Studentská tvůrčí a odborná činnostSTOČ 2017

IMPLEMENTACE FW PRO VYBRANÉ KOMPONENTYSTOJANU ČERPACÍ STANICE

Marek MAKOVÝ

Univerzita Tomáše Bati ve ZlíněFakulta aplikované informatiky

Nad Stráněmi 4511760 05 Zlín

20. dubna 2017FAI UTB ve Zlíně

STOČ 2017 - Studentská tvůrčí a odborná činnost20. dubna 2017, FAI UTB ve Zlíně

Klíčová slova: STM32, čerpací stanice, měření průtoku, měření objemu, měření teploty

Anotace: Cílem práce je implementace vybraných komponent stojanu čerpací stanice,konkrétně impulséru, snímače ATC a desky akčních členů. Impulsér je magnetický převodníknatočení, který ve stojanu plní funkci měřiče protečeného objemu, snímač ATC sloužík teplotní kompenzaci naměřeného objemu a deska akčních členů ovládá připojené čerpadlaa ventily. Všechna uvedená zařízení jsou postavena na procesorech STM32F042. Tato práce je součástí většího projektu, jehož cílem je vytvořit HW a SW celého stojanučerpací stanice. Uvedené koncové komponenty spolu s dalšími komponenty komunikujípo CAN s řídicí jednotkou, která koordinuje jejich práci, obsluhuje připojené displeje, jejichdotykové vrstvy, platební terminál a komunikuje s kioskem čerpací stanice.

2

STOČ 2017 - Studentská tvůrčí a odborná činnost20. dubna 2017, FAI UTB ve Zlíně

Můj obsah1. Impulsér..................................................................................................................................42. Snímač ATC............................................................................................................................63. Deska akčních členů................................................................................................................74. CAN Probe Monitor................................................................................................................7 Literatura....................................................................................................................................9

3

STOČ 2017 - Studentská tvůrčí a odborná činnost20. dubna 2017, FAI UTB ve Zlíně

1. Impulsér

U každého produktu, který je na čerpací stanici k dispozici, je potřeba při jeho výdejiměřit vytočené množství. Proto má stojan sadu impulsérů. Každé výdejní pistoli je předřazenjeden impulsér. Hlavní funkce impulséru je měření množství protečeného paliva a rychlostprotékání.

Palivo protéká přes hydraulický monoblok (obr. 1), to způsobí otáčení magnetuna druhé straně monobloku (obr. 2). Naproti magnetu je na DPS impulséru umístěn obvodAS5050, který měří orientaci magnetického pole. Ten pomocí SPI komunikuje s procesoremimpulséru. S řídící jednotkou komunikuje impulsér pomocí CAN sběrnice.

obr. 1: odkrytý hydraulický monoblok

Obvod AS5050 vrací natočení magnetického pole jako 10bitovou hodnotu, tedy 1024různých hodnot. Jedním otočením použitého hydraulického monobloku proteče přibližně0,48 l média, což při dané rozlišovací schopnosti (1024 hodnot) znamená 0,00046875 lna jednotku rozlišení. Tuto hodnotu nazýváme konstantou. Jelikož každý monoblok je mírnějiný, je potřeba impulsér pro daný monoblok zkalibrovat, tedy určit správnou konstantu.

Provádění hlavní smyčky je řízeno časovačem. Při každém běhu smyčky dojde knaměření aktuálního natočení magnetického pole a jeho porovnání s předchozí hodnotou. Toobnáší zjištění orientace proběhlé změny, ošetření průchodu nulou a výpočet velikostipootočení. Tyto hodnoty jsou poté použity k vyhodnocení, zda došlo k:

Překročení maximálního dovoleného průtoku.

Pokud médium proudilo rychleji, než je stanoveno, dojde k nastavení chyby průtokua jejímu odeslání řídící jednotce.

4

STOČ 2017 - Studentská tvůrčí a odborná činnost20. dubna 2017, FAI UTB ve Zlíně

Pootočení záporným směrem.

Při provozu stojanu dochází v potrubí stojanu k rázům, impulsér má proto nastavenoumezní hodnotu záporného otočení, která je tolerována, jinak dojde k nastavení chybyzáporného natočení a jejímu poslání řídící jednotce.

Pootočení kladným směrem.

Dojde k vyslání tzv. impulzů. Impulz je zpráva pro nadřízenou jednotku informující,že došlo ke změně natočení o jednu rozlišovací jednotku, tedy, že došlo k protečeníobjemu o velikosti konstanty impulséru. Pokud došlo mezi poslední a aktuálnínaměřenou hodnotou k otočení o více jednotek, je odesláno odpovídající množstvíimpulzů.

obr. 2: spodní strana hydraulického monobloku s viditelným magnetem

Ke kalibraci dochází před kompletací stojanu, případně při servisním zásahu do jižinstalovaného stojanu. Jeden z požadavků zadavatele byl, aby kalibrace byla možná pouzepři fyzickém přístupu k impulséru. Proto byl na DPS umístěn dvoupolohový přepínač propřepnutí do kalibračního režimu a LED pro indikaci aktuálního režimu, viz (1) a (2) na obr. 3.Před neoprávněným přístupem k impulséru jej chrání plomba.

