A MECHANISM TO REDUCE WASTE DUE TO VOLTAGE DIPS IN NARROW FABRIC LOOMS A dissertation submitted to the Department of Electrical Engineering, University of Moratuwa in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science by H.K.L GAMINI Supervised by: Dr. J. P. Karunadasa Department of Electrical Engineering University of Moratuwa, Sri Lanka 2010 94846 Abstract Like any other industry, apparel industry too tries to minimize their product cost by reducing production waste. Voltage fluctuations and power failures are two of the most concerning factors affecting the production. Even though these voltage fluctuations & voltage failures affect different kinds of looms at different degrees, its effect on the weaving looms which manufacture elastics is severe. As a narrow fabric elastic manufacturer it has been faced difficulties in minimizing the number of joints in the fabric (tape), which is a direct consequence of the same. There are no research papers or commercial devices found to minimize the fabric joints in case of voltage dips or short period voltage interruptions. The significance of the proposed system is its ability to sense the voltage dips/sags or interruption with the fast AC to DC converter and take decisions intelligently to suit the situation prevailed, e.g. whether to let the machine run or stop depending on the time elapsed. The brain of the controller 0" isa '--peripheral interface controller (PIC) and is programmed as assembly language. MPLAB Software compiles assembly to hex codes and the required sequence of signals is generated from PIC. This signal is sent to control unit of the loom via the DPDT relay to hold down the control. switches to perform the controller operations of the looms within a 3 second period during the short-time voltage variations such as interruptions and dips. Numerous other applications are possible with this system in other industries too. One is in the rubber extruder and another is mixing mill in manufacturing rubber tires. D E C L A R A T I O N T h e w o r k s u b m i t t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s t h e r e s u l t o f m y o w n i n v e s t i g a t i o n , e x c e p t w h e r e o t h e r w i s e s t a t e d . I t h a s n o t a l r e a d y b e e n a c c e p t e d f o r a n y d e g r e e , a n d i s a l s o n o t b e i n g c o n c u r r e n t l y s u b m i t t e d f o r a n y o t h e r d e g r e e . \ ! 1 \ ! ! \ , r ' ~ , • l \ , ! ' · ' I I . K . L i Q C } I D i n i D a t e ' J - , c 1 • ) _ ( r ~ I e n d o r s e t h e d e c l a r a t i o n b y t h e c a n d i d a t e . / ~ ' / - - ' ~ ~-·JI/:... , : ) t _ , L D r . J . P . K a r u n a d a s a S u p e r v i s o r A C K N O W L E D G E M E N T F i r s t I p a y m y s i n c e r e g r a t i t u d e t o D r . J . P . K a r u n a d a s a \ v h o e n c o u r a g e d a n d g u i d e d m e t o c o n d u c t t h i s r e s e a r c h a n d o n p e r p e t r a t i o n o f f i n a l d i s s e r t a t i o n . I m a k e t h i s o p p o r t u n i t y t o e x t e n d m y t h a n k s t o P r o f J . R L u c a s a n d D r . N a l i n \ V i c k r a m a a r a c h c h i , D r . L a n k a U d a w a t t a a n d c o u r s e c o o r d i n a t o r M r W . D P r a s a d C o r t h e v a l u a b l e i n s t r u c t i o n s g i v e n t o m e d u r i n g t h e p r o j e c t . I f u r t h e r t h a n k t o t h e o f f i c e r s i n p o s t g r a d u a t e o t 1 i c c a n d p e o p l e w h o s e r v e i n t h e d e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g o f f i c e , f a c u l t y o f e n g i n e e r i n g , U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a f o r h e l p i n g i n n u i o u s w a y s . I \ V o u l d l i k e t o t a k e t h i s o p p o r t u n i t y t o e x t e n d m y s i n c e r e t h a n k s t o M r . D . C J S u b a s i n g h e ( M a n a g e r P o w c r g c n T r a d e P r o m o t e r s ( P v t ) L t d ) , M r . N . M R c r k y ( S e n i o r T e c h n i c i a n S t r c t c h l i n e ( P v t ) L t d ) , M r . I T . I H e t t i a r a c h c h i ( S e n i o r E n g i n e e r i n g E x e c u t i v e S t r e t c h l i n c ( P v t ) L t d ) , M r . P . S u g a t h ( E l e c t r i c a l E n g i n e e r S c h n e i d e r l : l c c t r i c ) , M r . H . W J a y a n t h a H e w a w a d u g e ( S e n i o r E n g i n e e r E x e c u t i v e S t r e t c h ! i n c ( P v t ) L t d ) . M r S h a m m i e d e S i l v a ( P r o j e c t E x e c u t i v e - S t r e t c h l i n e ( P v t ) L t d ) , M r N . P A t h u k o r a l a ( M a r k e t i n g M a n a g e r H a r r i s & M c n u k ( P v t ) L t d ) , M r K r i s h a n W e e r a w a n s a ( D i r e c t o r S t r c t c h l i n c ( P v t ) L t d ) . M r K u m a G a n e g o d a a n d M r A . J . R C h a n d r a k u m a r a ( M a n a g e r P e r s o n n e l & A d m i n S t r e t c h l i n e ( P v t ) L t d ) , \ V h o g m e t h e i r c o - o p e r a t i o n t o c o n d u c t t h e r e s e a r c h a n d t o d e v e l o p t h e P r o t o t y p e d e s i g n s u c c e s s f u l l y . l t i s a g r e a t p l e a s u r e t o r e m e m b e r t h e k i n d c o o p e r a t i o n e x t e n d e d b y t h e c o l l e a g u e s i n t h e p o s t g r a d u a t e p r o g r a m m e , f r i e n d s , m y s u b o r d i n a t e s i n t h e o f t i c c a n d e s p e c i a l l y m y w i C e v v h o h e l p e d m e t o c o n t i n u e t h e s t u d i e s f r o m s t a r t t o e n d . F i n a l l y . I s h o u l d a l s o a d m i r e t h e p a t i e n c e o f m y b e l o v e d k i d d u r i n g t h e p r o j e c t . I l l D e c l a r a t i o n A b s t r a c t ! \ c k n o w l c d g e m e n t C o n t e n t s L i s t o f T a b l e s L i s t o f F i g u r e s 1 . I n t r o d u c t i o n 1 . 1 B a c k g r o u n d 1 . 2 M o t i v a t i o n 1 . 3 G o a l s C O N T E N T S 1 . 3 . 1 H a r d \ \ a r e D e s i g n 1 . 3 . 1 . 1 S e l e c t i o n o f R e l a y ( P C B d r i v e r ) 1 . 3 . 1 . 2 S e l e c t i o n o f t r a n s i s t o r ( R e l a y D r i v e r ) 1 . 3 . 1 . 3 S e l e c t i o n o f o p t o c o u p l e r 1 . 3 . 1 . 4 S e l e c t i o n o f P e r i p h e r a l l n t e r h 1 c e ( P I C ) 1 . 3 . 2 S o f t v v a r e D e v e l o p m e n t 1 . 3 . 3 I m p l e m e n t a t i o n 1 . 4 A c h i e v e m e n t i n b r i e f 2 . P r o b l e m s t a t e m e n t 2 . 1 I I ! ' ) L . . _ ) . I d e n t i f i c a t i o n o f t h e m a c h i n e s t a t e s B e h a v i o r o f t h e m a c h i n e c o n t r o l l e r t o t h e v o l t a g e s I d e n t i f i c a t i o n o f t h e P r o b l e m 2 . 3 . 1 S t o p m a r k 2 . 4 O b j e c t i v e o f t h e p r o j e c t 3 . H a r d w a r e D e s i g n o f t h e s y s t e m 3 . 1 M i c r o c o n t r o l l e r t y p e f o r t h e a p p l i c a t i o n ( M C U ) 3 . 2 S o m e r e l a t e d f e a t u r e s o f p e r i p h e r a l i n t e r f a c e c o n t r o l l e r ( P I C ) 3 . 3 S e l e c t i o n o f M i c r o c o n t r o l l e r u n i t ( P I C ) P a g e N o . . . 1 1 I l l I V \ ' 1 V I I . . . . . \ ' 1 1 - V l l l I 4 4 4 4 4 4 5 5 5 7 7 X 1 0 1 1 1 1 1 3 1 3 1 ' ) _ ) 1 3 I V 3 . 3 . 1 T h e P I C 1 6 F 8 8 7 ! \ b a s i c f e a t u r e s 3 . 3 . 2 P I N A s s i g n m e n t o f P I C 1 6 F 8 7 7 A 3 . 3 . 3 D e v i c e b l o c k d i a g r a m 3 . 3 A P r o g r a m m e m o r y o r g a n i z a t i o n 3 . 3 . 5 D a t a M e m o r y O r g a n i z a t i o n 3 . 3 . 6 O s c i l l a t o r 3 . 3 . 6 . 1 T y p e s o f o s c i l l a t o r s 3 . 3 . 6 . 2 X T o s c i l l a t o r 3 . 3 . 6 . 3 R C o s c i l l a t o r 3 . 3 . 7 ! I i g h s p e e d 1 0 b i t A I D c o n v e r t e r 3 . 3 . 7 . 1 P o r t s 3 . 3 . 7 . 2 I n p u t O u t p u t p o r t s 3 . 3 . 7 . 3 P O R T a n d T R I S 3 . 3 . 8 T i m e r T R M l 3 . 4 P h o t o t r a n s i s t o r O p t o c o u p l e r 3 . 5 P r e c i s i o n A C / D C C o n v e r t e r 3 . 6 C a l c u l a t i o n o f t h e c o m p o n e n t s 3 . 6 . 1 P u l l d o v m r e s i s t o r o f t h e o p t o c o u p l c r 3 . 6 . 2 C u r r e n t l i m i t i n g r e s i s t o r ( R v ) 3 . 6 . 3 C u r r e n t l i m i t i n g r e s i s t o r ( R b ) . t . S o f t w a r e D e s i g n o f t h e s y s t e m 4 . 1 I n t r o d u c t i o n 4 . 2 M e t h o d 4 . 3 A l g o r i t h m 4 . 3 . 1 S o f h v a r e d e v e l o p m e n t f l o w c h a r t 4 . 4 R e s o l u t i o n a n d T i m e 4 . 4 . 1 R e s o l u t i o n o f t h e A n a l o g s i g n a l 4 . 4 . 2 A c q u i s i t i o n t i m e f o r t h e A n a l o g m o d u l e 4 . 4 . 3 B a s i c o p e r a t i o n o f t h e p r o g r a m 4 . 5 S c h e m a t i c c i r c u i t d i a g r a m s 4 . 5 . 1 S o m e p h o t o g r a p h s o f t h e S P V D A 4 . 5 . 2 M a c h i n e c o n t r o l l e r c i r c u i t d i a g r a m 1 5 1 7 2 0 2 0 2 1 2 2 2 2 2 2 ) " - - ' 2 5 2 5 2 6 2 6 2 7 2 8 3 0 3 2 , , -'~ , , . L ) 3 4 3 6 3 6 3 7 3 7 3 8 3 9 3 9 3 9 4 0 4 1 4 4 4 5 \ ' 5 . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f d a t a 4 6 5 . 1 C a t e g o r y o f w a s t e 4 6 - , . . , ) . . c . M o n i t o r i n g o f r e s u l t s 4 7 5 . 3 A n a l y s i s o f t i m e w a s t e 4 8 5 . 4 A n a l y s i s o f p r o d u c t i o n w a s t e 4 9 5 . 5 B u d g e t a r y R e q u i r e m e n t 4 9 6 . E x p e r i m e n t a l R e s u l t s a n d C o n c l u s i o n 5 0 6 . 1 . T e s t i n g a t s i g h t 5 0 6 . 2 . C o n c l u s i o n 5 1 R e f e r e n c e s 5 3 A p p e n d i x A A s s e m b l y c o d e s o f t h e p r o g r a m 5 4 A p p e n d i x B T r a n s i s t o r D a t a s h c c t 5 9 A p p e n d i x c S i l i c o n R e c t i f i e r D i o d e D a t a s h e e t 6 0 A p p e n d i x ) ) P C B R e l a y D a t a s h e e t 6 2 A p p e n d i x E C o n t a c t o r R e l a y T h r e s h o l d v o l t a g e s 6 5 A p p e n d i x F O p e r a t i o n a l A m p l i f i e r D a t a s h e e t 6 6 A p p e n d i x G O p t o c o u p l e r C N Y 1 7 - 1 D a t a s h c e t 6 9 A p p e n d i x I I P h o t o g r a p h s o f t h e m a c h i n e 7 2 \ ' I L i s t o f t a b l e s T a b l e n u m b e r I D e s c r i p t i o n T a b l e 2 . 1 I C o m b i n a t i o n s o f m a c h i n e s t a t e s . T a b l e 2 . 2 I B e h a v i o r o f m a c h i n e c o n t r o l l e r t o d i f f e r e n t v o l t a g e l e v e l s . T a b l e 2 . 3 I . B e h a v i o r o f o t h e r c o m p o n e n t t o d i f f e r e n t v o l t a g e l e v e l s . T a b l e 3 . 1 I P I C 1 6 F D e v i c e F e a t u r e s T a b l e 3 . 2 P I N A s s i g n m e n t o f P I C 1 6 F 8 7 7 i \ T a b l e 3 . 3 P I N A s s i g n m e n t o f P I C 1 6 F 8 7 7 A ( c o n t i n u e d ) T a b l e 3 . 4 P I N A s s i g n m e n t o f P I C 1 6 F 8 7 7 A ( c o n t i n u e d ) T a b l e 3 . 5 I B a n k s e l e c t i o n T a b l e 3 . 6 I C a p a c i t o r s e l e c t i o n T a b l e 3 . 7 O p t o c o u p l e r P a r a m e t e r s T a b l e 3 . 8 O p t o c o u p l e r E l e c t r i c a l C h a r a c t e r i s t i c s T a b l e 3 . 9 R e s i s t o r s o f o p t o c o u p l e r c i r c u i t T a b l e 5 . 1 S o l i d v v a s t e d a t a i n y e a r 2 0 0 8 T a b l e 5 . 2 V o l t a g e d i p s a n a l y s i s r e p o r t L i s t o f f i g u r e s F i g u r e n u m b e r I D e s c r i p t i o n F i g u r e 1 . 0 I S e q u e n c e o f d e s i g n . F i g u r e 2 . 1 I S c h e m a t i c d i a g r a m f o r m a c h i n e c o n t r o l l e r F i g u r e 3 . 1 I P I C 1 6 F 8 7 7 P i n d i a g r a m F i g u r e 3 . 2 I I n t e r n a l a r c h i t e c t u r e o f P I C m i c r o c o n t r o l l c r F i g u r e 3 . 3 ! M e m o r y m a p F i g u r e 3 . 4 I C o n n e c t i o n s o f t h c c r y s t a l O s c i l l a t o r . F i g u r e 3 . 5 F i g u r e 3 . 6 O s c i l l a t o r c l o c k s i g n a l F i g u r e 3 . 7 V l l f i g u r e 3 . 8 F i g u r e 3 . 9 F i g u r e 3 . 1 0 F i g u r e 3 . 1 1 F i g u r e 3 . 1 2 F i g u r e 3 . 1 3 F i g u r e 4 . 1 F i g u r e 4 . 2 F i g u r e 4 . 3 F i g u r e 4 . 4 F i g u r e 4 . 5 F i g u r e 4 . 6 F i g u r e 4 . 7 f i g u r e 4 . 8 F i g u r e 5 . 1 F i g u r e 6 . 1 C u r r e n t l i m i t i n g r e s i s t o r a t R R 1 C u r r e n t l i m i t i n g r e s i s t o r a t R B 2 P r o c e s s o f c o m m u n i c a t i o n b e t v v e e n a m a n a n d a m i c r o c o n t r o l l c r . F l o w c h a r t f o r s o f h v a r e d e v e l o p m e n t A n a l o g m o d u l e f o r ; \ c q u i t t i n g t i m e . C o n t r o l c i r c u i t o f t h e m i c r o c o n t r o l l c r c i r c u i t P o w e r c i r c u i t o f t h e A C / D C c o n v e r t e r E x t e r n a l a p p e a r a n c e o f t h e d e s i g n D e s i g n c i r c u i t w i t h m a c h i n e c o n t r o l l e r W e a v i n g l o o m m a i n c o n t r o l u n i t c i r c u i t d i a g r a m W a s t e a n a l y s i s M o t o r c u r r e n t v a r i a t i o n f o r m o m e n t a r y i n t e r r u p t i o n V I I I C h a p t e r 1 I n t r o d u c t i o n 1 . 1 B a c k g r o u n d A p p a r e l i n d u s t r y r e q u i r e s t o p r o v i d e e f f i c i e n t a n d o n t i m e s e r v i c e t o t h e c u s t o m e r s v Y i t h n o c o m p r o m i s e o n t h e q u a l i t y o f g o o d s b e i n g d e l i v e r e d . O n e m a j o r d e t e r m i n a n t o f t h e q u a l i t y o f t h e n a r r m v f a b r i c e l a s t i c s i s t h e n u m b e r o f j o i n t s o f o n e t a p e p e r u n i t l e n g t h w h i c h i s p r e d e t e r m i n e d . T h e t e x t i l e i n d u s t r y i s a n a m a l g a m o f r e l a t e d i n d u s t r i e s v v h i c h u s e s v a r i e t y o f n a t u r a l & s y n t h e t i c m a t e r i a l s . A m o n g t h e m a c h i n e s v v h i c h a r e u s e d i n a p p a r e l i n d u s t r y t h e m a c h i n e t y p e t h a t i t h a s b e e n c h o s e n t o c a r r y o u t m y p r o j e c t i s a n a r r o w l~1bric v \ e a \ ' l n g l o o m . H o w e v e r t h i s c a n b e i m p l e m e n t e d t o o t h e r m a c h i n e r v i n d i f f e r e n t i n d u s t r i e s w i t h s m a l l c h a n g e s . C u r r e n t l o o m c a p a c i t y i n t h e f a c t o r y i s 1 2 0 ( I O O n o s o f s i n g l e d e c k a n d 2 0 n o s o r d o u b l e d e c k ) . E a c h s i n g l e d e c k l o o m c a n b e p r o d u c e d l 0 t a p e s a n d 2 0 b y d o u b l e d e c k l o o m s w h i c h l e a d s t o a n a v e r a g e d a i l y p r o d u c t i o n o f 0 . 4 m i l l i o n m e t e r s . N a r r o w f a b r i c m a n u f a c t u r e r s f a c e d i f f i c u l t i e s i n r e d u c i n g t h e n u m b e r o r j o i n t s i n t h e c o n t i n u o u s h 1 b r i c t a p e s . S i n c e t h e r e i s a p a r t i c u l a r n u m b e r o f j o i n t s t h a t t h e n a r r c n v t~1bric c a n h a v e w h i c h i s o f c o u r s e p r e - s p e c i f i e d b y t h e c u s t o m e r . a n y i n s t a n c e w h i c h e x c e e d s t h e s a m e w i l l l e a d t o h e i g h t e n t h e f a c t o r y p r o d u c t i o n v v a s t e s i n c e i t v v i l l n o t b e a c c e p t e d b y t h e c u s t o m e r . T h e s t u d y h e l p e d i n i d e n t i f y i n g f o l l o w i n g r e a s o n s a s t h e c a u s e s o f \ \ a s t c g e n e r a t i o n . 1 . V o l t a g e v a r i a t i o n 2 . p c m e r i n t e r r u p t i o n 3 . M a c h i n c b r e a k d o v v n s 4 . Q u a l i t y p r o b l e m s 5 . Y a r n b r e a k a g e s 6 . G e n e r a t o r c h a n g e o v e r & v i c e v e r s a 7 . P r o c e s s p r o b l e m s a n d m a n y m o r e 1 . 