close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

курсовая (5)

код для вставкиСкачать
ВСТУП
Однією з необхідних умов комфортного перебування у приміщенні є правильні кліматичні умови, які повинні відповідати певним стандартам. В наш час підтримувати такі умови просто у зв'язку з тим, що існують системи клімат-контролю.
Система клімат-контролю - це система пристроїв, які використовуються не лише для вимірювання кліматичних умов, а і для їх самостійного корегування. Ще одна задача системи клімат-контролю полягає в економії енергії на підтримку клімату.
Загалом системи клімат-контролю використовуються в автомобілях, домашніх приміщеннях та офісах. Вони здатні впливати на такі параметри повітряного середовища в приміщенні: температура, вологість, концентрація шкідливих речовин та мікроорганізмів, рівень кисню і вуглекислого газу та швидкість руху повітря. Керування мікрокліматом може виконуватися за допомогою таких інженерних систем, як теплі поли, іонізатори, радіатори, системи кондиціонування і вентиляції, іонізатори, зволожувачі і осушувачі повітря. Для комплексного керування кліматом є необхідність забезпечення злагодженого керування цими пристроями для уникнення конкуренції роботи інженерних систем в межах одного приміщення.
Головним блоком системи клімат-конролю є блок керування. Він складається з мікроконтролера або мікропроцесора, датчиків, пульту управління та індикації. Проектування цього блоку має пряме відношення до комп'ютерної схемотехніки і тому дану роботу можна вважати закріпленням отриманих знань.
1. ЗАГАЛЬНИЙ ОПИС СИСТЕМИ КЛІМАТ-КОНТРОЛЮ ДЛЯ ОФІСНОГО ПРИМІЩЕННЯ
Курсова робота передбачає розробку системи автоматичного клімат-контролю для офісного приміщення, що підтримуватиме рівень вологості, тиску та температури в нормі. Також слід передбачити спеціальні апаратні кнопки або команди, за допомогою яких можна вимкнути дану систему. Під час ситуації, коли параметри не відповідають заданій нормі, система повинна привести їх в потрібний стан і запам'ятати кількість спрацювань датчиків та їх показники. Варіант передбачає використання 14-ти датчиків в одноповерховому приміщенні, яке складається з трьох кімнат. Схема розміщення представлена на рис.1. Рис.1. Схема розміщення датчиків в приміщенні
Умовні позначення на рис.1:
- датчик вологості
- датчик температури
- датчик тиску 2. РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ТА ОПИС ЇЇ РОБОТИ
Аналізуючи систему, можна скласти структурну схему, яка в зрозумілому вигляді відображає основні елементи.
Рис.2. Структурна схема
На структурній схемі, рис. 2, зображено принцип роботи клімат-контролю офісного приміщення. У ньому застосовані різного роду аналогові датчики. Сигнали з датчиків надходять на вбудований в мікроконтролер АЦП. Мікроконтролер керує сигналами, що надходять на перетворювачі кодів для виведення показників на LED-дисплей. Також в схемі присутня спеціальна комбінація логічних елементів для перемикання LED-дисплею кожні 2с для послідовного виведення показників вологості, температури та тиску.
3. ВИБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ ДЛЯ РЕАЛІЗАЦІЇ СХЕМИ КЛІМАТ-КОНТРОЛЮ
3.1. Аналоговий датчик температури ТС1047А
Датчик - поняття в системах управління, первинний перетворювач, елемент вимірювального, сигнального, регулюючого або керуючого пристрою системи, що перетворює контрольовану величину в зручний для використання сигнал.
Датчики температури розділяються на види за типом дії на: терморезистивні, напівпровідникові, термоелектричні, пірометри, акустичні та п'єзоелектричні.
Терморезистивні термодатчики засновані на принципі зміни електричного опору (напівпровідника або провідника) при зміні температури. Розроблено вони були вперше для океанографічних досліджень . Основним елементом є терморезистор - елемент змінює свій опір залежно від температури навколишнього середовища .
