le coppie di transistor in diagonale (per esempio M6 ed M11 per il passaggio della corrente in un verso, M7 e M10 per il passaggio nell'altro verso).
Occorre evitare nel modo più assoluto la contemporanea conduzione dei transistor sullo stesso lato (per esempio M6 e M7): tale condizione genererebbe un cortocircuito con possibile distruzione dei transistor o dell'alimentatore.
Ciascun avvolgimento del motore passo-passo è sostanzialmente in induttore, cioè un componente che tende a mantenere costante la corrente che in esso scorre. Quando un transistor si apre, la corrente istantaneamente dovrebbe andare a zero; l'induttore tende però ad impedire questo repentina diminuzione e per fare questo tende a far salire la tensione sul collettore del transistor . La tensione arriva facilmente a centinaia di volt, danneggiando il transistor stesso. Tale tensione è spesso chiamata di “fly-back”.
Per evitare questo fenomeno distruttivo viene inserito in parallelo alla bobina del motore un diodo che fornisce alla corrente una via alternativa a quella del transistor nel momento in cui questo si apre.
Il catodo va connesso alla tensione di alimentazione: in pratica la corrente va "in salita". Nello schema di Figura 20-B è rappresentata la situazione in cui il transistor è in conduzione (la corrente attraversa l'avvolgimento del motore ed il transistor; nel diodo non passa corrente in quanto polarizzato inversamente). L'andamento della corrente subito dopo l'apertura del transistor: la stessa corrente che prima attraversava il transistor ora passa nel diodo.
Come già accennato ciascun avvolgimento è sostanzialmente equivalente dal punto di vista elettrico ad un induttore in serie ad un resistore.
Il problema deriva dal fatto che in un motore passo-passo in rotazione la corrente deve passare
continuamente da un valore zero al valore nominale; se il motore deve ruotare velocemente, queste commutazioni devono ovviamente essere rapide. Purtroppo la velocità di commutazione è limitata dalla costante di tempo (]) del circuito R-L costituito dall'avvolgimento stesso.
Secondo la teoria della carica e scarica degli induttori un induttore tende a mantenere costante la corrente che scorre in esso. Applicando una tensione a gradino ad un induttore la corrente aumenta secondo una curva esponenziale la cui durata dipende dalla costante di tempo ]:
L R
=
dove L è l'induttanza (in Henry) ed R la resistenza (in ohm) equivalente dell'avvolgimento. In genere non è possibile agire su L per diminuire tale tempo in quanto essa dipende da come il motore è costruito.
Come per tutti i motori elettrici, la coppia meccanica disponibile è proporzionale alla corrente che attraversa gli avvolgimenti. Questo significa che durante la carica dell'induttore che costituisce una fase non tutta la coppia teorica del motore è subito disponibile. O anche che, quando la corrente deve andare a zero, in realtà essa diminuisce lentamente, tentando di "frenare" il motore.
Un effetto è che quando la velocità di rotazione del motore aumenta l'assorbimento di corrente e la coppia meccanica disponibile diminuiscono. Ciò limita la massima velocità di rotazione a valori piuttosto piccoli, soprattutto nei motori ad elevato numero di passi/giro.
Esistono diverse tecniche per ridurre il tempo di commutazione e quindi aumentare la velocità di rotazione: aumentare la resistenza, usare il pilotaggio chopper oppure usare una doppia tensione di alimentazione.
La seconda soluzione è spesso adottata per i motori bipolari e risulta semplice da realizzare solo a condizione di usare integrati specializzati.
La regolazione PWM della corrente metodo Chopper
Questo metodo di regolazione della corrente è quello più utilizzato per i motori bipolari per le migliori caratteristiche sia a livello di prestazioni che di consumo energetico; la difficoltà nella costruzione dei dispositivi di pilotaggio è superabile anche grazie all'adozione di appositi circuiti integrati che spesso integrano sia la parte di potenza che quella di regolazione della corrente.
Spesso, soprattutto alle frequenze più basse, il metodo è chiamato anche chopper.