2 M o t i v a t i o n T h e c o m p a n y c a t e g o r i z e s i t s t o t a l w a s t e i n i t i a l l y a s c o n t r o l l a b l e & u n c o n t r o l l a b l e w a s t e . O n e m a j o r c o n t r i b u t i n g f a c t o r f o r u n c o n t r o l l a b l e \ \ a s t e s i s t h e v · o l t a g e v a r i a t i o n s v \ h i c h l a s t l e s s t h a n 3 s e c o n d s . A s a n E n g i n e e r w i t h a b a c k g r o u n d o f e l e c t r i c a l i n s t a l l a t i o n t h e a u t h o r s e l e c t e d t h i s p r o j e c t t o s t u d y t h e p r o d u c t i o n w a s t e g e n e r a t i o n a c t i v i t i e s a n d t h e m e c h a n i s m t h a t c o u l d h e i m p l e m e n t e d t o m i n i m i z e i t . T h i s t h e s i s p r o p o s e s a n e w a u t o m a t e d a p p r o a c h t o d e t e c t t h e v · o l t a g c v a r i a t i o n a n d r e a c t a c c o r d i n g l y . T h e b r a i n o f t h e c o n t r o l l e r i s a p e r i p h e r a l i n t e r L t c e c o n t r o l l e r ( P I C ) . B y u s i n g P I C t h e d e s i g n w a s d o n e v v i t h l o w c o s t c o m p a r a t i v e l y . T h i s d e v i c e c a n h e n a m e d a s S h o r t P e r i o d V o l t a g e D i p A c t u a t o r ( S P V D A ) w h i c h h e l p s a u t o m a t i n g t h e m a c h i n e s . l e a d i n g t o t h e f o l l o w i n g a d v a n t a g e s . 1 . N o j o i n t s w i l l b e g e n e r a t e d d u e t o s h o r t p e r i o d v o l t a g e v a r i a t i o n s ( t i m c l e s s t h a n 3 s e c ) . . , N o w a s t e g e n e r a t i o n d u e t o c o n s e q u e n c e v o l t a g e v a r i a t i o n s 3 . N o r e - p r o c e s s i n g t i m e & h e n c e m a n h o u r s c a n b e s a v e d . 4 . R e d u c e c u s t o m e r c o m p l a i n t s 5 . N o w a s t e g e n e r a t i o n d u r i n g t h e p o v v e r c h a n g e o v e r a n d v i c e v e r s a a n d m a n y m o r e . • I f t h e a b o v e v o l t a g e v a r i a t i o n o c c u r s s u c c e s s i v e l y w i t h i n s h o r t p e r i o d s c a u s i n g t o h a v e t w o j o i n t s w i t h i n 1 0 m e t e r s i t h a s t o b e d i s p o s e d a s w a s t e . I m p l e m e n t a t i o n o r t h e n e w a c t u a t o r h e l p s t o e l i m i n a t e t h i s p r o b l e m . • I n t h e c a s e o r s h o r t p e r i o d v o l t a g e v a r i a t i o n s s u c h a s v o l t a g e d i p s a n d m o m e n t a r y i n t e r r u p t i o n s c l a s t i c t a p e d a m a g e s c a n h e s e e n a n d m a c h i n e o p e r a t o r s h a v e t o r e c o n n e c t i t a f t e r r e m o v i n g u m \ a n t e d p o r t i o n s . I I c l p s i m m e n s e l y i n s a v i n g t i m e . w h i c h r e s u l t s i n h i g h e r p r o d u c t i v i t y . 2 St ep d ow n c e n te r ta p AC .. T/ F 23 0V 23 0V /9 V 1 ph as e A C B lo ck D ia gr am o f t he e x pe ct ed d es ig n o f t he c o n tr ol le r An al og Si gn al - - - - - - - . A C /D C Co nv er to r M ac hi ne R un ni ng S ta te (d1 git al in pu t) An al og In pu t An al og In pu t < ( 1' - 1' - CX ) LL CD . . - - 0 0... 1'-- ----- ---' V r e f (3 9 V D C )@ 1 80 V AC Fi gu re 1 - Se qu en ce o f D es ig n D ig ita l 0 /P R el ay D P D T Co il D at a Vo lt fre e R el ay O /P I Co nt ro l - - - - - - . . PC B R at ed V ol ta ge 5 V O pe ra tin g Vo lta ge 3 .7 5V R el ea se V ol ta ge : 0 .2 5V Po w er : 15 0m W ~ _ 1 1 . 3 G o a l s l ' o achicn~ t h e f i n a l t a r g e t t h e p r o j e c t \ V o r k \ V a s b r o k e n f u r t h e r d o v , ' n t o a s e t o f g o a l s . t h e v a r c a s f o l l o w , s . 1 . 3 . 1 H a r d w a r e D e s i g n 1 . 3 . 1 . 2 S e l e c t i o n o f R e l a y ( P C B d r i v e r ) C o r r e c t s e l e c t i o n o f t h e r e l a y i s v e r y i m p o r t a n t b e c a u s e i t d r i v e s t h e c o n t r o l P C B o f t h e l o o m . T h e r e f o r e s e v e r a l f e a t u r e s n e e d t o b e c o n s i d e r e d \ \ h e n c h o o s i n g a r e l a y s u c h a s S \ v i t c h i n g r a t i n g . c o i l r e s i s t a n c e . c o i l v o l t a g e . p h y s i c a l s i z e & d i e l e c t r i c s t r e n g t h . A s t h e r e l a y w a s u s e d f o r l o w v o l t a g e a p p l i c a t i o n s d i e l e c t r i c s t r e n g t h w a s n o t i m p o r t a n t . S o t h a t S P D T 5 V D C / 1 ! \ m i c r o r e l a y w a s s e l e c t e d . F e a t u r e s o f t h e r e l a y w e r e . r C o i l r a t i n g 5 V D C . 9 0 m / \ r C o i I r e s i s t a n c e - 5 5 o h m r C o i l s i z e - l - 1 1 3 T x 3 / 8 ' " x l / 4 " ' 1 . 3 . 1 . 2 S e l e c t i o n o f t r a n s i s t o r ( R e l a y D r i v e r ) S e l e c t i o n o f t r a n s i s t o r w a s v e r y c r i t i c a l b e c a u s e t h e r e l a y w a s d r i v e n b y t r a n s i s t o r \ Y h i c h w a s i n i t i a l l y c o n t r o l l e d b y t h e P l C . O u t o f m a n y t r a n s i s t o r s a Y a i l a h \ e i n t h e m a r k e t c o r r e c t o n e n e e d s t o b e s e l e c t e d . G e n e r a l p u r p o s e C 1 8 1 5 . N P N t r a n s i s t o r w a s c h o s e n 1 4 1 b a s e o n t h e c a l c u l a t i o n s d o n e 1 1 O l 1 . 3 . 1 . 3 S e l e c t i o n o f o p t o c o u p l e r O p t o c o u p l c r \ V a s u s e d t o i s o l a t e t h e s i g n a l s f o r p r o t e c t i o n a n d s a f e t y b e t w e e n a s a f e a n d a p o t e n t i a l h a z a r d o u s o r e l e c t r i c a l l y n o i s y e n v i r o n m e n t . T h e inter!~tcing o f t h e o p t o c o u p l c r b e t w e e n d i g i t a l o r a n a l o g s i g n a l n e e d s t o b e d e s i g n e d p r o p e r l y f o r p r o p e r p r o t e c t i o n a n d o p e r a t i o n . 1 . 3 . 1 A S e l e c t i o n o f P e r i p h e r a l I n t e r f a c e ( P I C ) T h i s i s t h e c o n t r o l l e r o f t h e d e s i g n . T h e r e a r e v a r i e t i e s o f P l C s i n t h e m a r k e t . S o t h a t t h e r e q u i r e d c o n t r o l l e r \ v i t h r i g h t f e a t u r e s n e e d s t o b e s e l e c t e d ( P 1 C l 6 F 8 7 7 A ) . 4 1 . 3 . 1 S o f t w a r e D e v e l o p m e n t I n s t r u c t i o n s t o t h e P I C s h o u l d b e g i v e n i n h e x . I f t h e i n s t r u c t i o n s a r c g l \ c n 1 1 1 a s s e m b l y l a n g u a g e . i t n e e d s t o h e c o n v e r t e d t o h e x b y M P L A R s o f t w a r e . a l s o t h e r e i s a f a c i l i t y t o p r o g r a m u s i n g C v v i t h C c o m p i l e r . 1 . 3 . 2 I m p l e m e n t a t i o n r C o n t r o l c i r c u i t w a s d e s i g n e d a n d i n s t a l l e d o n h o a r d , - P o v . . e r s u p p l y o f 5 V & 9 V t o t h e P I C a n d A C / D C c o n v e r t e r s e p a r a t e l y . r P r o g r a m m e d t h e P I C u s i n g M P L A S S o f t w a r e & P r o g r a m m e r . , - C h e c k e d t h e f u n c t i o n a l i t y o f t h e P I C b y a s i m u l a t i o n i n M P L A B a n d t h e n i n c o r p o r a t e d P I C t o t h e c o n t r o l c i r c u i t a n d c h e c k e d f u n c t i o n a l i t y o f a l l p o s s i b l e i n p u t s . l . . t A c h i e v e m e n t s i n b r i e f C o m p l e t i o n o f l i t e r a t u r e s u r \ T y . i n t e g r a t e d t h e d e s i g n i n g o f S h o r t P e r i o d P c m e r D i p a c t u a t o r . S e r i e s o f t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n s w e r e d o n e t o c a l c u l a t e a n d f i n d t h e r e q u i r e d c o m p o n e n t s s u c h a s o n - l i n e r e s i s t o r . p u l l d O \ v n r e s i s t o r t o p r o t e c t t h e o p t o c o u p l e r . i n p u t ' v o l t a g e s t a b i l i t y a n d b a s e l i m i t i n g r e s i s t o r o f t h e d r i v e r t r a n s i s t o r ( C l 8 1 5 ) o f t h e r e l a y c i r c u i t . F a s t P r e c i s i o n A C / D C c o n v e r t e r \ v h i c h w a s b u i l t b y c a s c a d i n g t w o L M 1 0 1 A o p e r a t i o n a l a m p l i t i e r s . I t w a s s e l e c t e d a m o n g t h e o t h e r c o n v e r t e r s w h i c h c a n h e d o n e t h e s a m e j o b . b e c a u s e i t \ \ a s a f u l l w a v e r e c t i f i e r a n d t h e r e s p o n s e t i m e w a s l e s s t h a n 5 4 m s . T h e c o n Y e r t c r w a s c o n v e r t e d A C v o l t a g e t o D C a n a l o g v o l t a g e a n d i t \ V a s s e n t i t t o P I C A N O p i n a s a n a n a l o g u e i n p u t s i g n a l . M a c h i n e o p e r a t i n g s t a t e s i g n a l w a s s u p p l i e d t o t h e R C 5 p i n o f t h e P I C t h r o u g h t h e o p t o c o u p l e r C Y N - 1 7 - 1 . I t w a s u s e d t o i s o l a t e p c m e r s i d e f r o m t h e c o n t r o l s i d e . S e l e c t e d P I C 1 6 F 8 7 7 A o f f e r s l o t o f f e a t u r e s l i k e . i n t e r r u p t h a n d l i n g c a p a c i t y . A I D m o d u l e . t i m e r s a p a r t f r o m t h a t d i g i t a l i n p u t s & o u t p u t s . C o m p o n e n t s w e r e o r d e r e d a f t e r d e s i g n i n g . I t t o o k t i m e t o f i n d t h e P I C b e c a u s e t h e o n e i t \ V a s i n i t i a l l y p l a n n e d w a s v e r y r a r e i n t h e l o c a l m a r k e t t o p u r c h a s e ( P I C 1 6 1 - ' 8 7 0 ) . T h e n P l C 1 6 F 8 7 7 w h i c h w a s a v a i l a b l e i n t h e m a r k e t w a s p u r c h a s e d . P I C p r o g r a m \ V a s w r i t t e n i n a s s e m b l y l a n g u a g e . I t t o o k t i m e b e c a u s e i t w a s n e e d e d t o l e a r n m o r e a b o u t a s s e m b l y l a n g u a g e t o d e v e l o p t h e p r o g r a m [ l l W r i t i n g t h e p r o g r a m w a s t i m e c o n s u m i n g t o o . F i n a l l y t h e 5 p r o g r a m w a s d e v e l o p e d a n d p r o g r a m m e d i n M P L J \ B , t h i s \ V a s t e s t e d u s m g r v 1 P L A B S I M ( M P L A B S i m u l a t o r ) . T h e P I C w a s d e b u g g e d a n d p r o g r a m m e d a g a i n . T h i s w a s d o n e m a n y t i m e s u n t i l t h e c o r r e c t p r o g r a m w a s o b t a i n e d . S i n c e P I C 1 6 F 8 7 7 J \ \ V a s f l a s h e d v e r s i o n . i t c o u l d b e p r o g r a m m e d a b o u t 1 0 0 . 0 0 0 t i m e s \ \ i t h o u t d o i n g a n y d a m a g e t o t h e P I C . 6 C h a p t e r 2 P r o b l e m s t a t e m e n t 2 . 1 I d e n t i f i c a t i o n o f m a c h i n e s t a t e s S t u d y a b o u t t h e m a c h i n e o p e r a t i o n a n d i d e n t i f y i n g p r o b l e m s \ v a s v e r y u s e f u l t o d e v e l o p a s y s t e m t o m i n i m i z e t h e e f f e c t d u e t o t h e p r o b l e m o r p r o b l e m s . T h e w e a v i n g l o o m i n c l u d e s m a i n l y t h r e e t y p e s o f S \ v i t c h e s a n d t w o k i n d s o f m o t o r s t o r u n t h e l o o m . T h e s e a r e n a m e d a s T i p S \ \ i t c h . S t o p s w i t c h . S t a r t S \ v i t c h . T i p m o t o r a n d m a i n m o t o r . C o m b i n a t i o n s o f t h e o p e r a t i o n o f t h e s w i t c h e s a n d m o t o r s c a n b e c a t e g o r i z e d i n t h e t a b l e 2 . 1 . , R a w [ T i p I S t a r t I S t o p I T i p I M a i n I M a c h i n e S t a t e 1 s w i t c h I s w i t c h ~~tor I ?~~;ut _ E D _ v v _ e r s w i t c h m o t o r - - - - - - - - - - - 0 0 0 0 0 - 2 1 0 0 0 0 0 _ $ _ t ( ) [ : l _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -~ - - - - - - - 3 1 0 0 1 0 ' f i r : > p i n g 4 1 1 0 0 0 S t o [ ) 5 1 1 0 0 1 6 1 0 0 1 0 0 7 1 r 1 1 0 0 1 R u 1 1 _ n m g 8 0 0 0 0 I 0 1 0 S t o p 9 1 0 0 0 0 0 S t i l l S t o p T a b l e 2 . 1 - C o m b i n a t i o n s o f m a c h i n e s t a t e s S t a t e 4 & 6 c a n b e e x p l a i n e d t h a t e v e n t h o u g h Y o l t a g e i s a v a i l a b l e m a c h i n e i s n o t a b l e t o r u n \ \ i t h S t a r t s w i t c h i t s e l f . T i p s w i t c h i s u s e d t o o p e r a t e t h e m a c h i n e a t a m o d e r a t e s p e e d i n o r d e r t o s e t u p o r c a r e f u l p o s i t i o n i n g o f t h e m o \ i n g p a r t s i n t h e m a c h i n e . \ V h c n S t a r t S \ \ i t c h i s p r e s s e d w i t h t h e T i p s w i t c h s i m u l t a n e o u s l y & t h e m a c h i n e c a n h e r u n a t i t s m a x i m u m s e t s p e e d . T h e S t o p s w i t c h i s u s e d t o s t o p t h e m a c h i n e a n d s t a t e X i s v e r y s i m i l a r t o t h e s i t u a t i o n w h e r e p o w e r i n t e r r u p t i o n s c a n h e h a p p e n e d d u r i n g t h e m a c h i n e r u n n i n g . B y s e e i n g s t a t e s 8 a n d 9 t h i s s i t u a t i o n c a n b e i d e n t i f i e d a s s i m i l a r a s t o s h o r t p e r i o d i n t e r r u p t i o n o r v o l t a g e d i p s i t u a t i o n a n d s h u t d o w n t h e m a c h i n e . I n t h e i n s t a n c e i f t h e m e c h a n i s m i s d e v e l o p e d t o k e e p h o l d i n g t h e t v ; o s w i t c h e s S t o p a n d T i p s i m u l t a n e o u s l y d u r i n g t h e v o l t a g e v a r i a t i o n o r s h o r t p e r i o d i n t e r r u p t i o n 7 ( t i m e t < 3 s e c o n d ) o p e r a t i o n o f t h e m a c h i n e c a n b e c o n t i n u e d w i t h o u t h a v i n g a n y p r o d u c t i o n l o s s e s . 2 . 2 B e h a v i o r o f t h e m a c h i n e c o n t r o l l e r t o t h e v o l t a g e s F o r t h e w e a v i n g m a c h i n e s e l e c t r i c a l p o w e r f o r t h e c o n t r o l l e r s t a r t s f i " o m e x t e r n a l t r a n s f o r m e r v v h i c h i s f i t t e d i n t o t h e m a c h i n e . E x t e r n a l t r a n s f o r m e r i s c a p a b l e o f g e n e r a t i n g t h r e e l e v e l s o f v o l t a g e s . T h o s e a r e 4 8 . 2 7 & 1 8 V 1 \ C a n d i s f e d i n t o t h e \ \ C a v i n g m a c h i n e c o n t r o l P C B . T h e m a i n m o t o r c o n t a c t o r w a s e n e r g i z e d b y 4 8 V A C t h r o u g h t h e i n t e r n a l r e l a y s y s t e m o f t h e m a c h i n e t o c o n t r o l P C B a n d r e s t o f t h e v o l t a g e s ( 1 8 V A C & 2 7 V A C ) w e r e a c c o m m o d a t e d f o r t h e f u n c t i o n s o f b a l a n c e a c t i v i t i e s o f t h e c o n t r o l p a n e l s u c h a s b r e a k . s t o p m o t i o n s & o t h e r c o n t r o l c i r c u i t s e t c ) . T h e m a c h i n e s w e r e o p e r a t i n g \ v i t h t h e C E B p o w e r a n d a n y t i m e v o l t a g e v a r i a t i o n s & i n t e r r u p t i o n s c a n b e h a p p e n e d . T h i s w i l l c a u s e t o s t o p t h e m a c h i n e o p e r a t i o n s a n d c o n s e q u e n t l y g e n e r a t e w a s t e . S o t h a t i n v e s t i g a t i o n s v v e r c d o n e t o l i n d t h e b e h a v i o r s o f t h e m a c h i n e c o n t r o l l e r a n d r e l a t e d m o t o r c o n t a c t o r d u r i n g t h e v o l t a g e v a r i a t i o n s . T r i a l s w e r e d o n e w i t h v a r i a c a n d e x p e r i m e n t a l r e s u l t s w e r e t a b u l a t e d a s f o l l o w i n g t a b l e s . 2 . 2 a n d 2 . 3 . A C % o f 4 8 V 2 7 V 1 7 V C O M M E N T S O N C O N T R O L P C B 1 / P V o l t A C A C A C 2 3 0 V 1 0 0 4 7 . 1 2 6 . 5 1 7 . 5 C o n t r o l f u n c t i o n s o f t h e m a c h i n e P C B i s o k - - - I . . - - 2 2 5 V 9 8 4 5 . 9 2 5 . 9 1 7 . 1 5 D o ' " ; 2 2 0 V i 9 6 4 4 . 9 2 5 . 3 5 1 6 . 8 D o s , . . , . I 2 1 5 V 9 3 4 3 . 8 2 4 . 7 1 6 . 3 D o 2 1 0 V 9 1 4 2 . 7 2 4 . 1 2 1 6 D o 2 0 5 V 8 9 4 1 . 7 2 3 . 5 8 1 5 . 6 D o 2 0 0 V I 8 7 4 0 . 6 1 2 2 . 9 6 1 5 . 2 D o - - - - - - - - - - - - - - 1 9 5 V I 8 5 3 9 . 8 I 2 2 . 5 I 1 4 . 9 C a r d f u n c t i o n s a r e satist~tctory u p t o t h i s p o i n t - - - 1 9 0 V 8 3 I 3 8 . 9 9 I 2 1 . 8 4 I 1 4 . 4 5 I n t e r n a l r e l a y s s t a r t t o v i b r a t e b u t c a r d s t a y s o n c o n d i t i o n - - - - - - - - - - - - - 1 8 5 V 7 8 . 4 1 3 8 0 6 1 2 1 . 2 5 1 1 4 . 1 M o r e n o i s e b u t c a r d f u n c t i o n s a r e s t a b l e - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 8 0 V 7 8 1 1 1 1 N o i s e d i s a p p e a r e d a n d t h e P o w e r f a i l u r e i n d i c a t o r 3 6 . 9 4 2 0 . 6 6 1 3 . 7 2 L E D ( d ) . O N d I d f . 1 _ r e _ I~ a n t 1 c c a r u n c t i o n s a r c s t o p p c c T a b l e 2 . 