Залежно від матеріалів що використовуються для виробництва терморезистивних датчиків розрізняють :
- Резистивні детектори температури ( РДТ ). - Крем'яні резистивні датчики. - Термістори. Термоелектричні перетворювачі - термопари. Вони діють за принципом термоелектричного ефекту , тобто завдяки тому , що в будь-якому замкнутому контурі (з двох різнорідних напівпровідників або провідників) виникне електричний струм у разі, якщо місця спаїв відрізняються по температурі. Один кінець термопари (робочий ) занурений в середу, а інший - ні. Таким чином, виходить , що термопари це відносні датчики і вихідна напруга буде залежати від різниці температур двох частин. І майже не залежатиме від абсолютних їх значень. Діапазон вимірюваних з їх допомогою температур , від -200 до 2200 градусів і прямо залежить від використовуваних в них матеріалів. Пірометри - безконтактні датчики , які реєструють випромінювання від нагрітих тіл. Основною перевагою пірометрів (на відміну від попередніх температурних датчиків) є відсутність необхідності поміщати датчик безпосередньо в контрольоване середовище . У результаті такого занурення часто відбувається спотворення досліджуваного температурного поля, не кажучи вже про зниження стабільності характеристик самого датчика. Розрізняють три види пірометрів :
- Флуоресцентні - Інтерферометричні - Датчики на основі розчинів , що міняють колір при температурному впливі. Акустичні термодатчики - використовуються переважно для вимірювання середніх і високих температур. Акустичний датчик побудований на принципі того, що залежно від зміни температури змінюється швидкість поширення звуку в газах. Складається з випромінювача і приймача акустичних хвиль. Випромінювач випускає сигнал, який проходить через досліджувану середу, залежно від температури швидкість сигналу змінюється і приймач після отримання сигналу рахує цю швидкість.
У п'єзоелектричних датчиках головним елементів є кварцовий п'єзорезонатор.
Для розробки системи клімат-контролю було обрано напівпровідниковий датчик. Напівпровідникові датчики реєструють зміну характеристик PN переходу під впливом температури. В якості термодатчиків можуть бути використані будь-які діоди або біполярні транзистори . Пропорційна залежність напруги на транзисторах від абсолютної температур дає можливість реалізувати досить точний датчик.
ТС1047А - аналоговий датчик, що працює з напругою 8..16В, струмом <50 мА та видає показники в діапазоні - 50...+100 С. Похибка між показниками двох датчиків - 0,5С. УГП та призначення виводів наведено на рис. 3 та в табл. 1.
Рис. 3. УГП ТС1047А
Табл. 1. Призначення виводів
SOСигналПризначення01GNDЗагальний вивід02VoutВихідна напруга03VccВивід живлення
3.2. Ємнісний датчик вологості HS1101LF
Для вимірювання відносної вологості повітря найбільш доступні кілька типів датчиків: психрометричні, аспіраційні, ємнісні та резистивні.
Останнім часом широкого поширення набули ємнісні і резистивні датчики вологості. Ці датчики поставляються з вбудованими перетворювачами в стандартні уніфіковані сигнали 0 - 10 В , 4 - 20 мА , RS485 , завдяки чому вони легко інтегруються в будь-яку вимірювальну систему. Ще одна обов'язкова умова стабільної роботи цих датчиків - наявність пилового фільтру чутливого елемента. Датчики з виходом RS485, як правило , мають і вбудований датчик температури.
Ємнісні і резистивні датчики часто застосовують в так званій "офісної" вентиляції , де відносна вологість коливається в діапазоні від 30 до 70 % , при цьому випадання точки роси виключено. Найкраще ці типи датчиків застосовувати для вимірювання відносної вологості і температури зовнішнього повітря , помістивши датчик в тіні під козирок. В умовах високої вологості повітря вимірювання рекомендується проводити за допомогою психрометричний датчиків, що складаються з двох підібраних мідних або платинових термоперетворювачів опору, один з яких "мокрий" з'єднаний фітелем з ємністю з дистильованою водою.
У точках з перемінним або слабким потоком повітря слід застосовувати аспіраційний датчик вологості, тобто психрометричний датчик, до складу якого входить додатковий електричний вентилятор, що створює нормований потік повітря на мокрому термометрі .
На сьогоднішній день аспіраційний датчик, завдяки своїй конструкції , є найбільш точним датчиком (похибка вимірювання - 1% ) для вимірювання високої відносної вологості повітря.
HS1101LF - ємнісний датчик вологості повітря, що працює з напругою 2.7...5.5В при температурі -40...85°C. Похибка вимірювання складає ±3%. Працює в діапазоні 0...100% RH. УГП та призначення виводів наведено на рис. 4 та в табл. 2.
Рис.4. УГП HS1101LF
Табл.2. Призначення виводів
SOСигналПризначення01VoutВихідна напруга02VccВивід живлення
3.3. Аналоговий датчик тиску PA3020
Да́тчик ти́ску (вимі́рювальний перетво́рювач ти́ску) - пристрій, що дозволяє отримувати і дистанційно передавати сигнал, що відповідає вимірюваному тиску.