5

STOČ 2017 - Studentská tvůrčí a odborná činnost20. dubna 2017, FAI UTB ve Zlíně

obr. 3: horní strana DPS impulséru

2. Snímač ATC

Objem média vydávaného stojanem je závislý na jeho teplotě. Jelikož tato závislostnení zanedbatelná, je potřeba ji při výdeji naměřit a zohlednit ve výpočtu vydaného množství.Hlavním úkolem čidla je periodické měření teploty a předání této informace řídící jednotce.Jako snímací prvek je použit čip Vishay PTS PT100.

Čidlo využívá 3 kalibrační koeficienty, všechny jsou naměřeny ve výrobě předkompletací stojanu. Jeden z koeficientů udává offset zjištěné hodnoty a je měnitelnýi po kompletaci stojanu, aby bylo možné jej měnit při pravidelných servisních prohlídkách,kdy je potřeba zohlednit stárnutí a opotřebení materiálu senzoru. Zbylé dva parametry jsou odvýroby neměnné.

Podobně jako u impulséru byla požadavkem zadavatele ochrana spuštění kalibračníhorežimu fyzickým přístupem ke snímači ATC, DPS tedy obsahuje dvoupolohový přepínača indikační LED stejně jako impulsér.

6

STOČ 2017 - Studentská tvůrčí a odborná činnost20. dubna 2017, FAI UTB ve Zlíně

obr. 4: DPS čidla ATC

3. Deska akčních členů

Výdej paliva je realizován čerpadlem a proporcionálním ventilem. Prvky pro řízenítěchto agregátů jsou umístěny na desce akčních členů. Jedna deska umožňuje spínání dvou230 V čerpadel a čtyř 24 V ventilů. Ventily jsou použity pro regulaci průtoku paliva, projejich řízení je použit čip Texas Instruments TPS1H100Q1.

Na desce je umístěn dvojnásobek ventilů z důvodu použití v oboustranných stojanech,kdy pro každý nabízený produkt je čerpadlo společné pro obě strany, ale ventil je každéstraně(pistoli) předřazen samostatný.

4. CAN Probe Monitor

Při vývoji bylo pro potřeby testování potřeba komunikovat s koncovýmizařízeními(snímače, akční členy) přímo, bez řídící desky stojanu. Byl proto vytvořen CANProbe převodník, který funguje jako obousměrný most, který na jedné straně disponuje USBpro připojení k počítači a na druhé straně dvěma CAN kanály. Pro tento převodník bylopotřeba napsat utilitu, která bude bude data přijatá z převodníku číst, zobrazovat a umožníuživateli poslat data zařízením. Podle potřeb zákazníka a našich potřeb pro ladění koncovýchzařízení byla vytvořena GUI aplikace CAN Probe Monitor umožnující zobrazovánía zadávání hodnot registrů a posílání příkazů připojeným zařízením. Převodník je k počítačipřipojen pomocí USB, které funguje jako virtuální COM port. Aplikace je multiplatformní,má českou a anglickou jazykovou verzi. Převodník bude rovněž používán ve výrobě, snímačebudou kalibrovány touto utilitou, tedy bez připojení k řídící jednotce.

Na obr. 5 je vidět okno aplikace se záložkou snímače ATC. Pomocí (1) je možnovybrat sériový port, na kterém je CAN Probe připojen. Ukazatel (6) a (11) zobrazujefunkčnost komunikace a stav kalibračního režimu. Oblast (15) obsahuje registry danéhokoncového zařízení, u všech zařízení jde o verzi FW, sériové číslo zařízení, den, měsíc a rokvýroby, pořadí vyrobeného kusu v daném dni, dále se ukazatele liší podle karty, na které jsmepřepnuti. V případě teploměru jsou zobrazeny kalibrační konstanty a tlačítka pro spuštěníkalibrace(na obrázku neaktivní, jelikož kalibrační režim není aktivován). V okně zpráv (7)vidíme příchozí i odchozí zprávy. Na toto okno můžeme aplikovat filtry dostupné v oblasti (9)a vybrat si tak jen ty zprávy, které chceme sledovat. Pokud bychom potřebovali zaslat zprávu,která není dostupná přes nabízená tlačítka monitoru, je možno pomocí prvků v bloku (14)sestavit zprávu vlastní.

7

obr. 5: screenshot aplikace CAN Probe Monitor

Literatura

[1] YIU, J. The Definitive Guide to ARM® Cortex®-M0 and Cortex-M0+ Processors. 2ndEdition. San Diego, United States: Elsevier Science Publishing Co, 2015. ISBN9780128032770.

[2] SLOSS, A., D. SYMES a Ch. WRIGHT. ARM System Developers Guide. Elesevier,2004. ISBN 1-55860-874-5.

[3] VALVANO, J. W. Embedded Systems: Real-Time Interfacing to Arm Cortex(TM)-MMicrocontrollers. CreateSpace Independent Publishing Platform, 2011. ISBN 978-1463590154.

[4] VALVANO, J. W. Embedded Systems: Introduction to ARM Cortex-MMicrocontrollers. CreateSpace Independent Publishing Platform, 2013. ISBN 978-1477508992.

[5] SEAL, D. ARM Architecture Reference Manual. Addison-Wesley, 2001. ISBN 978-0201737196.