2 - B e h a v i o r o f M a c h i n e C o n t r o l l e r t o d i f f e r e n t V o l t a g e L e v e l s 8 B e h a v i o r s o f t h e c o m p o n e n t f o r t h e d i f f e r e n t v o l t a g e l e v e l s T / F I n p u t v o l t a g e s ( 1 0 0 ' 1 c ) 4 0 0 3 P h 3/~v ( 9 Q ; : , \ 3 6 0 v 3~0v ( 8 3 ' i : ) 3 ) 9 v C / 8 " 1 I 31~v 3 0 0 v ; u : : . v ::::~ov 7 / S v 7 0 0 v H~JV 1 5 0 v 1 2 - ' : l v 1 0 0 v / i : : J v 5 0 · : ? 5 v O V M o t o r s a f e o p e r a t i n g r e g 1 o n U n _ 9 e r v o l t a g e _ p r o t e c t i o n s e t a t t > = 3 s e c @ 1 P h , 3 8 9 9 V A C r J 1 0 t o r c o n t a c t o r s t a r t t o f a 1 l . - , - ; : - - - - - - - - - - @ 1 P h , 3 6 . 9 V A C m a c h m e c o n t r o l P C G - - F u n c t i o n s s t a r t t o f a l l . - . - - C ' Q ( J ) : ' : ' 2 ' 1 0 t 5 r o c 0 u ~ , ' 0 0 E N o t e C o n t a c t o r t h r e s h o l d v o l t a g e s V m a x = 5 2 . 5 V A C V m i n = 3 8 4 V A C c Q 0 1 < ] ) ~, ~I r o , u ' Q _ ·e~ C 1 0 u ' < ] ) ' c - 5 ! O J : ; : ; , T a b l e 2 . 3 B e h a v i o r o f o t h e r c o m p o n e n t t o d i f f e r e n t V o l t a g e L e v e l s A s p e r t h e a b o v e r e s u l t s o p e r a t i o n o f t h e m a i n m o t o r c o n t a c t o r f a i l s a t ~ncYt1 o f s i n g l e p h a s e v o l t a g e , b e c a u s e o f t h a t v o l t a g e i s l e s s t h a n t h e m i n i m u m t h r e s h o l d v o l t a g e ( A p p e n d i x - F ) o f t h e c o i l ( 3 8 . 4 V A C ) . T h e m a c h i n e c o n t r o l l e r P C B f u n c t i o n s w e r e 9 d i s a b l e d - v v h e n t h e v o l t a g e r e a c h e s a t 7 8 ° A l o f s i n g l e p h a s e v o l t a g e , b e c a u s e o f l o w c o n t r o l v o l t a g e o f t h e P C B a n d d e - e n e r g i z e d t h e i n t e r n a l r e l a y s o f t h e P C B . A s a r e s u l t o f t h a t m a i n m o t o r c o n t a c t o r v v o u l d b e d e - e n e r g i z e d a n d s h u t d o w n t h e m a c h i n e o p e r a t i o n . T h e b a s i c o p e r a t i o n o f t h e m a c h i n e c o n t r o l l e r i s e x p l a i n e d b y f i g u r e 2 . 1 . u · C ~ ~~ U T . , ; : : ~ ~~ r - - : - ; - ; ; . · 3 4 6 M a c h i n e C o n t r o l P C B 1 + - ~~---- I n t e r n a l s w i t c h i n g I ~' A I M o t e t c o n t a c t o r ' 8 1 1 0 1 0 0 0 ' - - - - I I ~_j L . r - s t a r t - i - 1 1 - - 4 - - - 1 t i p F i g u r e 2 . 1 - S c h c m a t i c d i a g r a m f o r m a c h i n e c o n t r o l l e r 2 . 3 I d e n t i f i c a t i o n o f t h e P r o b l e m D u e t o t h e v o l t a g e v a r i a t i o n s p r o d u c t i o n \ V a s t e w a s g e n e r a t e d s i g n i f i c a n t l y . T h e r e ! ' o r c t h e p r o j e c t \ V a s f o c u s e d o n m i n i m i z a t i o n o f w a s t e d u e t o v o l t a g e v a r i a t i o n s s u c h a s ' o l t a g c d i p s . A c c o r d i n g t o t h e s u r v e y w a s d o n e t h e r e w a s a c o m m e r c i a l d e v i c e d e \ e l o p e d i n U K \ V a s c a l l e d h i g h v o l t a g e t r a c t i o n c a p a c i t o r d e v i c e [ 8 l T h i s d e v i c e c a n h e u s e d t o p o w e r t h e e l e c t r i c a l d e v i c e s i n t h e c a s e o f v o l t a g e d r o p s o r i n a b s e n c e o f p o \ v c r . B u t i t i s s t i l l i n t h e d e v e l o p m e n t s t a g e a n d a l s o c o s t i s h i g h . T h e r e f o r e s t i l l t h e r e i s n o a n y l o w c o s t m e c h a n i s m t o o v e r c o m e t h i s p r o b l e m . B u t b a t t e r y p o w e r e d l J P S s a r c o n e o f p e r t C c t s o l u t i o n s . O n a v e r a g e p o w e r c o n s u m p t i o n p e r l o o m i s 1 . 5 k \ \ " a n d p l a n t c a p a c i t y i s 1 2 0 l o o m s . T h e r e f o r e a t l e a s e 1 8 0 k W U P S u n i t s a r c r e q u i r e d t o r u n t h e f u l l c a p a c i t y o f t h e p l a n t . B u t d u e t o h i g h c a p i t a l c o s t i t i s n o t v i a b l e . A p a r t f r o m t h e h i g h c a p i t a l c o s t f o l l o v . . . i n g d i s a d v a n t a g e s w e r e t h e r e . 1 0 r F r e q u e n t m a i n t e n a n c e c o s t r F a i r l y l a r g e s p a c e r e q u i r e d r T o x i c \ V a s t e r I ! c a t d i s s i p a t i o n A n o t h e r o n e w a s t l y w h e e l U P S s . T h i s g i v e s l o t o f a d v a n t a g e s c o m p a r e d t o t h e a b o \ c . B u t t h e d i s a c h · a n t a g e i s c a p i t a l c o s t w h i c h i s v e r y m u c h h i g h e r t h a n t h e r e g u l a r U P S s v s t e m s . I n t h i s r e s e a r c h i t w a s f o u n d a p p r o x i m a t e l y 5 0 % o f t h e p O \ v e r L l i l u r e s w e r e l e s s t h a n 3 s e c o n d s a n d g e n e r a t e d w a s t e w a s 6 % o f t h e t o t a l w a s t e . T h e r e f o r e v v e a v i n g l o o m s i n t h e T e x t i l e i n d u s t r y i s v e r y s e n s i t i v e t o t h e v o l t a g e v a r i a t i o n s a n d p O \ v e r q u a l i t y p r o b l e m s a n d g e t s t o p p e d i m m e d i a t e l y . A s a r e s u l t o f i t s t o p m a r k s c a n b e s e e n o n t h e l~lbric t a p e s . I t i s t h e d a m a g e t h a t c a n n o t b e a c c e p t e d b y t h e c u s t o m e r s . 2 . 3 . 1 S t o p m a r k T h e d e f e c t · ' s t o p m a r k " i n t h e f a b r i c t a p e w a s f o u n d o n a c o n t i n u o u s f a b r i c d u e t o t h e v a r i a t i o n i n t e n s i o n b u i l d i n g u p a l o n g t h e y a r n p a t h f r o m t h e y a r n b e a m t o e l a s t i c t a p e i n c a s e o r m a c h i n e s t o p . T h e n m m a t e r i a l ( y a r n ) i s \ \ T a p p e d o n t h e a l u m i n u m b e a m w h i c h i s a b o u t 4 0 - 7 0 k g l o a d e d t o t h e m a c h i n e c r e e l . T h e b e a m c a n b e r o t a t e d f r e e l y w i t h t h e i r c e n t e r b e a r i n g s a n d m o \ e m e n t i s c o n t r o l l e d b y t h e t e n s i o n b a l a n c e w e i g h t s . I f t h e r e i s a s u d d e n p m \ e r t a i l u r e o r v o l t a g e v a r i a t i o n s h a p p e n f r e e m o t i o n c a n b e t a k e n p l a c e d d u e t o m o m e n t u m o f t h e b e a m . T h e r e f o r e i t c a u s e s a t e n s i o n v a r i a t i o n a l o n g t h e t a p e s . J \ . s a r e s u l t o f t h i s a s t o p m a r k c a n b e c r e a t e d . I f t h e r e i s a p o s s i b i l i t y · t o r e s e t t h e m a c h i n e \ \ i t h i n 3 s e c o n d s s t o r e d e n e r g y o f t h e b e a m i s e n o u g h t o m a i n t a i n t h e t e n s i o n o f t h e t a p e a n d c r e a t i n g s t o p m a r k c a n b e m i n i m i z e d . 2 . 3 O b j e c t i v e o f t h e p r o j e c t l h e e x p e c t a t i o n o f t h e p r o j e c t s w a s t o r e d u c e t h e w a s t e a n d d o w n t i m e d u r i n g t h e \ o l t a g e v a r i a t i o n . S i n c e i t f i n a l l y a f f e c t s t h e t o t a l r e v e n u e t h a t c a n b e g e n e r a t e d f i · o m t h e p l a n t . T h i s \ v i l l r e q u i r e d e v e l o p m e n t o f a n e w c o n t r o l s y s t e m \ v h i c h s h o u l d b e f a c i l i t a t e d t o k e e p t h e m a c h i n e s t a r t s \ v i t e h e s h o l d d o w n d u r i n g t h e v o l t a g e v a r i a t i o n s . 1 1 T h e n e w d e s i g n i n v o l v e s d i g i t a l c o n t r o l p r i n c i p l e s f ( H p r a c t i c a l i m p l e m e n t a t i o n o r c o n t r o l a l g o r i t h m s i n a m i c r o c o n t r o l l e r u n i t ( M C U ) . T h e f o l l o w i n g a r e a s n e e d t o h e f o c u s e d . , . . . H O \ v t o d e t e c t v o l t a g e v a r i a t i o n s w h i c h c f l c c t i n g t o t h e m a c h i n e o p e r a t i o n ' ? , . . . W h a t h a r d w a r e c o m p o n e n t s t o b e s o u r c e d a n d \ \ h a t t o b e p r o d u c e d t o m a k e t h e p h o t o t y p e d e s i g n ? , . . . P r o g r a m m i n g t h e m i c r o c o n t r o l l e r a c c o r d i n g t o t h e c o n t r o l a l g o r i t h m . r I l o w t o o b t a i n t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s ? 1 2 C h a p t e r 3 H a r d w a r e D e s i g n o f t h e s y s t e m 3 . 1 M i c r o c o n t r o l l e r t y p e s f o r t h e a p p l i c a t i o n ( M C U ) S i n g l e c h i p m i c r o c o n t r o l l e r d e v i c e i s i d e a l t o c o n t r o l v v a s t c d u e t o t h e v o l t a g e \ a r i a t i o n s i n m a n y a p p l i c a t i o n s . T h e a d v a n t a g e o f a M C U f o r t h e a p p l i c a t i o n i s t h e ! V l C l J s p r o g r a m c a n h e c h a n g e d . r e v i s e d b y c h a n g i n g a f e w l i n e s o f t e x t i n t h e s o u r c e c o d e . T h i s s o u r c e c o d e i s t h e n c o n v e r t e d i n t o m a c h i n e c o d e b y s o C t w a r c c o m p i l e r a n d i s p r o g r a m m e d i n t o M C U . T h e M C i s a s i n g l e c h i p c o m p u t e r . I t ope~ates a s s t o r e d p r o g r a m m a c h i n e t h a t i s i t m u s t h e r e a d i t s p r o g r a m c o d e a n d d a t a v a l u e s C r o m i t s m e m o r y i n o r d e r t o o p e r a t e . l w o c o m m o n m e t h o d s a r e u s e d t o a c c o m p l i s h t h i s . O n e i s c a l l e d v o n N e u m a n n a r c h i t e c t u r e a n d h a s b e e n e m p l o y e d i n m a n y M C U s . T h i s m e t h o d u s e s o n e d a t a b u s a n d m e m o r y s p a c e f o r b o t h p r o g r a m c o d e & d a t a v a l u e s . S a \ · i n g c o s t h u t s l m v i n g d o w n t h e c o d e e x e c u t i o n . T h e o t h e r a p p r o a c h i s c a l l e d T l a r v a r d a r c h i t e c t u r e . s e p a r a t e s t h e p r o g r a m c o d e & d a t a v a l u e s i n t o t w o m e m o r y s t r u c t u r e s a l l m v i n g p a r a l l e l l o a d i n g o f b o t h a t t h e s a m e t i m e . I n t h i s c a s e d a t a e x e c u t i o n i s e s s e n t i a l t h e r e f o r e H a r v a r d a r c h i t e c t u r e c a n h e s e l e c t e d d u r i n g t h e s e l e c t i o n o f M C s . 3 . 2 S o m e r e l a t e d f e a t u r e s o f p e r i p h e r a l i n t e r f a c e c o n t r o l l e r ( P I C ) i \ m i c r o c o n t r o l l c r 1 2 1 c l i t T c r s f r o m a m i c r o p r o c e s s o r i n m a n y w a y s . F i r s t a n d m o s t i m p o r t a n t i s i t s f u n c t i o n a l i t y . l n o r d e r t o a m i c r o p r o c e s s o r t o h e u s e d . o t h e r c o m p o n e n t s s u c h a s m e m o r y . o r c o m p o n e n t s f o r r e c e i v i n g a n d s e n d i n g d a t a m u s t b e a d d e d t o i t . O n t h e o t h e r h a n c l m i c r o c o n t r o l l c r i s d e s i g n e d t o b e a l l o f t h a t i n o n e . N o o t h e r e x t e r n a l c o m p o n e n t s a r e n e e d e d f o r i t s a p p l i c a t i o n s o t h e r t h a n a n o s c i l l a t o r b e c a u s e a l l n e c e s s a r y p e r i p h e r a l s a r e a l r e a d y b u i l d i n t o i t . T h u s . i t c a n h e s a v e d t h e t i m e a n d s p a c e n e e d e d t o c o n s t r u c t d e v i c e s . 3 . 3 S e l e c t i o n o f M i c r o c o n t r o l l c r u n i t ( P I C ) D i f f e r e n t t y p e s o f P c r i p h e r a l l n t c r C a c e U n i t s ( P l C s ) a r e a v a i l a b l e i n t h e m a r k e t . I n t h i s t h e s i s P T C 1 6 F s e r i e s w a s c o n s i d e r e d . F e a t u r e s t h a t c o n s i d e r e d f o r t h e a p p l i c a t i o n a r c g i \ e n i n t h e f o l l m v i n g t a b l e 3 . 1 . 1 3 P r o g r a m D a t a O p e r a t i n g 1 0 B i t T i m e r s m e m o r y m e m o r y 1 ' 0 I D e v i c e s p e e d A D 8 / 1 6 S i n g l e w o r d S R A M P i n s ( M H z ) M o d u l e s R i t s i n s t r u c t i o n s ( b y t e s ) P I C 1 6 f 8 4 A I I 0 2 · 1 6 8 X 8 \ - 1 3 2 0 I 2 " ~~- - P I C 1 6 F 8 5 I 0 2 c l 1 2 8 x 8 1 5 2 0 4 c h : 8 b i t I 2 P I C 1 6 1 8 7 0 2 0 4 8 1 2 8 x 8 2 2 2 0 ' i c h · 8 ) 3 P I C I 6 F 8 7 1 2 0 4 8 \ 1 1 ; : : : 3 3 2 0 ~------ - - - - - - · - - - l 4 c h · 8 h i t j - - I - j P I C : I 6 F 8 6 2 0 4 8 1 5 2 0 2 - - - - - - - - - - · · - - - - . - - P I C I 6 F 8 7 3 A 4 0 9 6 1 9 2 2 2 2 0 5 c h : 8 b i t 2 / I 3 P I C I 6 F 8 7 4 A 4 0 9 6 3 3 2 0 8 c h : 8 b i t 2 1 1 5 ~~~c 1-6~876-A--\- 8 1 9 2 ) ( ) 8 2 2 2 0 'icld~hi1 2 ' 1 3 - - - - ----~--- - - - - - P I C 1 6 F 8 7 7 A 8 1 9 2 ) ( ) 8 3 3 I 2 0 8 c h : 8 b i t 2 . ' 1 5 T a b l e 3 . 1 - P l C 1 6 F D e v i c e F e a t u r e s A c c o r d i n g t o t h e a b o v e c o m p a r i s o n i n P I C 1 6 f 8 7 X A s e r i e s P l C 1 6 F 8 7 7 A h a s 8 k i n s t r u c t i o n s o f p r o g r a m m e m o r y , 3 6 8 b y t e s o f S R A M d a t a m e m o r y , 3 3 1 / 0 s , 5 P o r t s , I 0 b i t A / D m o d u l e s . t w o 8 b i t t i m e r s a n d m a n y m o r e . B u t i t \ V a s r e q u i r e d i n p u t s & o u t p u t s f o r s o f t w a r e d e v e l o p m e n t s u c h a s , r T h r e e P o r t s A B a n d C r T w o A n a l o g m o d u l e s r T w o d i g i t a l o u t p u t s r O n e d i g i t a l i n p u t T h e r e f o r e e x c e p t P I C 1 6 F 8 4 A a l l t h e o t h e r P e r i p h e r a l I n t e r f a c e U n i t s c a n b e u s e d f o r t h e s o f t w a r e d e \ c l o p m c n t o f t h i s p r o j e c t . B u t o n t o p o f t h a t p r i o r i t y m u s t b e g i Y e n t o t h e p r o d u c t w h i c h i s a \ a i l a b l e i n t h e m a r k e t d u e t o t h e t i m e c o n s t r a i n . P I C 1 6 F 8 7 7 J \ i s o n e o r t h e l a r g e s t p r o g r a m m e m o r y c a p a c i t y c h i p a \ a i l a b l e i n t h e l o c a l m a r k e t . T h e r e f o r e P I C 1 6 F 8 7 7 A 1 2 . 5 ] w a s s e l e c t e d a s t h e c o n t r o l l e r o f t h e p r o p o s e d s y s t e m . 1 4 P i n D i a g r a m P D I P - - M C L R I V P P - - - - - - - - - - - R B 7 ! P G D R A O / A N O - - R B 6 / P G C R A I / A N 1 - - - - - R B 5 R A 2 / A N 2 1 V R E F - - ~ R B 4 R A 3 / A N 3 / V R E F + - - R B 3 1 P G M R A 4 / T O C K I - - R B 2 R A 5 i A N 4 / S S - " ¢ - R B 1 R E O / R D / A N 5 _ _ _ . r - - - . - R B O I I N T R E 1 / W R / A N 6 - 0 0 - - - - - - - - - - V D D - - r - - - . R E 2 / C S I A N 7 - r - - - . - - - - - - - - - - v s 3 V D D - 0 0 - R D 7 / P S P 7 u . . V s s - < . 0 - - - R D 6 i P S P 6 O S C 1 / C L K I N - ~ - - R D 5 / P S P 5 ( . ) O S C 2 / C L K O U T - - - R D 4 / P S P 4 a . . R C O / T W S O / T 1 C K I - - R C 7 / R X : D T R C 1 / T I O S I / C C P 2 - - - - - R C 6 / T X / C K R C 2 / C C P 1 - - - - - - - - - - - - - - R C S / S D O R C 3 / S C K / S C L - - - - - R C 4 / S D I / S D A R D O / P S P O - - R D 3 / P S P 3 R D 1 / P S P 1 - - - - - - - - - - - R D 2 / P S P 2 F i g u r e 3 . 1 - P I C 1 6 F 8 7 7 P i n D i a g r a m 3 . 3 . 1 T H E P I C 1 6 F 8 8 7 A B A S I C F E A T U R E S • A r c h i t e c t u r e O n l y 3 5 i n s t r u c t i o n s t o l e a r n A l l s i n g l e - c y c l e i n s t r u c t i o n s e x c e p t b r a n c h e s • O p e r a t i n g f r e q u e n c y 0 - 2 0 M l l z • P r e c i s i o n i n t e r n a l o s c i l l a t o r u F a c t o r y c a l i b r a t e d S o f t w a r e s e l e c t a b l e f i · e q u c n c y r a n g e o f 8 M H z t o 3 1 K I I z 1 5 • P o w e r s u p p l y v o l t a g e 2 . 0 - 5 . 5 V C o n s u m p t i o n : 2 2 0 u A ( 2 . 0 V . 4 M H z ) . 1 1 u i \ . ( 2 . 0 V . 3 2 K f f z ) S O n / \ ( s t a n d - b y m o d e ) • P o w e r - S a v i n g S l e e p M o d e • B r o w n - o u t R e s e t ( B O R ) w i t h s o f t w a r e c o n t r o l o p t i o n • 3 3 i n p u t / o u t p u t p i n s I f i g h c u r r e n t s o u r c e / s i n k f o r d i r e c t L F D d r i v e S o f t w a r e a n d i n d i v i d u a l l y p r o g r a m m a b l e p u l l - u p r e s i s t o r I n t e r r u p t - o n - C h a n g e p i n • 8 K R O M m e m o r y i n F L A S H t e c h n o l o g y c C h i p c a n b e r e p r o g r a m m e d u p t o 1 0 0 . 0 0 0 t i m e s • I n - C i r c u i t S e r i a l P r o g r a m m i n g O p t i o n u C h i p c a n b e p r o g r a m m e d e v e n e m b e d d e d i n t h e t a r g e t d e v i c e • 2 5 6 b y t e s E E P R O M m e m o r y c D a t a c a n b e V v T i t t e n m o r e t h a n 1 . 