L'idea su cui si basa è quella di utilizzare un'alimentazione molto più elevata di quella richiesta dal motore; quando la corrente raggiunge il valore nominale, il transistor viene aperto e quindi la
corrente comincia a diminuire, passando attraverso il diodo di ricircolo; dopo un piccolo tempo il transistor viene di nuovo chiuso, la corrente comincia di nuovo ad aumentare ancora fino al raggiungimento della corrente nominale, e così via. Se l'alternarsi delle fase di apertura/chiusura del transistor sono molto più veloci della velocità con cui le fasi sono eccitate, il valor medio della corrente è praticamente uguale alla corrente nominale.
Il pilotaggio PWM ha due vantaggi: il tempo di salita della corrente è molto elevato (visto che è elevata la tensione di alimentazione) e durante le fasi di spegnimento del transistor non si ha consumo di corrente.
In Figura 22 è riportato l'andamento delle correnti: in nero il comportamento ideale, in verde l'andamento con un semplice transistor (con l'alimentazione adeguata al raggiungimento della corrente nominale), in rosso la corrente con la regolazione PWM (con una tensione di alimentazione tre volte maggiore), in rosso tratteggiato l'andamento della corrente nel caso in cui non fosse spento il transistor al raggiungimento della corrente nominale (ovviamente tale corrente sarebbe eccessiva e distruttiva per il motore e il transistor).
Da notare che il tempo di discesa della corrente rimane uguale al pilotaggio senza PWM.
Nella scheda di controllo della SmartLabel si è utilizzato un driver per motori stepper della ST (L6208PD) che gestisce in maniera intelligente ogni motore.
Lo schema a blocchi è quello riportato in Figura 18:
Collegando opportunamente i piedini di ingresso è possibile avere una gestione completa del motore: si può avere un movimento a mezzo passo o passo intero, regolare la frequenza di lavoro, impostare il senso di rotazione, la corrente di lavoro e di riposo; inoltre l'integrato restituisce un controllo del suo stato attuale, per dare informazione al DSP di eventuali anomalie di funzionamento.
Nome Tipo Funzione
CLOCK Ingresso logico Frequenza di lavoro, il motore fa un passo ad
ogni fronte di salita.
CW/CCW Ingresso logico Seleziona il verso di rotazione. Alto in senso
orario, basso in senso antiorario.
SENSE Ingresso di potenza Collegato a massa attraverso una resistenza di
sense
RC RC pin Collegato a massa con un circuito RC, per
regolare il tempo di spegnimento della corrente.
OUT Uscita di potenza Uscita
GND GND Massa
VREF Ingresso analogico Tensione di riferimento per il comparatore
interno.
HALF/FULL Ingresso logico Selezione mezzo passo o passo intero. Alto a
mezzo passo, basso a passo intero.
CONTROL Ingresso logico Controllo decadimento.
EN Ingresso logico Enable, attivo alto
VBOOT Tensione alimentazione Tensione superiore dei MOSFET
VS Tensione alimentazione Tensione alimentazione
RESET Ingresso logico Pin di reset, attivo basso.
Per impostare la tensione Vref del driver si utilizza l'integrato TLV5628C.
Il componente U27, TLV5628C, convertitore digitale analogico, riceve in ingresso, tramite una seriale, una parola di 12 bit: 8 bit per il dato, 3 bit di indirizzo ed uno per il range e restituisce in uscita una tensione che varia tra uno o due volte la tensione di riferimento (a secondo del bit range) e massa.
Tutte le otto uscite sono aggiornate simultaneamente al fronte di discesa del piedino di LOAD.
(
1)
* 256
* +
=Vref CODE RNGbit
Vout
Dove CODE ha un range tra 0 e 255, mentre RNGbit può valere 0 o 1.
Con il pin LOAD alto il DATO è inserito ad ogni fronte di clock negativo, quando tutti i bit sono stati caricati una transizione verso il basso di LOAD trasferisce il dato in uscita.
Inviando una programmazione seriale dal DSP si può regolare la tensione di riferimento di tutti i driver, variando così la corrente di lavoro di ogni singolo motore.
I piedini CONTROL, HALF/FULL, CW/CCW di ogni driver sono impostati dall'integrato 74HC595, uno shift register con uscita latch e 3 state.