0 0 0 . 0 0 0 t i m e s • 3 6 8 b y t e s R A M m e m o r y • A / D c o n v e r t e r : 0 8 - c h a n n e l s I O - b i t r e s o l u t i o n • 3 i n d e p e n d e n t t i m e r s / c o u n t e r s • W a t c h - d o g t i m e r • A n a l o g u e c o m p a r a t o r m o d u l e w i t h T w o a n a l o g u e c o m p a r a t o r s F i x e d v o l t a g e r e f e r e n c e ( 0 . 6 V ) P r o g r a m m a b l e o n - c h i p v o l t a g e r e f e r e n c e • P W M o u t p u t s t e e r i n g c o n t r o l • E n h a n c e d U S A R T m o d u l e S u p p o r t s R S - 4 8 5 . R S - 2 3 2 a n d U N 2 . 0 A u t o - B a u d D e t e c t • M a s t e r S y n c h r o n o u s S e r i a l P o r t ( M S S P ) o S u p p o r t s S P I a n d I 2 C m o d e ' , . · · · - - · · 1 6 3 . 3 . 2 P I N A s s i g n m e n t o f P I C 1 6 F 8 7 7 A P i n N a m e O S C , ' C L K I O S C 1 C L K I O S C 2 C L K O L i l O S C 2 C L K O I \ ' 1 C L R N f ' P l v i C L R V f " P R A O , A N O R A O A N O R A 1 A W 1~1\ 1 A N I I k A : 2 1 . £ \ N 2 i \ } f - \ f ; - - / C \ h - < t - : 1 R i \ 2 , A N ? \ I R n - CVRF~' R A 3 1 A N 3 r V R F F + R A J A N 3 Vf~f-F+ R A 4 1 T O C K I 1 C 1 O U T R A 4 T O C K I C 1 O U T f~f\5'SS/AN4/C20U T l l . A S s s r , N 4 C 2 0 U T L e g e n d : I = 1 n p u t D l P - 1 P L C C l Q F P - P i n # _ _ ~c_l"in#_ !'.~# 1 3 I 1 4 I 3 0 H " 1 5 2 3 3 4 4 ~ f ) 6 6 7 7 8 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 0 ~output = N o t u s e d 3 1 1 8 ' 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 D e s c r i p t i o n S T ; C i v i O S ( 4 ) I O s c i l l a t o r c r y 5 l a l o r e x l l C r n a l c l o c k l l l ; J U l 0 1 / P 1 / 0 1 1 0 1 / 0 I I 0 1 / 0 I I L O I 0 1 / 0 I 0 S T t - - - - T T L T T L T T L T T L S T T T L l i O ~ 1 n p u U o u t p u t T T L = T T L 1 r 1 p u t O s c H i a t o r c r y s t a l l n ; J u t o r e x t e r n a l c l o c k s o c J r c e m p u t S T ' o u f f e r w h e n c o n f 1 g u r c : d 1 n R C r n o c l e , O H 1 c r N I S C C M O S E x t e r n C l ! c l o c k s o u r c e 1npu~ A \ v · / a y s a s : : . o u C J t e d v v 1 t h p 1 n f u n c t i o n O S C 1 ( s e e O S C 1 / C L K I , O S C 2 1 C L K O O s c i l l a t o r c r y s t a l o r c l u c k o u l p ; . J I O s c i l l a t o r c r y s t a l o u t p u t C o n n e c t s t o c r y s t a l o r r c s o n i l t o r 1 n C r y s t a l O s c i l l a t o r m o d e I n R C m o d e , O S C 2 f , l l l l l l l l t p u t s C L K O , w h 1 c l 1 l i d s 1 , , 1 t h e f r e q u e n c y o f O S C 1 a n d d e n o t e s t h e ' n s t r u c t 1 o n r a t e r , . : 1 a s t e r C l e a : · ( i n p u t ) o r p r o g r c n n r n 1 n g v o ' t a g e ( o u t p u t ) r v l 3 s t e r C l e a r ( R e s e t ; 1 n p u t T l 1 i s p i n , s D n a d v e l e w R E S E T t o t h e d o v 1 c e r r o g r a m m 1 n g v o l t a o e m p u t r O R T A I S a b i - d i n e c t i o n a l 1 / 0 p o r t 0 1 g i t a i i / O . Analo~; 1 n p u t 0 D 1 g i t a i i / O / \ n a l o g i n p u t 1 D 1 g i t a i i / O A n a l o g 1 n p u t 2 N D r e f e r e n c e v o l t a g e ( L o w ) 1 1 1 p u t C o n , p a r a t o r VR~F o u t p u t D i g i t a l I / O , A n a l o g m p u t 3 , A I D r e f e r e n c e v o l t a g e ( H i g h ) : n p u t D i g 1 t a l 1 / 0 - O p e n c l r a : n w i l c n c o n f i g u r e d a s o u t p u t T i n w r O e x t e r n a l c l o c k : n p u t C o n c p a r a t o r 1 o u t p u t D I C J 1 t a l l 1 0 , S P I s l a v e s e l e c t n p u t A n a l o g 1 n p u t 4 C o n " p a r a t o r 2 o u t p u t f " ~power S T = S c h 1 1 1 i t t T r i g r J E H i n p u t N o t e 1 : T i l 1 , ; b u f f e : , : s c ; S c h r n 1 t t T n g r J e r i n p u t w l 1 e n c c m f i , J u r e d a s a n e x t e c n a l i r 1 t e r i ' U [ O I 2 : T h 1 : : ; b , 1 f f m ~~ d S c r n n 1 t t Tng~Jer m p u t w h e r 1 u s e d 1 n S e r : a l Prograrnrn:rl~J m o d e 3 : T h i s b u f f e r 1 s a S c l 1 r n 1 t t T n g g o r m p u t w l l e n c o n f : g u r e d a s g e n e r a l p u r p o s e l / 0 G n c l a T T L 1 n p u t w h e n u s e c l 1 1 1 t h e P a r a l l e l S l a v e P o r t m o d e ( f o r i n t e r f a c i n g t o a m i c r o p r o c e s s o r b u s ) , 4 : 1 1 1 1 s b u f f e r 1 s a S c h m i t t T r i g g 0 r 1 n p u t w h e n c o n f i g u r e d i n R C o s c i l l a t o r m o d e a n d a C M O S 1 n p u t o t h e r w i s e , T a b l e 3 . 2 - P i n A s s i g n m e n t P l C 8 7 7 A 1 7 P I C 8 7 7 A P i n o u t D e s c r i p t i o n ( C o n t i n u e d ) --~ -D I P - r P L C C 1 · Q F P ~-~~oir_J_ B u f f e r r D e s c r i p t i o n P i n N a m e 1 P i n # P i n # , P i n # , T y p e T y p e - - - - - - - - - - - c==--=--=-=-j~l-- - - - - - - - - - - - - · - - 1 P O R T B I S a h l - d , r e c t i m i i l l l / 0 p e r t P O I - H B c a f l h " s o f t - i I I I w a r e p r o g r a m m e d f o r i n t e r n a l w e e < k p u l l - u p o n a l l n p u t s I R G O \ N T 3 3 \ : : \ 6 f l T T L · S T ( 1 ) I R B l l 1 / 0 D I ; J i t a l l / 0 I N T I E x t o r n o l n t e 1 - r u p t . f \ E l 1 3 4 3 7 9 1 1 0 T T L D i g : t a l l i O R B 2 3 5 : J f l 1 0 1 / 0 T T L 0 1 g i t C J I I i O R 8 3 1 P C i v 1 3 6 3 9 1 1 T T l 1 < 8 3 1 1 0 D 1 g 1 t a i i / O P G f v 1 1 / 0 L O \ ' J v o l t a g e I C S P p r o g r a m m i n g e 1 1 a b l e p ; n R B 4 3 7 4 1 1 4 1 / 0 T T L Q , g , t a l l i O 1 \ 8 5 3 8 4 2 1 5 1 / 0 T T l D i u l t < o i i ; O R B 6 i P G C 3 9 4 3 1 6 T T c . ! S T t 2 1 R B f i 1 1 0 D i g i t i l l l / 0 P G C 1 / 0 I n - C i r c u i t D e b u g g e r a n d I C S P p r o g r c o r n m 1 n g c l o c k 1 \ i l l . ' f ' G D 4 0 4 4 i 7 n u s r t 2 1 R l : l 7 1 / 0 D i g 1 t a i i / O P G D 1 / 0 l n - C i r c u ; t D e b u g g e r o n d I C S P p r o r . ] r 8 m m 1 n g c l n t a - - - - - - - - - - - - - P O R T C i s a b i - d i r e c t i o n a l 1 / 0 p o r t . f < C O / T 1 0 S O t T 1 C K I 1 : 1 1 6 3 2 S T R C O 1 / 0 L l i g 1 t a i i / O T i O S O 0 T ! ! l l e r l o s c 1 1 i a t o r o u t p u t . T 1 C K I I T 1 m e r 1 e x t e m i l l c l o c k 1 1 1 p u t R C 1 / T 1 0 S I / C C P 2 1 6 1 8 3 5 S T R C 1 l / 0 D i g i t a l I / O . T 1 0 S I I T i m e r · ! o s c i l ' a t o r i n p u t C C P 2 1 1 0 C a p t u r e 2 1 1 1 p u t , C o m p ; : ; r c 2 o u t p u t P W f v 1 2 o u t p c . t R C 2 1 C C P 1 1 7 1 9 3 6 S T R C 2 1 1 0 D i g i t o l l / 0 C C P 1 1 / 0 C a p t u r c 1 1 ! 1 p u t / C o m p m c 1 o u t p u t i P W M 1 o u t p u t R C J I S C K / S C L 1 8 2 0 3 7 S T R C 3 1 / 0 D i g i t a l I / O S C K 1 / 0 S y n c h r o n o u s s e n a l c l o c k 1 n p u V o u t p u t f o r S f J I m G d e S C L l / 0 S y n c l l 1 · o n o u s s e n i l l c l o c k l l l p u \ l o u t p u t f o r 1 2 c m o d e I - < C 4 i S O I I S D A 2 3 2 5 · 1 2 S T R C 4 1 1 0 D i g i t a l I / O . S O l I S P I d a t a i n . S D A 1 / 0 1 2 C d C J t a l r O RC~iiSDO 2 4 2 6 4 3 S T R C 5 1 ; 0 D 1 g 1 t C J I I / O S D O 0 S P I d a t a o u t P C f i / T X / C K 2 5 2 7 4 4 S T " \ C 6 1 / 0 D i g l t c J I I / 0 T X 0 U S / \ R T V S J ' n c h r o n o u s t r a r l s r n i t C K l i O L J S A R T 1 s y n c h r o n o u s c l o c k R C ? , R X / D T 2 f J 2 9 1 S T R C 7 1 / 0 D i g i t a l I / O . R X U S J \ R T a s y n c h r o n o u s r e c e r v e D T 1 / 0 U S A R T s y n c h r o n o u s d A t a - - - - - - - - - - - - L e g e n d I c • 1 n p u t 0 - o u t p u t 1 ; 0 ~ i n p u t ! o u t p u t P ~power - = N o t u s e d r T L = T T L i n p u t S T = S c h m i t ! T n g r w r i n p u t N o t e 1 : T h 1 s t J u f f e r I S a S c h m i t t T n g g e r 1 n p u t v 1 h e n co~ f i g u r e d a s a n e x t e r n a l i n t e r r u p t . 2 : T i l l S b u f f e r r s i 1 S e l l m i t t T n g g e r m p u t w h e n u s e d 1 n S e n a l P r o g r a m m i n g m o d e 3 : T h i s b u f f e r : s a S c l i r n i l l T 1 1 q p e r 1 n ; ; u t w l 1 e n c o n f i g u r e d a s q e n e r a l p u r [ J o s e 1 1 0 a m i c l T T L r n p u t w h e n c J s e d 1 r 1 t h e F ' i l m i l e l S l a v e P o r t n 1 o c l e ( f o r i n t e r f a c 1 n g t o a m i c r o p r o c e s s o r b u s ) . 4 : T h i s b u f f e r r s a S c h m 1 l l T r 1 g g e 1 · : n o u t w h e n c o n f i g u r e d 1 n R C o s c i l l a t o r m o d e a n d 3 C G / ; O S 1 n r u t o t h e r w r s e T a b l e 3 . 3 - P i n A s s i g n m e n t P T C 8 7 7 A 1 8 ' L i b F I A H Y U I ' 1 1 1 V t f l $ 1 T V 0 1 M f l l l A T U W A . SRi~ ':~rc_., :?~~~~--- - - P I C 8 7 7 A P i n o u t D e s c r i p t i o n ( C o n t i n u e d ) P i n N a m e - 1 D I P J P L C C o c e f " o " " " " " ' D e s c r i p t i o n l P _ i " # _ P i n # P i n # T y p e _ L _ T y p e - - - - - I 1 9 I 2 1 I P O R T O 1 s a b1-d~rect1onal l / 0 p o r t o r p a 1 · a l l e l s l z w e p o r t w h e n l n t e r f < 1 C i n q t o a m : r : r o p r o c R s s o ; h u s 3 R I S T • l r L I 3 1 l i O I D l g l t l l l / 0 1 ' 0 I P a r a ! ! e l S l a v e P o r t d a t < J . 2 0 7 2 3 9 S T . I T L I 3 1 1 1 0 I I D i g : t i l i 1 1 0 1 : 0 ' , P B r a \ l e \ S \ r 1 v e P o r t d a t a . 2 1 2 3 4 0 S T 1 T T L i 3 1 1 / 0 D 1 g 1 t a l l i 0 1 : 0 P n r i J I I e l S l a v P P o r i d a t a R D 3 1 P S P 3 2 2 2 4 . 4 1 S F f T L I 3 1 R D 3 1 / 0 D 1 q 1 t a i i / O P S P 3 l i O P a r a l i c I S l a v e P o r t d e 1 t 0 . R D 4 i P S P 4 2 7 3 0 2 S T ! T T I _ 1 3 1 R D 4 1 / 0 D i g 1 t a l l i O PSP~ 1 / 0 P a r a l l e l S l a v e P o r t c l a t a R 0 5 / P S P 5 2 f l 3 1 3 I S T ' T T L I 3 1 RD~ 1 : 0 D 1 g 1 t a i i / O P S P 5 1 / 0 P a : f 1 i i c ! S l a v ( : P o r t d a t a R D G I P S P 6 2 9 3 2 - 1 S T ; T T L I 3 1 R D G 1 . 0 D 1 g i t a 1 1 1 0 . P S P 6 L · O P a r 0 l l e l S l a v e P o r t U a t c 1 F W 7 P S P 7 3 l l 3 3 5 S T ! l f L I 3 1 R D 7 1 ! 0 i D 1 g 1 t a l l / 0 P S f 0 7 I ' O _ J _ P a r a l l e l S l a v e P o r t d a t a . P O R T E I S a b i - J : r e c t 1 o r t a l 1 / 0 p o r t I f - \ E O H D ; A N 5 8 ( j 2 5 S T • T T L I 3 1 R E O 1 1 0 D 1 g 1 t a 1 1 1 0 . R D I R e a d c o n t r o l f o r p c m i l l e l s i C J v e p o r t . I A N 5 A n a l o g i n p u t 5 , R E 1 ; V V R I A N 6 9 1 0 2 6 S T : T T L I 3 1 R E 1 l i O I D i g 1 t a i i ! O V V R I \ / " ' n h - ; c o n t r o l f o r p a r 8 l : r ; l s l a v e p o r 1 A N 6 I A n a l o g I n p u t 6 I RI2R~~AN7 1 0 I 1 1 2 7 S T t T T L I 3 1 1 ! 0 I D l g t \ 8 1 1 . ' 0 c s C h 1 p s e l e c t C O i l t r o l f o r p a r a l l e l s l a v e p o r t . f \ N 7 A n a i o o m o u t 7 · · · · - - - - - · · · · - - - - - v s s 1 2 . ] 1 1 3 . J 4 . . . l . . - V m l P o s 1 t 1 v e f o r n n d l / 0 p 1 n s N C T l 1 e s e p t n s a r e n o t 1 1 1 \ e r " a l l y c o r m e c t e c l f 1 1 e s e p 1 1 1 s i - - s h o u l d b e l e f t u n c o n n e c t e d - - - - - - - - - - - - - - l . e g c n r l · I~ w p c , t 0 = o u t p u t 1 / 0 = : n p u t i o u : p u t P = p o w e r - = N o t u s e d T T L = T T L 1 1 1 p u t S T = S c h m i t t T r i g g e r r n p u t N o t e 1 : T h 1 s I J u f f e t t s a S c l 1 m l l t T n g g e r r n p u t w h e n c o n f i g c l l ' e d a s a n e x t e : - n a l 1 n t e r r u p t . 2 : T r 1 1 s L ) \ J f f { ' r - 1 s t J S c l l r n i t t Tn~VJt:r i n p u t \V~ler u s e d t n S e r 1 < . : 1 l P r o f F G m m i w J r n o d e 3 : T t l I S ! J l l f f e r d S c ! l l l l l t t T n g g e r i n p u t w h e n c o n f i g u r e d < J S g e n e r a l p u r p o s e 1 ! 0 t : l l l d ( l T T L I n p u t \ N h c n \ J S C d l r l u~c P c i r d l ! c l S i d v e Por~ m o d e ( f o r i n l c r f a c : n o t o d rn~croproccssor b u s ) . 4 : T h r s b u f f e r 1 s a S c l 1 m : t t T n g g o r 1 n o u t • N h e n c o n f t g u r o d i n R C o s c i l l a t o r m o d e a n d " C M O S i n p u t o t h o r w 1 s c T a h l e 3 . 4 - P i n A s s i g n m e n t P I C 8 7 7 A f " • . , • ' ' v ' i . . ) - · b 1 9 3 . 3 . 3 D e v i c e b l o c k d i a g n u n f'O~IC ; 1 ccc~c-~-,.f-~~\l ' :~-~ H l < . i I~>S U i U l .1!~:~ :~:_,_._,.~:·~DA ~·~· f,;l;'~·SDO ' -~<1 - - - 2 ; : ] R C 1 · ! \ X U 1 ~~ : > ; ; ~ 1 ,-:-,-,~ ~~ < ; I ' ' I :~- :~r>(J' I - - - - < ~ l i I ' l l : , _ ' ~ H : G i~s;cr -.-i~ P:;7'flS>'~ F ' O ' H E - - - - , - - - - - . - - - 1 · , , , I • ' , ( 1 -·~ I t c , , I _ [ _ [ ~~ H c C ' · " ' - - I I I . . 1 , _ _ _ _ _ ! 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T h e p r o g r a m m e m o r y a n d d a t a m e m o r y h a s s e p a r a t e b u s e s s o t h a t c o n c u r r e n t a c c e s s c a n h e o c c u r r e d . · r h e p r o g r a m m e m o r y c a n h e r e a d i n t e r n a l l y b y u s e r c o d e T h e P I C 1 6 F 8 7 X A d e v i c e s h a v e a 1 3 - b i t p r o g r a m c o u n t e r c a p a b l e o f a d d r e s s i n g a n 8 K w o r d x 1 4 b i t p r o g r a m m e m o r y s p a c e . T h e P I C 1 6 F 8 7 6 A / 8 7 7 A d e v i c e s h a v e 8 K 2 0 \ \ o r d s x 1 4 h i t s o f F l a s h p r o g r a m m e m o r y , T h e b c l m v f i g a l l o c a t i o n s o f t h e P I C 1 6 F 8 7 7 A . P r o g r a m m e m o r y m a p a n d s t a c k - - 1 - I I I P C < I 2 C - ' S t c K k l . 8 V f : ! 1 I e ' J F : I ~ 1 L _ _ ~~:r'"' L e v \ j l 8 On~C!:q1 P r l ' D i d f l l \ 1 e r n o r y P a g e 0 Pt:1~JP 1 F i g 3 . 3 - M e m o r y m a p 3 . 3 . 5 D a t a M e m o r y O r g a n i z a t i o n 1 : J l l I h I S t h e m e m o r y . . , . . , _ ) . _ ) T h e d a t a m e m o r y i s p a r t i t i o n e d i n t o m u l t i p l e b a n k s w h i c h c o n t a i n s t h e G e n e r a l P u r p o s e R e g i s t e r s a n d t h e S p e c i a l F u n c t i o n R e g i s t e r s . B i t s R P I ( S t a t u s < 6 > ) a n d R P O ( S t a t u s < 5 > ) a r e t h e b a n k s e l e c t b i t s . E a c h b a n k e x t e n d s u p t o 7 F h ( 1 2 8 b y t e s ) . T h e l c m e r l o c a t i o n s o f e a c h b a n k a r e r e s e r w d f o r t h e S p e c i a l F u n c t i o n R e g i s t e r s . / \ h o v e t h e S p e c i a l F u n c t i o n R e g i s t e r s a r c G e n e r a l P u r p o s e R e g i s t e r s , i m p l e m e n t e d a s s t a t i c R A M . A l l i m p l e m e n t e d h a n k s c o n t a i n S p e c i a l F u n c t i o n R e g i s t e r s . S o m e f r e q u e n t l y u s e d S p e c i a l F u n c t i o n R e g i s t e r s f r o m o n e b a n k m a y b e m i r r o r e d i n a n o t h e r b a n k f o r c o d e r e d u c t i o n a n d q u i c k e r a c c e s s . 2 1 3 . 3 . 6 O s c i l l a t o r R P 1 : R P O 0 0 0 1 B a n k 0 -----10--~-7 2 1 1 . . . . . j 3 ----------'--------~--------· T a b l e 3 . 5 - B a n k s e l e c t i o n O s c i l l a t o r c i r c u i t i s u s e d t o p r o v i d e a m i c r o c o n t r o l l e r w i t h a c l o c k . C l o c k i s n e e d e d s o t h a t m i c r o c o n t r o l l e r c o u l d b e e x e c u t e d a p r o g r a m o r p r o g r a m i n s t r u c t i o n s . 3 . 3 . 6 . 1 T y p e s o f o s c i l l a t o r s P l C l 6 F R 7 7 A c a n b e w o r k e d v v i t h f o u r d i t T e r e n t c o n f i g u r a t i o n s o C a n o s c i l l a t o r . S i n c e c o n f i g u r a t i o n s v v i t h c r y s t a l o s c i l l a t o r a n d r e s i s t o r - c a p a c i t o r ( R C ) a r e t h e o n e s t h a t a r c u s e d m o s t f r e q u e n t l y . M i c r o c o n t r o l l e r t y p e \ V i t h a c r y s t a l o s c i l l a t o r h a s i n i t s d e s i g n a t i o n X T . a n d a m i c r o c o n t r o l l e r w i t h r e s i s t o r - c a p a c i t o r p a i r h a s a d e s i g n a t i o n R C . T h i s i s i m p o r t a n t b e c a u s e d u r i n g t h e t i m e o f p u r c h a s i n g a M C n e e d t o m e n t i o n t h e t y p e o f o s c i l l a t o r . T h e u s e r c a n p r o g r a m t v v o c o n f i g u r a t i o n b i t s ( ( F O S C 1 a n d F O S C O ) t o s e l e c t o n e o f t h e s e f o u r m e t h o d s . , - L P L o w - P o w e r C r y s t a l , - X T C r y s t a l / R e s o n a t o r , - H S H i g h - S p e e d C r y s t a l / R e s o n a t o r , - R C R e s i s t o r / C a p a c i t o r 3 . 3 . 6 . 2 X T O s c i l l a t o r C r y s t a l o s c i l l a t o r i s k e p t i n m e t a l h o u s i n g w i t h t w o p i n s w h e r e y o u h a v e w r i t t e n d o w n t h e t i - c q u c n c y a t w h i c h c r y s t a l o s c i l l a t e s . O n e c e r a m i c c a p a c i t o r w h o s e o t h e r e n d 1 s c o n n e c t e d t o t h e g r o u n d n e e d s t o b e c o n n e c t e d w i t h e a c h p i n . O s c i l l a t o r a n d c a p a c i t o r s c a n b e p a c k e d i n j o i n t c a s e w i t h t h r e e p i n s . S u c h e l e m e n t i s c a l l e d c e r a m i c r e s o n a t o r a n d i s r e p r e s e n t e d i n c h a r t s l i k e t h e o n e b e l o w . C e n t e r p i n s o f t h e c l e m e n t a r c t h e g r o u n d . w h i l e e n d p i n s a r e c o n n e c t e d w i t h O S C 1 a n d O S C 2 p i n s o n t h e m i c r o c o n t r o l l e r . W h e n d e s i g n i n g a d e v i c e . t h e r u l e i s t o p l a c e a n o s c i l l a t o r n e a r e r a m i c r o c o n t r o l l e r . s o a s t o a v o i d a n y i n t e r C c r e n c e o n l i n e s o n \ v h i c h J J m i c r o c o n t r o l l c r i s r c c c J v m g a c l o c k . F o l l m v i n g f i g u r e s s h o v v s h o w t o c o n n e c t b o t h L J s c i l l a t o r o p t i o n s u s i n g a c e r a m i c r e s o n a t o r i s n o r m a l l y l e s s e x p e n s i v e . T h i s p r o j e c t - t : ' v 1 l l z c r y s t a l o s c i l l a t o r h a s b e e n u s e d b e c a u s e i t i s t h e m o s t a c c u r a c y o n e o u t o f t h e n t h e r s . o : : c · C 1 r } n . " < - o o : : c ; r ' j : 1 = , - , - , n n p , · t l n o t h P · 1 1 : l l 1 7 , - , c ; c i l l : : i t C I I . - , - , ' J I \ / P c l c , c k : t ) a r n i c r · J c c , n t n ) l l e r ~ !L~i 1 ( : c , n n e c t i n'~l a r · e : ; ' = ' n a t c n · , J n t c • a r n 1 cr~=~cc,ntr·,=~ller· F i g u r e 3 . 4 - O s c i l l a t o r c o n n e c t i o n 3 . 3 . 6 . 3 R C O s c i l l a t o r l · n r t i m i n g i n s e n s i t i v e a p p l i c a t i o n s . t h e ' " R C " d e v i c e o p t i o n o t T e r s a d d i t i o n a l c o s t s a Y i n g s . T h e R C o s c i l l a t o r i i " c q u e n c y i s a f u n c t i o n o f t h e s u p p l y v o l t a g e . t h e r e s i s t o r ( R F X T ) a n d c a p a c i t o r ( C E X T ) v a l u e s . a n d t h e o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e . I n a d d i t i o n t o t h i s . t h e o s c i l l a t o r f r e q u e n c y w i l l v a r y f r o m u n i t t o u n i t d u e t o n o r m a l p r o c e s s p a r a m e t e r v a r i a t i o n . F u r t h e r m o r e . t h e d i f l c r e n c e i n l e a d f r a m e c a p a c i t a n c e b c t v v e e n p a c k a g e t y p e s \ V i l l a l s o a f f e c t t h e o s c i l l a t i o n f r e q u e n c y . e s p e c i a l l y f o r l o w C E X T \ a l u e s . T h e u s e r a l s o n e e d s t o t a k e i n t o a c c o u n t v a r i a t i o n d u e t o t o l e r a n c e o f e x t e r n a l R a n d C c o m p o n e n t s u s e d . f i g u r e 3 . 5 s h O \ \ ' S h o w t h e R J C c o m b i n a t i o n i s c o n n e c t e d t o t h e P f C 1 6 F 8 7 X . ) " _ _ , R C O s c i l l a t o r m o d e V D D -~ R E X T < : e m f · · · · · _ _ J o [ ' . [ § > J --'"~;;;:' . = [ I _ c . I f - - - P I C 1 6 F 8 7 X v s s - - I O S C 2 / C L K O U T I F o s c / 4 L . - - - - - - - - - - - - - R e c o m m e n d e d v a l u e s 3 k n < ; R E X T < : 1 0 0 k Q C L X T > 2 0 p F F i g u r e 3 . 5 - R C O s c i l l a t o r F o r t h e d e s i g n p u r p o s e c e r a m i c d i s c c a p a c i t o r s f o r t h e c r y s t a l o s c i l l a t o r o f t h e P 1 C l 6 F 8 7 7 A c a n b e t a k e n f r o m t h e f o l l o w i n g t a b l e 3 . 6 C a p a c i t o r s e l e c t i o n C o r c r y s t a l o s c i l l a t o r -~~:L;~~i~~ZF~f?~t~fr - - - - - X T I 2 0 0 k H z 4 7 - 6 8 p F H S - - - - 1 M H z - - 4 M H z 4 M H z 8 M H z 2 0 M H z 1 5 p F 1 5 p F 1 5 - 3 3 p F 4 7 - 6 8 p F 1 5 p F 1 5 p F 1 5 p F - 1 5 - 3 3 p F 1 5 - 3 3 p F T a b l e 3 . 6 - C a p a c i t o r s e l e c t i o n F o l l o w i n g a s u p p l y . o s c i l l a t o r s t a r t s o s c i l l a t i n g . O s c i l l a t i o n a t f i r s t h a s a n u n s t a b l e p e r i o d a n d a m p l i t u d e . b u t a f t e r s o m e p e r i o d o f t i m e i t b e c o m e s s t a b i l i z e d . T h e s i g n a l o f a n o s c i l l a t o r c l o c k a f t e r r e c e i v i n g t h e s u p p l y o f m i c r o c o n t r o l l c r i s g i v e n b c l o v \ } ' 2 4 - - - + 5 ' . . . . _ _ _ - - - - - - - - - ; , - - ~------------ , . . , , I I ( ' I l i / . - - - - - - - - - 1 1 1 1 1 ( ' 1 I I 1 1 1 1 I l l I l l - - - I I I I I I I . - - " " I " ' I I I I I I , _ . . p ' I I I / ~. ' ' 1 1 1 ' 1 1 1 1 I f~~M~~~jfiJ I J , J i ! v v I l l I I I I I I : J . r v V I J I ) \ ) \ ) 1 , 1 L ~ u • \,/olta'~1e 0 \ / ~ l l o j T i r r 1 e C P , i s l a l s t a r t u p t i m e :~;19nal c , f a n , : , , : : ; c l l l a t c , r · c l c , c k a f t e r · r · e c e l \ i i n 9 t h e : : : ; u p p l ' : / c , f E 1 r · n 1 c r ( , , : , : , n t r · c , l l e r F i g u r e 3 . 6 - O s c i l l a t o r c l o c k s i g n a l T o pren~nt s u c h i n a c c u r a t e c l o c k f r o m i n f 1 u e n c i n g m i c r o c o n t r o l l e r ' s p e r f o r m a n c e . v v e n e e d t o k e e p t h e m i c r o c o n t r o l l c r i n r e s e t s t a t e d u r i n g s t a b i l i z a t i o n o f o s c i l l a t o r ' s c l o c k . D i a g r a m a b o v e s h ( m s a t y p i c a l s h a p e o f a s i g n a l w h i c h m i c r o c o n t r o l l e r g e t s f r o m t h e q u a r t z o s c i l l a t o r . 3 . 3 . 7 H i g h s p e e d 1 0 b i t A I D c o n v e r t e r T h e A n a l o g - t o - D i g i t a l ( A / D ) c o n v e r t e r m o d u l e h a s e i g h t i n p u t s f o r t h e P I C l 6 F 8 7 7 A . T h e a n a l o g i n p u t s c h a r g e s a s a m p l e a n d h o l d c a p a c i t o r . T h e o u t p u t o f t h e s a m p l e r a n d h o l d c a p a c i t o r i s t h e i n p u t i n t o t h e c o n v e r t e r . T h e c o n v e r t e r t h e n g e n e r a t e s a d i g i t a l r e s u l t o f t h i s a n a l o g l e v e l v i a s u c c e s s i v e a p p r o x i m a t i o n . T h e A / D c o n v e r s i o n o f t h e a n a l o g i n p u t s i g n a l r e s u l t s i n a c o r r e s p o n d i n g 1 0 h i t d i g i t a l n u m b e r . T h e A / D m o d u l e h a s h i g h a n d l o w v o l t a g e r e f e r e n c e i n p u t t h a t i s s o f t w a r e s e l e c t a b l e t o s o m e c o m b i n a t i o n o f Y r m V~" a n d R A 2 o r R A 3 . \ n c \ \ i C a t u r e f o r A / D c o m · e r t e r i s t h e a d d i t i o n o f p r o g r a m m a b l e a c q u i s i t i o n t i m e . T h i s f e a t u r e a l l m v s t h e u s e r t o s e l e c t a n e w c h a n n e l f o r c o n v e r s i o n a n d t o s e t t h e ( J ( ) / ] ) ( ) N F b i t i m m e d i a t e l y . W h e n t h e G O / D O N E b i t i s s e t t h e s e l e c t e d c h a n n e l i s s a m p l e d f o r t h e p r o g r a m m e d a c q u i s i t i o n t i m e b e f o r e a c o n v e r s i o n i s a c t u a l l y s t a r k e ! . 3 . 3 . 7 . 1 P o r t s T e r m " p o r t " r e f e r s t o a g r o u p o f p i n s o n a m i c r o c o n t r o l l c r w h i c h c a n b e a c c e s s e d s i m u l t a n e o u s l y . o r o n w h i c h w e c a n s e t t h e d e s i r e d c o m b i n a t i o n o f z e r o s a n d o n e s . o r r e a d f r o m t h e m a n e x i s t i n g s t a t u s . P h y s i c a l l y , p o r t i s a r e g i s t e r i n s i d e a m i c r o c o n t r o l l e r v v h i c h i s c o n n e c t e d b y w i r e s t o t h e p i n s o f a m i c r o c o n t r o l l e r . P o r t s r e p r e s e n t p h y s i c a l c o n n e c t i o n o f C e n t r a l P r o c e s s i n g U n i t w i t h a n o u t s i d e \ V o r l c L ; - _ ) M i c r o c o n t r o l l e r u s e s t h e m i n o r d e r t o m o n i t o r o r c o n t r o l o t h e r c o m p o n e n t s o r d e v i c e s . D u e t o f u n c t i o n a l i t y . s o m e p i n s h a v e t v v o f o l d r o l e s . S e l e c t i o n o l ' o n e o f t h e s e t w o p i n f u n c t i o n s i s d o n e i n o n e o f t h e c o n f i g u r a t i o n r e g i s t e r s . D a t a I n p u t r - e ~11 · : : : ; t e r C l u t p u t r·e~~JI':::;ter· < / D a t a . I J D a t a 1 / 0 u n i t F i g u r e 3 . 7 1 / 0 U n i t 3 . 3 . 7 . 2 I n p u t O u t p u t p o r t s E:::;~rnple o f ; 3 : : ; w n p l i f i e d m p u t - o u t p u t u n i t t h a t p r o · · . 1 1 d e : : ; c o r n r n u n 1 c a l l o n · · / • l i t h e : : t e r n a I \ 1 • / o r l d T h o s e l o c a t i o n s I t h a s j u s t b e e n a d d e d a r e c a l l e d " p o r t s " . T h e r e a r c s e v e r a l t y p e s o C p o r t s i n p u t . o u t p u t o r b i d i r e c t i o n a l p o r t s . W h e n w o r k i n g v v i t h p o r t s . l i r s t o f a l l i t i s n e c e s s a r y t o c h o o s e w h i c h p o r t w e n e e d t o w o r k w i t h . a n d t h e n t o s e n d d a t a t o , o r t a k e i t f r o m t h e p o r t . I n o r d e r t o s y n c h r o n i z e t h e o p e r a t i o n o f I / 0 p o r t s w i t h t h e i n t e r n a l 8 - b i t o r g a n i z a t i o n o f t h e m i c r o c o n t r o l l c r . t h e y a r e . s i m i l a r t o r e g i s t e r s . g r o u p e d i n t o f i v e p o r t s d e n o t e d b y ! \ . 8 . C . D a n d E . A l l o f t h e m h a v e s e v e r a l f e a t u r e s i n c o m m o n . W h e n w o r k i n g \ V i t h i t t h e p o r t a c t s l i k e a m e m o r y l o c a t i o n . S o m e t h i n g i s s i m p l y b e i n g w r i t t e n i n t o o r r e a d f r o m i t . a n d i t c o u l d b e n o t i c e d o n t h e p i n s o f t h e m i c r o c o n t r o l l e r . 3 . 3 . 7 . 3 P O R T a n d T R I S F o r p r a c t i c a l r e a s o n s . m a n y l / 0 p i n s a r c m u l t i f u n c t i o n a l . E v e r y p o r t h a s i t s · s a t e l l i t e ' . i . e . t h e c o r r e s p o n d i n g T R I S r e g i s t e r : T R I S A . T R I S B . T R I S C e t c . w h i c h d e t e r m i n e s t h e p e r f o r m a n c e o f p o r t b i t s . b u t n o t t h e i r c o n t e n t s . : r . 2 6 , : " t o t h : s ~: · - · - · · · - - - · - - · - · - - · · - - · - · 1 P o ' 1 . A p e n c > r e c l l ' y ; ; f t e c t : : . t h e d e l\_F~-'it1n J ~ l l • • c · : _ ' . ' P O R T A i , : > r . . : . O u 1 { ) u 1 • ! ! i l i l j i ! l ! r i : i ! i • I I ' l T R I S A ! : l l • L · - · · - · · - · · - · · - · · - · · - · · - · - · · - · · - . . · - · - · - · · · - . . J F i g u r e 3 . 8 - P o r t a n d T r i s d A l l p o r t p i n s c a n b e d e s i g n a t e d a s i n p u t o r o u t p u t . a c c o r d i n g t o t h e n e e d s o f a d e v i c e t h a t ' s b e i n g d e v e l o p e d . I n o r d e r t o d e f i n e a p i n a s i n p u t o r o u t p u t p i n . t h e r i g h t c o m b i n a t i o n o f z e r o s a n d o n e s m u s t b e w r i t t e n i n T R I S r e g i s t e r . I f t h e a p p r o p r i a t e b i t o f T R I S r e g i s t e r c o n t a i n s l o g i c a l " I " . t h e n t h a t p i n i s a n i n p u t p i n . a n d i f t h e o p p o s i t e i s t r u e . i t ' s a n o u t p u t p i n . F v e r y p o r t h a s i t s p r o p e r T R I S r e g i s t e r . T h u s . p o r t A h a s T R I S / \ . a n d p o r t B h a s T R T S B . P i n d i r e c t i o n c a n b e c h a n g e d d u r i n g t h e c o u r s e o f \ V o r k \ \ h i c h i s p a r t i c u l a r l y f i t t i n g f o r o n e - l i n e c o m m u n i c a t i o n w h e r e d a t a f l o w c o n s t a n t l y c h a n g e s d i r e c t i o n . P O R T A a n d P O R T B s t a t e r e g i s t e r s a r c l o c a t e d i n b a n k 0 . \ V h i l c T R T S A a n d T R I S B p i n d i r e c t i o n r e g i s t e r s a r e l o c a t e d i n b a n k 1 . 3 . 3 . 8 T I M E R T M R l T i m e r T M R 1 m o d u l e i s a 1 6 - b i t t i m e r / c o u n t e r . w h i c h m e a n s t h a t i t c o n s i s t s o f t w o r e g i s t e r s ( T M R I L a n d T M R l H ) . I t c a n b e c o u n t e d u p 6 5 . 5 3 5 p u l s e s i n a s i n g l e c y c l e . i . c . b c f ' o r e t h e c o u n t i n g s t a r t s f r o m z e r o . T h e s e r e g i s t e r s c a n b e r e a d o r \ \ T i t t e n t o a t a n y m o m e n t . l n c a s e a n o v e r i l o w o c c u r s . a n i n t e r r u p t i s g e n e r a t e d i f e n a b l e d . T h e t i m e r T M R I m o d u l e m a y o p e r a t e i n o n e o f t w o b a s i c m o d e s . t h a t i s a s a t i m e r o r a c o u n t e r . U n l i k e t h e T M R O t i m e r . b o t h o f t h e s e m o d e s h a v e a d d i t i o n a l f u n c t i o n s . T h e T M R 1 t i m e r h a s f o l l o w i n g f e a t u r e s : 2 7 r 1 6 - b i t t i m e r / c o u n t e r r e g i s t e r p a i r : r P r o g r a m m a b l e i n t e r n a l o r e x t e r n a l c l o c k s o u r c e : r 3 - b i t p r e s e a l e r : r O p t i o n a l L P o s c i l l a t o r : r S y n c h r o n o u s o r a s y n c h r o n o u s o p e r a t i o n : r T i m e r T M R 1 g a t e c o n t r o l ( c o u n t e n a b l e ) v i a c o m p a r a t o r o r T l G p i n : r l n t e r r u p t o n o v e r f l o v v : r W a k e - u p o n o v e d 1 o w ( e x t e r n a l c l o c k ) : a n d r T i m e b a s e f c 1 r C a p t u r e / C o m p a r e f u n c t i o n . 3 A P h o t o t r a n s i s t o r O p t i c o u p l e r ! ' h e C N Y 1 7 c o n t a i n s a l i g h t e m i t t i n g d i o d e o p t i c a l l y c o u p l e d t o a p h o t o - t r a n s i s t o r . I t i s p a c k a g e d i n a 6 - p i n D I P p a c k a g e a n d a v a i l a b l e i n w i d e - l e a d s p a c i n g o p t i o n a n d l e a d b a n d s o p t i o n . C o l l e c t o r - e m i t t e r v o l t a g e i s a b o v e 7 0 V . R e s p o n s e t i m e . ( t r ) , i s t y p i c a l l y 5 ~Ls a n d m i n i m u m C T R i s 4 0 % a t i n p u t c u r r e n t o f I 0 m A . . A . i ' · K ) [ ) E l l t - - - - ~......-~- . . . . ~ . """_,~ ( ' - i F i g u r e 3 . 9 - 0 p t o c o u p l e r l t i s m o s t i m p o r t a n t t o n o t e t h a t t h e r e i s n o d i r e c t e l e c t r i c a l c o n n e c t i o n b e t v v e e n t h e l e f t s i d e o f t h e o p t o c o u p l e r a n d t h e r i g h t s i d e . T h e l e f t s i d e i s t h e c o n n e c t i o n t o t h e o u t s i d e w o r l d . A n y t h i n g c o u l d b e h a p p e n e d o n t h a t s i d e . T h e r i g h t s i d e i s t h e d e l i c a t e i n t e r n a l w o r k i n g s o f o u r d e v i c e . T h e o p t o c o u p l e r w i l l h e l p p r e w n t s o m e k i n d s o f e l e c t r i c a l d a m a g e t o t h e d e v i c e . I l o w e \ C r . a s w i t h a n y e n g i n e e r i n g o b j e c t i t h a s i t s l i m i t s . T h e L E D p a r t o f t h e o p t o c o u p l e r i s v e r y m u c h l i k e t h e L E O s t h a t a n y b o d y i s f a m i l i a r \ \ i t h . L E D s a r e t o u g h a n d n o t e a s i l y d a m a g e d . h o w e v e r i t i s p o s s i b l e t o b u r n t h e m o u t . I f t h e L E D i s m a d e t o p a s s t o o m u c h c u r r e n t . i t w i l l b e b u r n t o u t . T h e e x t e r n a l r e s i s t o r v v i l l b e c o n n e c t e d t o a n o d e t o p r e v e n t t h e d a m a g e . A l s o . i f l i g h t n i n g s t r i k e s t h e o p t o c o u p l c r a s p a r k c o u l d 2 R p o s s i b l y g o a c r o s s t h e t e r m i n a l s f r o m l e f t t o r i g h t a n d t h i s c o u l d c a u s e d a m a g e t o t h e d e \ i c c t o o . \ b s o l u t e M a x i m u m R a t i n g s : P a r a m e t e r f?y1~1boU R a t i n g P e a k f o r w a r d c u r r e n t I R i v l I - - - - - - - - - - - - - - ~~- I n p u t R e v e r s e v o l t a g e V R 6 I Pm~c1: dis~ip-~tic;n- - - - - - - - - - P n 7 0 ~'ollector-e111igel' volt<-l_g~--- _ V e T o 7 0 - - - - - - - - - - - - - - - · - - - Emitter-colle~t~OT v ( ) _ l t a g e _ _ _ ~ V E C o 6 - - - · - - · - - - - - · - - - - ~oJl~~t()_r~~a~e ~vol_t_(lge V n \ 0 6 0 - - - · - - - - - - - --~---- - - - - - - - - - - - - . - - - - - - - - 6 E m i t t e r - b a s e v o l t a o e Y u 1 o O u t p u t I Colfecto~ c~m~nt b _ -~ -~-~-~---~- - I c I 5 0 - - - - - - - - - - · · · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Collec;tc~r QO\Verdi:s_si£~lti(}n_ P c 1 5 0 T o t a l p o v , c r d i s s i p a t i ( ) n _ _ _ P t o t 2 0 0 Isolatic~n vol~agc 1 m i n u t _ c 2 . V I S O 5 3 0 0 - Y i s o 7 5 0 0 Opcr(lti1~g ~cmpe_rature T o p r - 5 5 t o t 1 0 0 S t o r ( l g c _ t e 1 1 1 p e r a t u r e ~~~\tg - 5 5 t o t 1 2 5 - Soldcri1~g T e m p e r a t u r e T , o \ 2 6 0 T a b l e 3 . 