Anche in questo caso la programmazione seriale viene eseguita dal DSP: ad ogni impulso di clock viene trasferita in uscita simultaneamente e mantenuta fino al successivo impulso.
Il piedino di enable è collegato ad un multiplexer i cui indirizzi sono controllati direttamente dal DSP che abilita di volta in volta solo il motore che si vuole azionare: con questa struttura è quindi possibile configurare ed azionare ogni singolo motore. I parametri di configurazione sono contenuti in procedure che il firmware esegue e quindi imposta secondo il meccanismo descritto.
3.5. Motori DC
I motori in DC sono pilotati mediante un segnale con impulsi modulati in ampiezza (PWM).
Quando il motore è spento sulle due fasi dello statore è presente una tensione pari a 24 V; il comando di accensione pilota il PWM in modo che ad una delle due fasi arrivi una onda quadra con duty cycle varibile secondo i parametri di configurazione.
La struttura di pilotaggio segue lo stesso schema utilizzato per i motori stepper.
L'integrato di potenza che controlla l'accensione e lo spegnimento dei motori è l' L6205PD, in grado di gestire quattro uscite, con quattro diversi PWM: questo significa che possono essere pilotati fino a quattro motori in DC unidirezionali oppure due bidirezionali.
Attraverso un multiplexer, i cui indirizzi sono controllati direttamente dal DSP, si seleziona quale uscita abilitare e quindi il valore del PWM all'integrato di potenza.
Nell'etichettatrice sono stati inseriti tre blocchi così strutturati per poter controllare fino a dodici motori unidirezionali.
3.6. Sensori
I sensori utilizzati sono di due tipi: microswitch e sensori ottici. I microswitch sono interruttori meccanici di dimensioni ridotte.
I sensori ottici sono composti da due corpi: il trasmettitore ed il ricevitore; ad una estremità c'è un led polarizzato in diretta che emette luce alla lunghezza d'onda di 880 nm, alla estremità opposta c'è un fototransistor che, se colpito dalla sorgente luminosa, entra in conduzione sino alla saturazione con caduta di potenziale di circa 0,1 V tra collettore ed emettitore, grandezza pressochè trascurabile rispetto alle tensioni in gioco (5 V). L'uscita del sensore collegata al collettore è connessa a Vcc attraverso una resistenza di 4,7 Kohm: quindi finchè il fototransistor è spento l'uscita sarà ad un valore logico alto, non appena il transistore va in saturazione, il collettore va alla stessa tensione
dell'emettitore che è a massa e così porta basso il valore dell'uscita. I sensori vengono gestiti in modo diverso a secondo del loro utilizzo.
Possiamo distinguere sensori di livello, sensori analogici, sensori di home e sensori digitali.
I sensori di livello sono sensori digitali collegati direttamente al DSP attraverso un integrato 74ACT14 per limitarne il valore tra 0 e 5 V.
Un solo sensore di questo tipo è presente nella macchina: il sensore che rileva l'altezza di stampa della provetta dentro il tornio; tale sensore è collegato al pin FAULTB0 del DSP.
I sensori analogici sono associati al le tre tensioni del sensore di colore RGB: anche essi sono collegati direttamente al DSP sui pin ANA0 ANA1 ANA2.
I sensori di home sono di tipo digitale ma vengono acquisiti tramite due multiplexer uno-a-otto collegati ai due pin FAULTA2 e FAULTA3 del DSP. Il DSP seleziona il sensore da acquisire impostando gli opportuni indirizzi sul multiplexer del canale desiderato (FAULTA2 / FAULTA3). Appartengono a questa tipologia di sensori quelli associati al controllo di posizione dei motori, stepper e DC.
I sensori digitali controllano tutti gli altri stati della meccanica, per esempio la codifica del cassetto. La gestione è realizzata tramite il SIPO: il DSP invia ad intervalli temporali costanti su una linea due WORD da 16 bit in uscita e riceve due WORD da 16 bit in ingresso. Le WORD in ingresso, ovvero lo stato dei sensori, sono memorizzate ed aggiornate quindi ad ogni ciclo di lettura del SIPO. Questo meccanismo è utilizzato per sensori dei quali non ha interesse conoscere lo stato istantaneo.