7 - O p t o c o u p 1 e r P a r a m e t e r s L l c c t r i c a l C h a r a c t e r i s t i c s : I n p u t O u t p u t l r a n s f ( ' h a r a c ! a r i s t e s P a r a m e t e r f o r v v a r d _ v o l t a g e P e a k f o r w a r d v o l t a g e _ R e v e r s e c u r r e n t T e r m i n a l c a p a c L t a n c _ c C o l l e c t o r d a r k c u r r e n t S y m b o l V F V f M R C t ! C E O C o n d i t i o n s - - - - J f c - 2 0 m A I F M - 0 . 5 A V R - 4 V V=O.f~l k H Z V C I > 2 0 V C u r r e n t t r a n s f e r r a t i o e r R I F c 1 O m A , V C E ( ' o \ l e c t o r - e m i t t e r s a t u r a t i o n v o l t a g e V C E ( s a t ) Ir~ 1 O m ; \ J c - 2 . 5 m A I s o l a t i o n r e s i s t a n c e F l o a t i n g c a p a c i t a n c e - - C u t o t T l i · e q u e n c y 1\eS[JOtl~e t l m e _ ( R i s e ) Rcspon~e t i n 1 _ e ( F ( l _ i l ) R i s o C f T T r t f D C 5 0 0 V v - o , t " - 1 M I I Z - - - - - - - . V c c 5 V , _ .\]c~2m_i'\,RL-l O O o h m Vce~=2VJc~2mA RL~JOOohm - - - - ~-------· - - - - - - - - - - - - - 4 0 l L T y p 1 . 2 3 0 0 . 1 1 o t t 0 . 6 8 0 5 4 T a b l e 3 . 8 - O p t o c o u p l e r E l e c t r i c a l C h a r a c t e r i s t i c s U n i t i \ v m W v - - - v v v m A m W m W V r m s V p k o c o c : o c ; 8 0 0 . 4 1 . 0 2 0 2 0 v v f t A p F f t A {~ 0 v o h m P f k l l ; : f t s f l S 2 9 3 . 5 P r e c i s i o n A C / D C C o n v e r t e r P r e c i s i o n A C / D C C o n v e r t e r - E,N~ R 2 2 0 K 1 % • R 6 2 0 1 < 1 % R J 1 0 K 1 % F i g u r e 3 . 1 0 F a s t A C / D C C o n v e r t e r C 2 1 0 t J F R 7 2 2 . 2 K + c 3 • 3 0 p F ' E o u r F e e d f o r w a r d c o r T J p o n s a t i o n c a n h e u s e c l t o m a k e a f a s t f u l l w a v e r e c t 1 f l e r w i U : o u t a f i l t v T l /~1/.QM~U I h i s p r e c i s i o n r e c t i f i e r f u n c t i o n s l 3 ] s o m e w h a t d i 1 T e n : n t . T h e i n p u t s i g n a l i s a p p l i e d 1 h r o u g h R I t o t h e s u m m i n g n o d e o f a n i n v e r t i n g o p e r a t i o n a l a m p l i f i e r . W h e n t h e , 1 g n a l i s p o s i t i v e . D l i s f o m a r d b i a s e d a n d d e v e l o p s a n o u t p u t s i g n a l a c r o s s R 2 . A s , , i t h a n y i n v e r t i n g a m p l i f i e r . t h e g a i n i s R 2 / R 1 . W h e n t h e s i g n a l g o e s n e g a t i \ T . D I i s ' 1 \ l n - c o n d u c t i n g a n d t h e r e i s n o o u t p u t . H O \ v e v e r . a n e g a t i v e f e e d b a c k p a t h i s p r o v i d e d 1 , , I ) 2 . T h e p a t h t h r o u g h D 2 r e d u c e s t h e n e g a t i v e o u t p u t s w i n g t o - 0 . 7 V . a n d p t e v c n t s : i l L ' a m p l i f i e r h o m s a t u r a t i n g . S i n c e * t h e U v 1 1 0 1 A i s u s e d a s a n i n v e r t i n g a m p l i f i e r . f e e d f o r v v a r d c o m p e n s a t i o n c a n h e u s e d . F e e d f o r w a r d c o m p e n s a t i o n i n c r e a s e s t h e s l e w r a t e t o 1 0 V / m s a n d r e d u c e s ! i l L ' g a i n e r r o r a t h i g h f r e q u e n c i e s . T h i s c o m p e n s a t i o n a l l o w s t h e h a l f v v a w r e c t i f i e r t o . > p c r a t e a t h i g h e r f r e q u e n c i e s t h a n t h e p r e v i o u s c i r c u i t s w i t h n o l o s s i n a c c u r a c y . I h e a d d i t i o n o f a s e c o n d a m p l i f i e r c o m c r t s t h e h a l f w a v e r e c t i f i e r t o a f u l l \ ' . a \ e r e c t i l i c r . A s i s s h c m n i n F i g u r e 3 . 1 0 . t h e h a l f w a v e r e c t i f i e r i s c o n n e c t e d t o i n v e r t i n g L L . t m p l i f i c r A 2 . A 2 s u m s t h e h a l f w a v e s r e c t i f i e d s i g n a l a n d t h e i n p u t s i g n a l t o J X O \ ' i d e a t u l l \ \ a v e o u t p u t . F o r n e g a t i v e i n p u t s i g n a l s t h e o u t p u t o f A 1 i s / . c r o a n d n o c u r r e n t t l o \ \ s t h r o u g h R 3 . N e g l e c t i n g f o r t h e m o m e n t C 2 . t h e o u t p u t o f A 2 i s R o - R X E / \ ( , 3 0 F o r p o s i t i v e i n p u t s i g n a l s , A 2 s u m s t h e c u r r e n t s t h r o u g h R 3 a n d R6~ a n d f ' _ _ / ( } { / E . E / . \ R - 1 R~ - - R ( , I f R 1 i s 1 1 2 R~>, t h e o u t p u t i s R _ : x E . . H e n c e . t h e o u t ] l U t I S - R ~ ( , a h v a v s t h e a b s o l u t e v a l u e o f t h e i n p u t . F i l t e r i n g , o r a v e r a g i n g , t o o b t a i n a p u r e d e o u t p u t i s v e r y e a s y t o d o . A c a p a c i t o r , C 2 . p l a c e d a c r o s s R 7 r o l l s o ! T t h e f r e q u e n c y r e s p o n s e o f A 2 t o g i v e a n o u t p u t e q u a l t o t h e a \ c r a g c v a l u e o f t h e i n p u t . T h e f i l t e r t i m e c o n s t a n t i s R 7 C 2 . a n d m u s t b e m u c h g r e a t e r t h a n t h e m a x i m u m p e r i o d o f t h e i n p u t s i g n a l . F o r t h e v a l u e s g i v e n i n F i g u r e 3 . l 0 . t h e t i m e c o n s t a n t s a b o u t 0 . 2 2 s e c o n d s . T h i s c o n v e r t e r h a s b e t t e r t h a n l % c o n v e r s i o n a c c u r a c y t o a b o v e 1 0 0 k H z a n d l e s s t h a n 1 < Y o r i p p l e a t 2 0 H z . T h e o u t p u t i s c a l i b r a t e d t o r e a d t h e R M S v a l u e o f a s i n e w a v e i n p u t . A s \ \ i t h a n y h i g h f r e q u e n c y c i r c u i t s o m e c a r e m u s t b e t a k e n d u r i n g c o n s t r u c t i o n . L e a d s s h o u l d b e k e p t s h o r t t o a v o i d s t r a y c a p a c i t a n c e a n d p o v v e r s u p p l i e s b y p a s s e d \ \ i t h ( ) . ( ) ] ~tF d i s c c e r a m i c c a p a c i t o r s . C a p a c i t i v e l o a d i n g o f t h e f a s t r e c t i f i e r c i r c u i t s m u s t b e l e s s t h a n 1 O O p F o r d e c o u p l i n g b e c o m e s n e c e s s a r y . T h e d i o d e s s h o u l d b e r e a s o n a b l y f a s t a n d f i l m t y p e r e s i s t o r s u s e d . A l s o , t h e a m p l i f i e r s m u s t h a v e l o w b i a s c u r r e n t s . 3 1 l 3 . 6 C a l c u l a t i o n s o f t h e c o m p o n e n t s 3 . 6 . 1 P u l l d o w n r e s i s t o r o f t h e o p t o c o u p l e r ( R L ) [ 9 ] V s i G = 6 8 V D C V c c = 5 V D C C N Y 1 7 - 1 l c I r e F i g u r e 3 . 1 1 P u l l d o w n R e s i s t o r S u p p l y v o l t a g e V e e _ 5 V O p e r a t i n g t e m p e r a t u r e - 5 5 t o 1 0 0 ° C T y p i c a l C T R v a l u e s e l e c t e d a s 1 0 0 % a t h , , . I O m A A t - 2 0 t o t 6 0 ° C I r o m t h e g r a p h ( s e c O p t o c o u p l e r d a t a s h e e t i n a p p e n d i x - G ) C T R u n d e r g o e s a c h a n g e i n h e t \ v e e n t 5 % t o - 1 2 % A s s u m i n g a I O y e a r s e r v i c e l i f e p e r i o d a l l o m m c c s f o r a d d i t i o n a l C T R r e d u c t i o n a l l o w a n c e s f o r a d d i t i o n a l C T R s a f e v a l u e T h e r e f o r e C R T m i n 2 0 ( % - 2 s < Y t ) · ] ( ) ( ) < Y o x ( 0 . 8 8 ) x ( 0 . 8 0 ) x ( 0 . 7 5 ) 5 2 . 8 % R e f e r r i n g t h e P I C D a t a s h e e t V 1 1 . f o r t h e s m i t h t r i g g e r i n p u t i s 1 V a n d V 1 1 1 i s 4 V D C l \ 1 a x i n p u t l o w \ o l t a g e t o P I C ( V 1 u I n p u t l o w c u r r e n t ( I 1 L ) l u o T h e r e f o r e i t i s n e g l i g i b l e . I t . . . . v i i < : : : l V · 1 ~LA 0 . 1 ~LA I l L " ' ) _ ) L . I o r M a x n d u e o f R 1 I h e r e f o r e M a x R 1 I o r s a f e t y h i g h s t a t e a t o u t p u t V 1 1 1 V a l R r . ( r / 1 I l l ) T , ; u I I w 1 x 1 6~(, = = I f ' v ! O I M O L w = 1 8 8 . 6 0 5 . 3 n 7 1 1 R c s i s t a n c e 0 r t h e p u l l d o v v n r e s i s t o r R L i s v a r y b e t v v e e n I M O ( R I ( 1 8 8 . 6 0 I h c r e f o r c P u l l d o w n r e s i s t o r R 1 c a n b e s e l e c t e d a s l k O 3 . 6 . 2 C u r r e n t l i m i t i n g r c s i s t o r ( C h o p p i n g r e s i s t o r ) ( R , ) ( 9 1 I h e R 1 1 k i s s e l e c t e d a n d 2 0 % s a f e t y i s c o m p u t e d t o t h e m i n i m u m V 1 1 1 i n r e s p e c t o f t h e h i g h s t a t e V I I I VlHx20%~-2.4V I h i s w i l l t h e n p e r m i t l C . I f a n d t h e c h o p p i n g r e s i s t o r R V a t t h e i n p u t o f t h e o p t o c o u p l c r t o b e d e t e r m i n e d . ' 4 I , ! 1 ) - · = 2 . 4 m A . W h e r e R r . - 1 k O R , ' . 4 m A _ 2 . 4 = 4 . 5 m A I F ) - ( - ' T l ? - 6 . 5 3 W h e r e F o r w a r d v o l t a g e o f t h e l R d i o d e V F 1 . 2 V [ ) r · ( ( - - 1 ' 1 _ _ 6 8 - 1 . 2 _ Z v - - - - - - ; 4 . S m • 1 4 . 5 x 1 0 ' R \ ) 1 4 . 8 k 0 T h e r e f o r e C h o p p i n g r e s i s t o r c a n b e s e l e c t e d a s 1 5 k 0 [ - - R r . R v 1 - - - - · - - - · - - - - J k O 1 5 k 0 \ - - I T a b l e 3 . 9 - R e s i s t o r s o f t h e o p t o c o u p l e r c i r c u i t " " _ L ) 3 . 6 . 3 C u r r e n t l i m i t i n g r e s i s t o r ( R b ) a n d T r a n s i s t o r ( T r ) 1 1 0 1 V e e = 5 V d c - - 5 v , d c R L = 5 5 o h m I I ' J < A _ , i , . . . - J 1 - - - . i I E I I F i g u r e 3 . 1 2 · C u r r e n t l i m i t i n g r e s i s t o r a t R B 1 ( a ) S e l e c t i o n o f t r a n s i s t o r R e s i s t a n c e o f t h c r e l a y c o i l 5 5 o h m \ ' l a x c u r r e n t o u t f r o m t h e P I C ( I p J c ) 2 5 m A S u p p l y v o l t a g e V e e - 5 V I r a n s i s t o r a t s a t u r a t i o n l c i s m a x v v h e n Y c L - - 0 . R c r ' 0 I h e r c C o r e L o a d c u r r e n t I c a t t r a n s i s t o r s a t u r a t i o n v ( . ( R l 9 1 m A 5 5 5 T h e r e f o r e t r a n s i s t o r m u s t h a v e l c ( m a x ) ) 9 1 m A 5 X / ( " l o u d m i n h n ) - · · ( - , · · · - - ( · · 1 · ) ) A 1 a x ( u r r e n t I ' J < . l 5 x 9 l m A m m 1 n : ) - - - ) 1 8 . 2 2 5 m A T h e r e f o r e C 1 8 1 5 , N P N t r a n s i s t o r w a s s e l e c t e d a s m i n h u - 7 0 a n d l c ( m a x ) 1 5 0 m A - : . : , : ' · (~, . . : · . 3 4 ( h ) S e l e c t i o n o C c u r r e n t l i m i t i n g r e s i s t o r R n r \ x h 1 1 • , , R , , = ·~ - · w h e r e V s I S s u p p l y v o l t a g e o f t h e P I C ) X f r F o r t h i s a p p l i c a t i o n s u p p l y v o l t a g e o f t h e P I C a n d t r a n s i s t o r c i r c u i t i s s a m e . S o t h a t V - , V c c a n d a b o v e f o r m u l a c a n b e r e - a r r a n g e d a s R 8 = 0 . 2 x h 0 x R 1 0 . 2 x 7 0 x 5 5 7 7 0 o h m T h e r e f o r e C u r r e n t l i m i t i n g r e s i s t o r Rl~ w a s s e l e c t e d a ; ; 8 2 0 o h m ( C ) C u r r e n t l i m i t i n g r e s i s t o r R l o u t p u t p o r t R B 2 S V d c ' \ f \ l v ( v d l d R 1 D : - 1 F i g u r e 3 . 1 3 - C u r r e n t l i m i t i n g r e s i s t o r a t R B 2 F o r s a f e o p e r a t i o n I d 1 5 m A a n d V d 1 . 7 V O u t p u t v o l t a g e o f t h e P I C • · 5 V l ' h c r c l ' o r c l e i 5 - V d 5 - 1 . 7 R l R l I . i m i t i n g r e s i s t o r R l = 2 2 0 O h m 3 5 C h a p t e r 4 S o f t w a r e D e s i g n o f t h e s y s t e m - t . 1 I n t r o d u c t i o n T h e a b i l i t y t o c o m m u n i c a t e i s o f g r e a t i m p o r t a n c e i n a n y f i e l d . H o w e v e r . i t i s o n l y p o s s i b l e i f b o t h c o m m u n i c a t i o n p a r t n e r s k n o v , t h e s a m e l a n g u a g e . i . e f o l l m v t h e s a m e r u l e s d u r i n g c o m m u n i c a t i o n . U s i n g t h e s e p r i n c i p l e s a s a s t a r t i n g p o i n t . \ V C c a n a l s o d e f i n e c o m m u n i c a t i o n t h a t o c c u r s b e t w e e n m i c r o c o n t r o l l c r s a n d m a n . L a n g u a g e t h a t m i c r o c o n t r o l l e r a n d m a n u s e t o c o m m u n i c a t e i s c a l l e d " a s s e m b l y l a n g u a g e " . T h e t i t l e i t s c i C h a s n o d e e p e r m e a n i n g . a n d i s a n a l o g u e t o n a m e s o f o t h e r l a n g u a g e s . e x . E n g l i s h o r F r e n c h . M o r e p r e c i s e l y . " a s s e m b l y l a n g u a g e " i s j u s t a p a s s i n g s o l u t i o n . P r o g r a m s \ \ T i t k n i n a s s e m b l y l a n g u a g e m u s t b e t r a n s l a t e d i n t o a " l a n g u a g e o f z e r o s a n d o n e s " i n o r d e r f o r a m i c r o c o n t r o l l c r t o u n d e r s t a n d i t . " A s s e m b l y l a n g u a g e " a n d " a s s e m b l e r " a r c l \ \ O d i f f e r e n t n o t i o n s . T h e t i r s t r e p r e s e n t s a s e t o f r u l e s u s e d i n w r i t i n g a p r o g r a m f o r a m i c r o c o n t r o l l e r . a n d t h e o t h e r i s a p r o g r a m o n t h e p e r s o n a l c o m p u t e r \ V h i c h t r a n s l a t e s a s s e m b l y l a n g u a g e i n t o a l a n g u a g e o f z e r o s a n d o n e s . A p r o g r a m t h a t i s t r a n s l a t e d i n t o " z e r o s " a n d " o n e s " i s a l s o c a l l e d " m a c h i n e l a n g u a g e " . , - - - - - - J t 1 l p , , q r ; r , h e P r o q r . O J m . . : : . . . : : m I ~~~~~--·-•t I L _ - - - - - - , . \ . . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - l~lc r · . · 1 . : : . r l F i g u r e 4 . 1 - T h c p r o c e s s o f c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n a m a n a n d a m i c r o c o n t r o l l e r P h y s i c a l l y . " P r o g r a m " r e p r e s e n t s a f i l e o n t h e c o m p u t e r d i s c ( o r i n t h e m e m o r v i f i t i s r e a d i n a m i c r o c o n t r o l l e r ) . a n d i s w r i t t e n a c c o r d i n g t o t h e r u l e s o f a s s e m b l e r o r s o m e o t h e r l a n g u a g e f o r m i c r o c o n t r o l l e r p r o g r a m m i n g . M a n c a n u n d e r s t a n d a s s e m b l e r l a n g u a g e a s i t c o n s i s t s o f a l p h a b e t s i g n s a n d w o r d s . W h e n w r i t i n g a p r o g r a m . c e r t a i n r u l e s m u s t b e f o l l o w e d i n o r d e r t o r e a c h a d e s i r e d e f f e c t . A T r a n s l a t o r i n t e r p r e t s e a c h 3 6 i n s t r u c t i o n w r i t t e n i n a s s e m b l y l a n g u a g e a s a s e r i e s o f z e r o s a n d o n e s \ V h i c h h a v e a m e a n i n g f o r t h e i n t e r n a l l o g i c o f t h e m i c r o c o n t r o l l c r . - L 2 M e t h o d B e f o r e \ \ T i t i n g t h e a s s e m b l y c o d e s i t i s c o n v e n i e n t t o d r a w a f 1 o w c h a r t f o r t h e w h o l e p r o g r a m . T h e m e c h a n i s m d e v e l o p t o r e c o v e r t h e p r o d u c t i o n \ Y a s t e ( S P P D A ) o f t h e \ \ e m i n g m a c h i n e u s i n g e m b e d d e d m i c r o c o n t r o l l e r i s d e v e l o p e d a s p e r t h e t 1 o w c h a r t i n f i g u r e ~.2. P r a c t i c a l t e s t i n g w a s d o n e i n t h e f a c t o r y a t B i y a g a m a . . t . 3 A l g o r i t h m T h e a l g o r i t h m u s e d f o r d e v e l o p i n g e m b e d d e d p r o g r a m m i n g a s f o l l O \ v s r I m p l e m e n t t h e m i c r o c o n t r o l l c r b a s e d i n t e g r a t e d c o n t r o l s y s t e m r T h e p e r m i s s i b l e v a l u e s o b t a i n e d f r o m p r a c t i c a l t e s t a n d r e s u l t s w e r e e n t e r e d a s r e f e r e n c e v a l u e i n m i c r o c o n t r o l l c r u n i t . r S t a r t t h e m a c h i n e a t r a t e d c o n d i t i o n . r C o m p e t i t i o n a r c m a d e b e t w e e n m e a s u r e d v a l u e s v , i t h r e f C r c n c c v a l u e . r I f V : ; ~· t h e n o e n e r a t e s i o n a l t o o p e r a t e t h e r c l a v w h e r e V . . . . 1 a n d ! I I C U \ I I I ' C r f l ' t ' f b b . . , lllCcl~t\!Ll V,c~ a r c c o n n e c t e d t o A N O a n d A N 1 r e s p e c t i v e l y . r l f t i m e t 2 3 s e c & V " " ' " 1 1 1 . , ( V r c / s t o p t h e r e l a y f u n c t i o n a n d s h u t d o w n t h e m a c h i n e . r P r o t o t y p e m o d e l i s d e v e l o p e d a n d t e s t e d o n a m a c h i n e . T h e m i c r o c o n t r o l l c r b a s e c o n t r o l s y s t e m ( S P P D A ) r e s p o n d t o a l l t y p e s o f v o l t a g e v a r i a t i o n s p e r f e c t l y s p e c i f i e d b y a n d r e e n e r g i z e d t h e r e l a y a f t e r t h e s p e c i t i e d t i m e d e l a y ( 3 s e c o n d ) . 3 7 - t . 3 . 1 S o f t w a r e d e v e l o p m e n t f l o w c h a r t ~--- 1 -~--t--------------- 1 ( 1 1 0 ) l l [ I \ c a d t h e m / c s t a t e . - · ] -------~- ( 1 1 0 ) - - - t - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , . . . - - - - - - - L S l ; \ l \ 1 J =t--~-- - - ----·----~- - - ~------l c ! l e a d t~c n 1 i c s t a t e - - = : ] I ( 1 1 0 ) I l [ _ _ 1 \ c a d t h e r n l c ~ta~_] ( 1 1 0 ) - - . . . - - - ····-----~ ---------~-----.....,.._ _ _ _ _ _ - - - - - - - - - - ~--------------· ~\cad t h e r~arn voltag_~ I s t l m r c v o l t a g e s a g o r m t e r r u p t r o n U s < 3 1 / v P I C 0 / P L f . : : . n a b l c t r 1 c r e l a y ( f \ O J c · · D r s a b l e t h e r e l a y J \ Y C S ) I s t h e r e v o l t a g e s a g o r r n t c r r u p t r o n U s c 3 1 / v ( y e s ) ( 1 1 0 ) _ j F i g u r e 4 . 2 - F l o w c h a r t f o r s o f t v , · a r e d e v e l o p m e n t 3 8 l . . t A R e s o l u t i o n a n d T i m e C a l c u l a t i o n . . t A . l R e s o l u t i o n o f t h e A n a l o g s i g n a l S p e e d o f t h e c r y s t a l u s e d f o r t h e P I C = A M H z l i m e p e r i o d p e r i n s t r u c t i o n C - 1 ~second T \ . 1 a c b i n e c o n t r o l l e r f u n c t i o n s f a i l v o l t a g e - 1 8 0 V A C R e f e r e n c e v o l t a g e a t p i n A N O - _ 5 V D C V o l t a g e a t t h e p i n A N 1 5 x 1 8 0 _ ' " ' 9 V D C - , - - - - - - - - - - _ ) . 2 3 0 R e q u i r e d b i t s f o r t h e A I D c o n v e r s i o n 1 0 b i t s V o l t a g e r e s o l u t i o n 5 ( 2 1 1 1 - _ 1 ) : : : . : 5 m Y / D i v T h e r e f o r e r e s o l u t i o n o f t h e a n a l o g u e c o n v e r s i o n i s 5 m V / D i v . . t . 4 . 2 A c q u i s i t i o n t i m e f o r t h e A n a l o g m o d u l e v n o I S a m p l i n g f \ · V T = 0 6 V S w 1 l c h R s : / \ N x ( \ A : ! } < } - - · ( V A l . C P I N ·~- . R I C < 1 K : S S . R s _ s _ -- - - r · -· V \ v · --·~·--w,-· . . . C H U L O -~ \ V T = o 6 V ( 1 ) I L E ! , K A G E _ I _ = D A C c a p a c i t a n c e . ' 1 . / · J 5 p F T _ · _ t ± - 5 0 0 n~ _ _ 1 _ v = 1 2 0 p F ± o~~ L e g e n d C P I N = i n p u t c a p a c i t n n c e V T = t h r e s l w l d v o l t a g e I L E A K A C ; E : = l e a k a g e c u r r e n t a t t h e p i n d u e t o v a r i o u s J U n c t i o n s R I C = i n t e r c o n n e c t r e s i s t a n c e S S = s a m p l i n g s w i t c h C H O L D = s a m p l e / h o l d c a p a c i t E m c e ( f r o m D A C ) 5 V - V D D 4 V 3 V - 2 V ~~ 6 V l - - - 1 - l - \ + l - \ - - 1 - 5 6 7 8 9 1 0 1 1 S a m p l i n g S w 1 t c h ( k U ) F i g u r e 4 . 3 - A n a l o g m o d u l e f o r A c q u i s i t i o n t i m e A s p e r t h e a b m - c f i g u r e 4 . 3 A c q u i s i t i o n t i m e T A C Q A m p l i f i e r s e t t i n g t i m e \ - H o l d c a p a c i t o r c h a r g i n g t i m e + T e m p e r a t u r e c o e f f i c i e n t T A C Q - T A M P + T C + T C O F F 3 9 c 2 1 - J s t T C + ! T e m p - 2 5 ° C 1 ( 0 . 0 5 1 - J s / ' C ) T C C 1 1 0 1 D ( R 1 C t R s s t R s ) l n ( 1 / 2 0 4 7 ) . \ s p e r t h e F i g u r e 4 . 3 r e s i s t o r s a n d c a p a c i t o r Y a l u e s f o r t h e e q u i v a l e n t c i r c u i t t o c a l c u l a t e a c q u i s i t i o n t i m e r e l a t e d t o a n a l o g i n p u t A N O a n d A N I a r c r e s p e c t i v e l y a s l " o l k m s . T h e R s v a l u e w h i c h i s o u t p u t r e s i s t a n c e o f t h e i n p u t c i r c u i t o f t h e a n a l o g i n p u t A N O i s a p p r o x i m a t e l y z e r o b e c a u s e o u t p u t i m p e d a n c e o f t h e O P a m p i s n e g l i g i b l e . W h e n A N 1 i s c o n s i d e r e d t w o p o s s i b l e v a l u e s c a n b e c o n s i d e r e d v v h i c h a r c a t h a l f p r e s e t ( 3 . 9 V ) a n d a t f u l l p r e s e t . ( a ) R s 0 0 . R I C l k O , R s s = 7 k 0 f r o m t h e g r a p h o f f i g 4 . 3 a t 5 V ( b ) R s 2 2 k 0 . R I C 1 k 0 a n d R s s 7 k 0 ( ( / } 5 V D C a n d C H O L D 1 2 0 p F ( c ) R s 1 O O H 2 . R 1 C = 1 k D a n d R s s 7 k n rc~;5VDC a n d C H O U ) l 2 0 p F \ c c o r d i n g t o t h e a b o Y e e q u a t i o n c a l c u l a t e d T A C Q a t A N O i s I 0.55~ts a n d o f f s e t \ · a l u c o f t h e p r e - d e f i n e g e n e r a l p u r p o s e r e g i s t e r f o r t h e a c q u i s i t i o n d e l a y i n t h e w a i t i n g l o o p i n t h e p r o g r a m i s 2 5 4 a n d l i k e w i s e T A C Q a t A N I i s 30.6~ts a n d o f f s e t v a l u e i s 2 4 8 . 1 5 u t m a x i m u m R s Y a l u e c o u l d b e t a k e n a s 1 O O H 2 a t f u l l p r e s e t p o s i t i o n . S o t h a t c a l c u l a t e d T A C Q a t A N 1 i s 1 03~ts a n d r e l a t e d o f f s e t v a l u e i s 2 3 1 . w h e n t h e a s s u m p t i o n s a r e t a k i n g t o c a l c u l a t e t h e R s s o m e e r r o r s c a n b e h a p p e n e d . T h e r e f o r e s a f e \ a l u e f o r t h e o f f s e t c a n b e s e l e c t e d a s 2 3 I t o g e t h i g h e s t a c q u i s i t i o n t i m e . - t A . 3 B a s i c o p e r a t i o n o f t h e p r o g r a m 1 ) A C I D C c o n v - e r t e r m o n i t o r p r e s e n t v o l t a g e l e v e l i n t h e m a i n s u p p l y w h i c h i s s u p p l i e d t o t h e a n a l o g i n p u t A N O a t p i n S o f t h e m i c r o e o n t r o l l e r p o r t A a n d i t c o u l d b e v a r i e d i n b e t w e e n O V t o 5 V d u r i n g t h e v o l t a g e v a r i a t i o n o r i n t e r r u p t i o n . 2 ) R e f e r e n c e a n a l o g v o l t a g e 3 . 9 V D C w h i c h i s t h e t h r e s h o l d v o l t a g e l e v e l o f t h e \ \ o v e n m a c h i n e c o n t r o l l e r i s a p p l i e d t o t h e A N I a t p i n n o 3 i n p o r t ; \ ~) A s u s u a l V J ) J ) a n d V s < . , o f t h e m i c r o c o n t r o l l c r a r e c o n n e c t e d t o O V D C a n d 5 V D C r e s p e c t i v e l y . ·~) T h e m a c h i n e r u n s t a t e i s m o n i t o r e d b y t h e o p t c o u p l c r c i r c u i t v v h i c h i s c o n n e c t e d t o d i g i t a l i n p u t R C 5 a t p i n n o 2 4 i n p o r t C . 4 0 - · ~) C r y s t a l o s c i l l a t o r 4 M h z o s c i l l a t o r i s c o n n e c t e d t o t h e C L K O U T & C L K I N t o p e r f o r m t h e i n t e r n a l t i m i n g r e q u i r e m e n t . A n d a l l i n p u t s t h a t a r e u s e d a r c p u l l d m \ n e x t e r n a l l y w h i l e t u r n i n g o n a l l i n t e r n a l p u l l u p s o f t h e u n u s e d i n p u t s t o m o i d \ ' o l t a g c f l o a t i n g 1 ' ) R B 1 a n d R B 2 i n p o r t B w e r e u s e d a s o u t p u t s o f t h e c o n t r o l l e r , R B 1 i s a s s i g n e d t o i n d i c a t o r L E D a n d r e l a y \ Y h i c h i s i n f o r m e d m a c h i n e c o n t r o l l e r t o k e e p t h e m a c h i n e r u n n i n g o n c e t h e Y o l t a g e b a c k t o n o r m a l i s d r i v e n b y t h e o u t p u t R B 2 o f p o r t B . ( ) n e e t h e c o n t r o l l e r i s p m v e r c d d i g i t a l s i g n a l a t p i n 2 4 ( R C 5 ) i s c h e c k e d \ v h e t h e r t h e m a c h i n e i s r u n n i n g . I f t h e m a c h i n e i s i n r u n n i n g c o n d i t i o n p r o g r a m c o n t i n u e s i t s t l ' s t i n g t h r o u g h o u t o n e m i n u t e t i m e a n d t u r n o n L E D . B e c a u s e i t n e e d s t h e s t a b i l i t y o f t h e m a c h i n e . I f t h e c o n d i t i o n i s c o r r e c t i t i s b e i n g c h e c k e d t h e m a c h i n e s t a t e t o l ' o n l ! r m s t a t u s o f r u n n i n g . I f t h e c o n d i t i o n i s n o t f u l f i l l e d t h e p r o g r a m w i l l b e ,:tlmnH:~nced f r o m t h e i n i t i a l s t a r t . ( ) n e e t h e a h O \ c c o n d i t i o n s a r e f u l f i l l e d p r o g r a m o f t h e m i c r o c o n t r o l l c r c h e c k s t h e \ o l t a g c o f ! \ N O a t t h e p i n 2 o f p o r t ! \ a n d e n s u r e i t i s a b o v e o r b e l o w t h e r e f e r e n c e \ t l l t a g e o f A N l a t p i n 3 ( 3 , 9 V D C ) . I f t h c r e s u l t o f t h e c o m p e t i t i o n i s p o s i t i v e , · o · h i t , 1 f t h e s t a t u s r e g i s t e r i s s e t a s " o n e " " b e c a u s e n o b o r r o w b i t i s r e q u i r e d . I f n o t i t i s s e t a s · / e r o . . . S o t h a t o u t p u t R B 1 a t p i n 3 4 i s s e t a s d i g i t a l o u t 1 o r 0 b y t h e p r o g r a m . ( l n c e t h e d i g i t a l o u t p u t a p p e a r s a t R B I p i n n u m b e r s . 1 0 . 1 1 . 1 2 p i n s o f t h e m a c h i n e - : o n t r o l l e r i n f i g 4 . 4 w h i c h a r e r e l e v a n t t o t h e S t a r t . T i p a n d S t o p s w i t c h e s o f t h e m a c h i n e a r c c o n n e c t e d t h r o u g h t h e D P D T r e l a y a n d d e - e n e r g i z e a f t e r 3 s e c o n d s . I h e m e a n i n g o f c o n n e c t i n g a b o v e p o i n t s r e s e m b l e s s t a r t i n g t h e m a c h i n e a t t h e b e g i n n i n g . W h e n t h e m a c h i n e i s s t a r t e d . S t a r t a n d T i p S \ V i t c h e s a r c s i m u l t a n e o u s l y k e p t i n t h e h o l d i n g s t a g e . T h i s a c t i o n i s d o n e b y m i c r o c o n t r o l l e r b y c o n n e c t i n g a b o v e t h r e e p o i n t s . T h e m a c h i n e c o n t r o l l e r h o l d s t h i s t h r o u g h t h e r e l a y Y o l t f r e e c o n t a c t a n d r e l e a s e s i t a f t e r 3 s e c o n d s b e c a u s e s t o r e d e n e r g y i n t h e t e n s i o n e d y a r n b e a m s r e l e a s e t h e i r e n e r g y t o r e l a x t h e y a r n s w h i c h a r e b e t v v c e n b e a m s a n d m a c h i n e a s e x p l a i n e d i n c h a p t e r 2 s e c t i o n 2 . 3 . 1 . . t . 5 S c h e m a t i c c i r c u i t d i a g r a m ( a ) C o n t r o l c i r c u i t f o r t h e m i c r o c o n t r o l l e r b a s e S P V D J \ . ( h ) P o w e r c i r c u i t f o r t h e A C / D C c o n v e r t e r a n d m i c r o c o n t r o l l e r 4 1 \ i - \1 -~ ' > j_ ~ = I 9V A C fr om p ow er s u pp ly a t p ag e Fa st ] i AC ID C I , 2 ' l _ _ . , lM cc ,C _L _R __ __ _ 22 0 Oh rn _ _ _ l\ ~ I C on ve rte r 1 j_' I A N O I 35 · • • " , ' ' I R B ~ V V ~ T' I I ' 1. 48 VA C Fr om m a ch m c o n tr ol le r = I 3 I RB 1 82 00 32 CV CC ' 1 A N I 5v dc V D D - I T AL ' j_ , -- -- :~ k~ ~ I0.1 .J ! VS S~ -- >' cl __ -- ~ r:tt -- 5v dc lJ 0 ~~ () ) 11 CX J - - - . J . j_ :: : - - - . J )> = I 5V D C I T I - 1 I I 24 1 RC S 1k 0 2 2 p F T D~ 4 M H z . I I K1 i 22 pF Fi gu re 4 .4 - C on tr ol c ir cu it fo r th e m ic ro co nt ro lle r 0.5 11 1 A " 't-1 ,_ g 7 z 10 11 R eq ui re d C on tro l I P C B 12 42 I f,' 23 0" A C lope!~ 9V AC ov 9V AC + 10 00 1- JF I 25 V O ut O ut R eg ul at ed + 9v D C 4 7 00 R eg ul at ed - 9v D C z -1> - 0 0 N Fi gu re 4 .5 - Po v; er c ir cu it o f t he A C /D C c o n v e rt er R eg ul at ed + 9v D C In G nd R eg ul at ed + Sv D C R eg ul at ed - 9v D C • Ov 43 I n o r d e r t o p r o v i d e D C p o \ v e r s u p p l y t o t h e m i c r o c o n t r o l l e r a n d f a s t A C t o D C c o m e r t c r s e p a r a t e 5 V a n d 9 V p o w e r s u p p l y w e r e u s e d . A C s t e p d o w n c e n t e r t a p p e d t r a n s f o r m e r v - . i t h f u l l b r i d g e r e c t i f i c a t i o n . s m o o t h i n g c a p a c i t o r s a n d h i g h f r e q u e n c y f i l t e r i n g c a p a c i t o r s w e r e u s e d f o r e a c h D C s u p p l y . S i n c e t h e o u t p u t D C v o l t a g e l e v e l s h a \ c t o h e c o n s t a n t L M 7 8 0 5 , L M 7 8 0 9 a n d L M 7 9 0 9 r e g u l a t o r s w e r e u s e d i n 5 V . 9 V a n d - 9 V s u p p l y c i r c u i t r e s p e c t i v e l y a s s h o w n t h e f i g u r e 4 . 5 . I n a d d i t i o n t o t h e a b o v e r e g u l a t o r s t w o 9 V D C r e c h a r g e a b l e b a t t e r i e s w e r e u s e d t o s u p p l y p o w e r t o t h e c i r c u i t d u r i n g t h e v o l t a g e i n t e r r u p t i o n s . - t . 5 . 1 S o m e p h o t o g r a p h s o f t h e i m p l e m e n t e d S h o r t P e r i o d V o l t a g e D i p A c t u a t o r F i g u r e 4 . 6 - E x t e r n a l a p p e a r a n c e o f t h e d e s i g n e d m i c r o c o n t r o l l c r b a s e s c i r c u i t F i g u r e 4 . 7 - d e s i g n e d m i c r o c o n t r o l l e r b a s e s c i r c u i t i n t h e m a c h i n e c o n t r o l u n i t . < ' ' ~ - ' \ . ' " ; · , : . 4 4 . - " " - t 5 . 2 M a c h i n e c o n t r o l l e r c i r c u i t d i a g r a m F i g u r e 4 . 8 - W e a v i n g l o o m m a i n c o n t r o l u n i t c i r c u i t d i a g r a m 4 5 C h a p t e r S S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f d a t a 5 . 1 C a t e g o r y o f w a s t e D a t a i \ s d e s c r i b e d i n t h e c h a p t e r l t h e r e a r e t v v o c a t e g o r i e s o r w a s t e w h i c h a r c c o n t r o l l a b l e a n d u n c o n t r o l l a b l e w a s t e . S i n c e t h e s o l i d w a s t e c o n t r i b u t i n g m a j o r p o r t i o n o f v v a s t e g e n e r a t e d i n t h e p r o c e s s . i t i s v e r y i m p o r t a n t t o a n a l y z e t h e i n C o r m a t i o n o f s o l i d w a s t e i n o r d e r t o m a k e d e c i s i o n i n t h e c o m p a n y . T h e w a s t e f i g u r e o r t h e w e a v i n g d e p a r t m e n t c a n b e s h o w n a s b e l o w . S o l i d w a s t e a n a l y s i s i n y e a r 2 0 0 8 i n k g 2 0 0 8 J a n F e b M a r A p r M a y J u n J u l A u g S e p O c t N o v D e c C o n t r o l l a b l e Y a r n w a s t e 5 3 3 5 7 8 4 3 0 2 8 1 5 5 4 4 0 7 8 1 8 6 3 8 6 5 2 7 6 7 5 2 1 6 2 0 O u a l 1 t y 8 4 7 7 0 9 8 6 3 5 1 4 8 8 2 7 8 9 1 3 2 5 1 0 4 5 1 2 9 2 1 1 0 0 9 3 8 9 5 0 I m p r o v e m e n t B e a m G a t i n g 1 2 1 8 8 7 0 6 0 4 1 8 0 8 6 1 1 0 1 1 5 8 9 9 5 8 8 A l t e r a t i o n 3 3 2 2 3 1 2 4 5 1 1 5 3 3 2 1 8 8 3 8 5 2 7 5 4 4 1 3 4 8 3 1 8 3 5 2 W a r e H o u s e 2 9 1 1 6 9 2 1 8 5 5 2 1 1 3 0 1 2 8 8 2 5 4 1 8 9 1 9 3 2 2 2 1 9 8 U n c o n t r o l l a b l e B a d R a w M a t e r i a l 1 3 2 5 2 9 6 5 5 4 3 9 4 8 5 3 9 2 3 2 2 7 3 9 P o w e r c u t 4 2 5 3 0 0 2 9 5 1 9 8 3 9 5 3 8 8 4 2 2 4 0 1 3 7 5 3 5 9 4 2 5 4 8 2 M a i n t e n a n c e 5 0 2 5 3 5 3 8 1 3 4 6 6 5 0 7 4 3 4 6 3 3 6 9 3 7 9 4 1 1 2 6 6 2 9 5 M i n i B u l k 2 0 0 2 0 5 3 2 5 1 7 9 2 5 5 1 9 5 1 8 4 2 0 4 2 3 2 2 4 5 2 1 1 1 8 2 T o t a l 3 2 6 4 2 8 4 0 2 8 5 6 1 8 1 3 3 3 7 4 3 1 3 0 4 0 1 9 . _ 3 3 4 9 3 7 6 7 3 5 4 4 3 0 2 3 3 2 0 6 T a b l e 5 . 1 - S o l i d w a s t e d a t a i n y e a r 2 0 0 8 4 6 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~ P e r c e n t a g e w a s t e o f d i f f e r e n t c a t e g o r i e s i n y e a r 2 0 0 8 W a s t e a n a l y s i s - 2 0 0 8 M a 1 n t e n a n c e 1 4 % V o l t a g e D 1 p s & I n t e r r u p t i o n s 1 2 % B a d f~aw M a t o n a l 1 % W a r e f 1 o u s e f l Y o M l n i l l U i k 7 % A l t e r a t 1 o n 9 % . Y a r n w a s t e 1 8 % 8 e a m G a t t m g 3 ( % 2 9 ° / ! J F i g u r e 5 . 1 - - W a s t e A n a l y s i s 5 . 2 M o n i t o r i n g o f r e s u l t s V o l t a g e D i p s A n a l y s i s R e p o r t =~~iJ~Ti~'~f M=r¥~~~,~~~r t > 3 5 o c 1 5 . 0 8 . 2 0 0 9 - - - - - - - - - 1 7 . 0 8 . 2 0 0 9 - - - - - - 1 9 . 0 8 . 2 0 0 9 2 0 . . 0 8 . 2 0 0 9 2 1 . 0 8 . 2 0 0 9 2 2 . 0 8 . 2 0 0 9 2 4 . 0 8 . 2 0 0 9 - - - · - - - - - 2 4 . 0 8 . 2 0 0 9 2 7 . 0 8 . 2 0 0 9 2 7 . 0 8 . 2 0 0 9 2 9 . 0 8 . 2 0 0 9 2 9 . 0 8 . 2 0 0 9 3 . 0 5 a m 1 0 . 0 5 a m 4 . 1 5 a m 8 . 3 1 a m 1 2 n o o n I X ~iJ.O_pm 7 _ 4 Q p m _ _ \ _ _ _ _ _ x _ 1 4 5 a m 9 . 1 0 a m 300~ 2 0 ( ) 9 - D i i P " ' l - X ci~.·-~~~}_~~---. . --. 1 ti6-:~- - - - - x - - · · - · · · - - - - - - - - - - - - - · ~.9~2Q09 _ _ _ 1 Q l 3 p m -----~ Q _ 6 _()9~0_g_ - _ _ 3 00~ - - _ _ _ _ ) < _ _ _ _ _ · - 0 7 0 9 . 2 0 0 9 8 . 0 5 a m X X X - - - + - - - - - X X X X X X X X X X X X r-i~ii_~lil~\=-~ ~F x _ _ x X X X T a b l e 5 . 2 - P o w e r f a i l u r e a n a l y s i s r e p o r t X X X X X X 4 7 . . . - I h e m o d e l u n i t i n f i g u r e 4 . 6 m i c r o c o n t r o l l e r b a s e S h o r t P e r i o d V o l t a g e D i p A c t u a t o r \ \ a s i n s t a l l e d t o t h e w e a v i n g m a c h i n e a n d m o n i t o r e d a n d r e c o r d e d t h e r e s u l t s d u r i n g 1 h e p e r i o d f r o m 1 i 1 1 A u g 2 0 0 9 t o 1 1 1 1 1 S e p t 2 0 0 9 . T h e r e s u l t s \ V e r c t a b u l a t e d a s p e r t h e a b o \ " e t a b l e 5 . 2 . R e i C r c n c e t o t h e t a b l e 5 . 2 a p p r o x i m a t e l y o u t o f 3 0 v o l t a g e f a i l u r e s 1 6 c a n h e m a n a g e d 1 0 r u n t h e l o o m w i t h i n a p e r i o d o f o n e m o n t h . I t i s a p p r o x i m a t e l y 5 0 ( Y o o f t o t a l w a s t e d u e t o v o l t a g e t~1ilures. T h e r e f o r e r e f e r r i n g t h e t a b l e 5 . 2 a n d f i g u r e 5 . 1 p e r c e n t a g e o f ' ' a s t c d u e t o v o l t a g e d i p i s a p p r o x i m a t e l y 6 % o f t h e o v e r a l l w a s t e . T h e r e f o r e a p p r o x i m a t e l y 2 2 3 4 k g o f m i x e d p r o d u c t c a n b e s a v e d b y i n s t a l l i n g t h i s c o n t r o l l e r . 5 . 3 A n a l y s i s o f t i m e w a s t e I h e r e a r c t \ \ O k i n d s o f m a c h i n e s , t h e s e a r c s i n g l e a n d d o u b l e d e c k . E a c h s i n g l e d e c k m a c h i n e i n c l u d e s 1 0 w e a v i n g h e a d s a n d 2 0 f o r t h e d o u b l e d e c k m a c h i n e s . T h e m o s t s i g n i f i c a n t p a r t o f t h e v o l t a g e f a i l u r e i s r e m o v i n g d a m a g e s a n d r e c o n n e c t i n g t a p e s ( I a g g i n g ) . I n a v e r a g e t i m e t a k i n g f o r t h e v v h o l c p r o c e s s p e r s i n g l e t a p e w o u l d h e : " s e c o n d . ( a ) S i n g l e d e c k l O O m a c h i n e s I a g g i n g t i m e I a g g i n g t i m e f o r l 0 0 l o o m s \ \ e r a g e v o l t a g e f a i l u r e s p e r m o n t h I h e r e f o r e t o t a l l o s s t i m e ( b ) D o u b l e d e c k 2 0 m a c h i n e s I a g g i n g t i m e T a g g i n g t i m e f o e 2 0 l o o m s . \ \ c r a g e \ O l t a g c f a i l u r e s p e r m o n t h l ' h e r e f o r e t o t a l l o s s t i m e t < 3 s e c t < 3 s e c 5 s e c / t a p e l O O x l O x 5 s e c 2 0 n o s 2 0 x 1 O O x 1 O x 5 s e c 2 7 h r s / m o n t h 5 s e c / t a p e 2 0 x 2 0 x 5 s e c 2 0 n o s 2 0 x 2 0 x 2 0 x 5 s e c 1 1 h r s / m o n t h 4 8 - - l h e r e f o r e t o t a l l o s s t i m e p e r y e a r d u e t o v o l t a g e d i p s l e s s t h a n 3 s e c i s a p p r o x i m a t e l y - 1 - 5 6 h o u r s . T h i s i s e q u i v a l e n t t o R s 1 . 9 m i l l i o n p e r m o n t h d u e t o t o t a l c a p a c i t y o f 0 . 4 m i l l i o n m e t e r s p e r d a y p r o d u c t i o n . S o t h a t a n n u a l t i m e l o s s i s a p p r o x i m a t e l y c q u i n l e n t t o R s 2 3 . 2 m i l l i o n . S A A n a l y s i s o f p r o d u c t i o n w a s t e A c c o r d i n g t o t h e t a b l e I ( ) \ u a l l m i x e d p r o d u c t i o n w a s t e i n a l l c a t e g o r i e s O v ' C r a l l m i x e d p r o d u c t i o n w a s t e d u e t o v · o l t a g e f a i l u r e s ( ) \ c r a l l w a s t e p e r c e n t a g e d u e t o v o l t a g e f~1ilures A f t e r i n s t a l l i n g S P P D A v v a s t e p e r c e n t a g e T h e r e f o r e e q u i v a l e n t \ \ a s t e d u e t o v o l t a g e d i p s a p p r o x i m a t e l y T h i s i s e q u i v a l e n t a p p r o x i m a t e l y p e r y e a r S o t h a t o v e r a l l e s t i m a t e d a n n u a l s a v i n g a f t e r i n s t a l l i n g S P P D A 5 . 5 B u d g e t a r y R e q u i r e m e n t 3 8 1 8 5 k g . 4 4 6 5 k g - 1 2 ( Y < ) . . 6 0 ; ( ) 2 2 3 2 k g / y e a r - R s 2 . 4 m i l l i o n = R s 2 5 . 6 m i l l i o n O n e o f t h e o b j e c t i v e s o n t h i s p r o j e c t i s t o d e s i g n a n e c o n o m i c a l d e v i c e t o m i n i m i z e p r o d u c t i o n w a s t e d u e t o v o l t a g e f a i l u r e s l e s s t h a n 3 s e c . T h e e s t i m a t e d c o s t f o r t h e \ \ h o l e p r o j e c t i s a s f o l l o w s C o s t f o r t h e c o m p o n e n t s C o s t f o r t h e p r i n t e d b o a r d C o s t o f a s s e m b l y T o t a l c o s t p e r u n i t E s t i m a t e d c o s t f o r 1 2 0 u n i t s · R s 3 0 0 0 R s 8 0 0 R s 5 0 0 • c c R s 3 3 0 0 - c R s 5 1 6 . 0 0 0 T o t a l E s t i m a t e d c o s t i s a p p r o x i m a t e l y 2 % o f t h e a n n u a l s a v i n g P a y b a c k p e r i o d w o u l d b e a p p r o x i m a t e l y · · · 8 d a y s B y c o n s i d e r i n g t h i s S P V D A w i l l b e i n s t a l l e d f o r t h e w e a v i n g m a c h i n e s i n t h e \ v c a v i n g d e p a r t m e n t i t w i l l b e s a v e d a t l e a s t R s 2 5 m i l l i o n . 4 9 C h a p t e r 6 E x p e r i m e n t a l R e s u l t s a n d C o n c l u s i o n 6 . 1 T e s t i n g ; a t s i t e T h e n e w c o n t r o l l e r w a s t e m p o r a l l y s e t u p a t s i t e a n d a p o w e r a n a l y z e r m o d e l F l u k e I n s \ \ a s u s e d t o t a k e t h e n o r m a l c u r r e n t a n d v o l t a g e V s t i m e r e a d i n g s d u r i n g s h o r t p e r i o d i n t e r r u p t i o n s . T h e m a c h i n e w a s g i v e n t h e s t a r t i n g s i g n a l a n d w a s a l l o w e d t o r u n a s o f n o r m a l o p e r a t i o n a f t e r s e t t i n g u p t h e n e w c o n t r o l l e r a n d p o w e r a n a l y z e r . T h e t e s t i n g w a s d o n e f o r t h r e e s u c c e s s i v e i n t e r r u p t i o n s . T h e m o t o r c u r r e n t b e f o r e & a f t e r t h e \ o l t a g e i n t e r r u p t i o n s w e r e r e c o r d e d u n d e r t h e s h o r t p e r i o d i n t e r r u p t i o n s a s s h o w n i n F i g u r e 6 . 1 . l c - l - - - ' - - ' - - - --~- - - - - - - - - - - + - - \I~ T i m e < 3 s c c - - -----~- - - - - - + - - - ---~----- - - - - · - ---·----~---- ~-~--~~~ · · · · · · . . . . . . . . . J ! - ----~- 1 T i m c < 3 s e c I ' 4 i : . ' C · 1 - ! l G D H ' l l f ' 4 ' , 1 ~ · , 1 ~o 1 4 1 P F i g u r e 6 . 1 - M o t o r C u r r e n t V a r i a t i o n f o r m o m e n t a r y i n t e r r u p t i o n s 5 0 A s t h e s u p p l y v o l t a g e t o t h e i n d u c t i o n m o t o r d e c r e a s e s t h e m o t o r s p e e d d e c r e a s e . D e p e n d i n g o n t h e s i z e a n d t h e d u r a t i o n o f t h e v o l t a g e d i p . t h e m o t o r s p e e d m a y r e c o \ - c r t o i t s n o r m a l v a l u e a s t h e v o l t a g e a m p l i t u d e r e c o v e r s . I f t h e v o l t a g e d i p m a g n i t u d e a n d o r d u r a t i o n e x c e e d c e r t a i n l i m i t s t h e m o t o r w o u l d b e t a k e n o u t o f t h e s y s t e m b y t h e m a c h i n e c o n t r o l l e r o r p r o t e c t i o n [ 6 ] . I n t h i s c a s e i f t h e d i p o r s h o r t p e r i o d i n t e r r u p t i o n i s l e s s t h a n 3 s c c t h e m o t o r w o u l d b e t a k e n o u t f r o m t h e m a c h i n e a n d c o n s e q u e n c e r e s t a r t i n g m u s t b e d o n e . A s s h o w n i n t h e F i g . 6 . 1 d u r i n g a n d a f t e r t h e i n t e r r u p t i o n c u r r e n t r i s e s t o 2 . 5 t o 3 . 7 t i m e s i t s n o r m a l \ a l u e d u r i n g t h e t i m e J e s s t h a n 3 s e c o n d s . U n d e r t h i s s c e n a r i o t h e c u r r e n t d o c s n o t r e a c h h i g h e r v a l u e s f o r l o n g e n o u g h t i m e t o t r i g g e r a n y o f t h e m o t o r ' s p r o t e c t i o n s y s t e m s ! 6 J . F i g 6 . 1 s h O \ v s t h a t m a c h i n e o p c t " a t i o n \ \ a s n o t e f f e c t e d b y t h e m o m e n t a r y o r \ · o l t a g e d i p s \ > . . i t h i n t i m e 3 s e c o n d . 6 . 2 C o n c l u s i o n I n t h i s t h e s i s i t h a s b e e n p r o p o s e d a n c \ v a p p r o a c h f o r r e d u c i n g w a s t e t h r o u g h a u t o m a t i o n . T h e c o r e i n n o v a t i o n w a s t r i g g e r e d t o r e d u c e a n e x c e s s i v e w a s t e g e n e r a t i o n d u e t o v o l t a g e v a r i a t i o n s o r s h o r t p e r i o d i n t e r r u p t i o n s . I t h a s b e e n u s e d m i c r o c o n t r o l l e r a n d o t h e r r e l a t e d c o m p o n e n t s t o p e r f o r m t h i s t a s k . T h i s d e \ i c e c a n b e a p p l i e d t o a n y a p p l i c a t i o n t h a t n e e d s t o o p e r a t e s a f e l y d u r i n g p r e d e f i n e t i m e a n d v o l t a g e l e v e l s . T h e p r a c t i c a l r e s u l t s o b t a i n e d f r o m t h e a p p l i c a t i o n s h o w s t h a t i t h a s n o e f f e c t t o t h e m o t o r a n d h a v e a b e n e f i t t o t h e o r g a n i z a t i o n . T h e d e v i c e w a s b u i l t & i n t e g r a t e d w i t h t h e m a c h i n e c o n t r o l l e r t o d e m o n s t r a t e t h e c o n c e p t . T h e s y s t e m \ v a s b u i l t u p v v i t h v e r y f e w p r e - m a d e c o m p o n e n t s i n a n a t t e m p t t o b e t t e r u n d e r s t a n d t h e t e c h n o l o g y l i m i t s . c o s t a n d c o n d i t i o n s o f b u i l d i n g t h e c o n t r o l l e r . I n d o i n g s o i t h a s b e e n n o t i c e d t h e d i f f i c u l t i e s o f t h e s y s t e m o p e r a t i o n w i t h t h e n u m b e r o f f e a t u r e s a n d c o m p o n e n t s i n t h e p o l l u t e d p o w e r e m i r o n m e n t . T h e r e f o r e t h e p r o b a b i l i t y o f t h e s y s t e m w o r k i n g c o r r e c t l y . b e i n g t h e p r o d u c t o f a l l i t s p a r t s p r o b a b i l i t i e s o f v i o r k i n g p r o p e r l y . T h e n e \ \ d e v i c e w a s b u i l t c o n s i d e r i n g a l l t h e p o s s i b l e p o w e r p o l l u t i o n c a u s e s t h a t c o u l d b e e f f e c t e d t o p r o p e r o p e r a t i o n o f t h e d e v i c e a n d m i t i g a t i o n a c t i o n s \ V e r e t a k e n d u r i n g t h e d e s i g n s t a g e a n d \ v h i l e t e s t i n g . 5 1 ! ' h e d e v e l o p e d m i c r o c o n t r o l l e d b a s e c o n t r o l l e d c a n b e s e t t o o p e r a t e a t d i f f e r e n t t i m e s p a n s . T h e c o n t r o l l e r t i m i n g w a s s e t a t 3 s e c o n d s m a x i m u m f o r t h e w e a v i n g l o o m s . A c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s c o l l e c t e d d u r i n g o n e m o n t h p e r i o d a p p r o x i m a t e l y 5 0 % o f \ o l t a g e p r o b l e m s c a n b e c a t e g o r i z e d a s s h o r t p e r i o d i n t e r r u p t i o n s o r v o l t a g e d i p s . T h e r e f o r e p r o d u c t i o n w a s t e d u e t o t h i s r e a s o n c o u l d b e r e c o v e r e d b y d o i n g s m a l l m o d i f i c a t i o n a t l m v c o s t . : \ c c o r d i n g t o t h e F i g 5 . l i n c h e a p e r 5 w a s t e d u e t o t h e v o l t a g e p r o b l e m s w a s 1 2 ° / ( l . T h e r e s u l t s w e r e b a s e d o n a v e r a g e w a s t e f i g u r e s t a k e n d u r i n g a p e r i o d o f o n e y e a r . A f t e r i n s t a l l i n g t h i s n e w c o n t r o l l c L I t c o u l d b e r e d u c e d a p p r o x i m a t e l y u p t o 6 % . I t i s e q u i v a l e n t t o 2 2 3 2 k g p e r y e a r o f p r o d u c t s a v i n g a n d 4 5 6 h o u r s p e r y e a r o f l o s s t i m e s a v i n g . I n t e r m s o f f i n a n c i a l t e r m s a n n u a l s a v i n g w o u l d b e a p p r o x i m a t e l y R s 2 3 A m i l l i o n . A n o t h e r a d v a n t a g e i s r e j e c t i o n o f t h e b a t c h e s d u e t o h i g h n u m b e r o f j o i n t s c o u l d b e m i n i m i z e d a n d a s a r e s u l t o f c u s t o m e r c o m p l a i n s a n d r e p r o c e s s i n g \ V i l l b e r e d u c e d . 5 2 R e f e r e n c e s : i l l P r o g r a m m i n g t h e P I C m i c r o c o n t r o l l e r w i t h M B a s i c - C h a p t e r 4 . \ . : ' I \ \ ' e h s i t e , bm;: 1 j\\\~JJlLC:D)_<~_gip_._cmn/nit:_1_0[]2:- r t o p c t g e s 1 6 t o 1 1 f m d r 1 8 1 L ; G 5 V - 2 'i\1~ F C C O r d e r i n g I n f o r m a t i o n - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~-~~~---~~··-·· I ~ontact f o r m C o n t a c t t y p e C o n t a c t m a t e r i a l c r J t ; l u : : ; u , t . : ro••··~F' U P U r B 1 f l n c a : n c l c r o s s b a r A g ~ A t J - A I I o y a d d t l 1 e r a t c l J c o 1 l v o l t a g \ ; t o t i l e r n o d c l n u m i : H ; r l . ? _ V [ 2 ( : M o d e l N u m b e r L e g e n d G 5 V _ I _ . i _ - 1 V D C 2 3 1 . C o n t a c t F o r m 2 : D P D T S p e c i f i c a t i o n s - - - - • C o i l R a t i n g s S t a n d a r d M o d e l s R a t e d c o 1 l voltan~ 2 . C l a s s i f i c a t i o n \ 1 1 . \ l i y h - S C f l S I 1 1 V i l ) ' 3 . R a t e d C o i l V o l t a g e 3 5 , G , 9 . 1 2 , 2 4 , 4 8 V D C R a t e d v o l t a g e R a t e d c u r r e n t ~-VDC _ _ ~2~_DC _ _ _ _ j 6 :'_~c; _ _ _ _ 0 : 1 0_~- ~~~ V D C _ 2 4 V l J C l48\i~- 1 6 6 7 r ' 1 A 1 0 0 m t - \ ' 8 3 3 r n A 5 5 6 m A 4 1 7 m A 2 0 8 m A i 2 m A - - - - + - - - T h _ _ ~-·--~J162~1---tl288il_ 1 1 5 2 _ _ _ 140()_9~ C o i l r e s i s t a n c e c o i i i _ n _ d ~~hncC -TA~~tu~~-~~F ~~)~-- v_~ -~~~-0~- M u s t o p e r a t e v o l t a g e M u s t r e l e a s e v o l t a g e ~~x. v_o~age P o w e r c o n s u m p t i o n 1 8 u u ! Q i 6 0 3 i 0 i l 1 9 8 7 2 3 j _ l l _ i 2 - r o . 1 9 . 0 4 9 - 1 o 7 4 - - 2 6 3 _ - _ 1 0 0 0 r n a x o f r a : e c v o l t a g e r ' 1 r n o ' r · a . t e d v u l t a g o 1 2 0 " r 1 f r a t e c l v o l : a g e ; - 1 ! 2 3 C - - - - - - A·,:~prox : : , o o r 1 l f V N o t e : 1 . 1 h e rate(~ r : L i r r e n t : t n c ! c o i l r(:srs~e~ncc; ; : , r c ) r n 0 3 3 u r e l l a t a c a r l t e m p e r n t L H C o f ? 2 . C w r t h :~ · o : l : r c m c c o ' ' ± 1 0 ' \ 2 . 0 f W t < r : m g d 1 d r a c t n r r s ' r c s a r e t ; J c a s u r c : d a t a c o • l t e m p e r a : u r e n f 2 3 · c 3 . 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M a x i m u m C o i l V o l t a g e G 5 V - 2 0 " ' 0 0 > A m h r P r i l tcrnpRr c < : h A O U T P U T y ! i < O r d e r N u m b e r L M 1 0 1 A H , L M 1 0 1 A H / 8 8 3 ' . 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L M 1 0 1 A / L M 2 0 1 A L M 3 0 1 A S u p p l y V o l t a g e _ - 2 2 V t 1 8 V D i ' f e r E ' n l t a l I n p u t V o l t a g e · 3 0 V · 3 0 V I n p u t V o l t a g e ( N o t e 1 ) 1 5 V ' 1 5 V O u t p u t S i l c r t C i r c u i t D u r a t t o n ( N o t e : 0 ) C o n t i n u o u s C o n t i n u o u s O p o r a t 1 n g A m b i < e n t T e m p . R a n g e c 5 C t o 1 2 5 C ( l . 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