Прилади, що поєднують у собі датчик тиску та засіб відображення значення тиску і призначені для вимірювання надлишкового тиску називаються манометрами, або напоромірами, для вимірювання вакуумметричного тиску (нижче атмосферного, розрідження) - вакуумметрами або тягомірами, для одночасного вимірювання надлишкового і вакуумметричного тиску - мановакуумметрами або тягонапорометрами.
Манометри виконують функцію локального контролю і у більшості випадків через відсутність дистанційного доступу до їх показів (за виключенням манометрів з уніфікованим вихідним електричним сигналом) не можуть використовуватись у сучасних засобах автоматизації. Ця функція покладається на вимірювальні перетворювачі тиску.
Ці прилади класифікуються за видом тиску, що вимірюється і типом вихідного сигналу. Вимірювальні перетворювачі тиску розрізняються також, по одиницях вимірювання та за низкою основних технічних характеристик.
За принципом роботи чи способом перетворення вимірюваного тиску у вихідний сигнал датчики тиску поділяються на:
* деформаційні (деформаційні переміщення пружного чутливого елемента (мембрани, сильфони, трубка Бурдона) трансформуються за посередництвом проміжних механізмів і перетворювачів в електричний чи електромагнітний сигнал);
* електричні (вимірюваний тиск, впливаючи на чутливий елемент, змінює його власні електричні параметри: електричний опір, електричну ємність або електричний заряд, котрі стають мірою цього тиску).
В останні роки набули поширення і інші принципи створення вимірювальних перетворювачів тиску: волоконно-оптичні, гальваномагнітні, об'ємного стиску, акустичні, дифузійні та ін.
За видом вимірюваного тиску датчики тиску поділяються на:
* перетворювачі абсолютного тиску;
* перетворювачі надлишкового тиску;
* перетворювачі вакуумметричного тиску;
* перетворювачі надлишкового/вакуумметричного тисків;
* перетворювачі різниці тисків;
* перетворювачі гідростатичного тиску.
За видом вихідного сигналу датчики тиску поділяються на:
* аналогові (вимірюваний тиск перетворюється в аналоговий уніфікований пневматичний чи електричний сигнал);
* цифрові.
Основні діючі датчики тиску належать до аналогових з уніфікованим струмовим сигналом 0...5, 0...20 або 4...20 мА. Останніми роками спостерігається перехід до цифрових датчиків тиску (у тому числі поширення набуває цифровий протокол HART). Бурхливо розвивається системна інтеграція перетворювачів тиску з використанням окремих різновидностей промислових мереж (Modbus, Profibus та ін.). При цьому використовується цифровий протокол обміну інформацією між давачем тиску та системою керування, що суттєво спрощує взаємозамінність приладів різних виробників.
У промисловій практиці вимірювання тисків поширення набули деформаційні прилади з пружним чутливим елементом. У цих приладах тиск визначається за деформацією пружних чутливих елементів або за зусиллям, що вони створюють, котрі перетворюються передавальними механізмами в кутове чи лінійне переміщення вказівника на шкалі приладу. За видом пружного чутливого елемента пружинні прилади поділяються на такі види:
* прилади з трубчастою пружиною (трубкою Бурдона);
* мембранні прилади;
* сильфонні прилади.
В електричних датчиках тиску вимірюваний тиск, здійснюючи вплив на чутливий елемент, змінює його власні електричні параметри: електричний опір, електричну ємність чи електричний заряд, котрі стають мірою цього тиску. Основна маса датчиків тиску реалізовані за одним із трьох принципів:
* ємнісні - використовують пружний чутливий елемент у вигляді конденсатора із змінним зазором за рахунок зміщення чи прогину під дією тиску рухомого електрода-мембрани відносно нерухомого електрода;
* п'єзоелектричні - базуються на залежності поляризованого заряду чи резонансної частоти п'єзокристала кварцу чи турмаліну під дією прикладеного до нього тиску;
* тензорезисторні - використовують залежність активного електричного опору провідника чи напівпровідника від ступеня його деформації.
PA 3020 - аналоговий датчик тиску, що працює в діапазоні 0...400 Бар. Його робоча напруга - 9,6...32 В, струм на аналоговому виході - 4...20 мА, похибка вимірювань - ±0,25 Бар. Може використовуватись при температурі зовнішнього середовища - -25... 80 С. УГП та призначення виводів наведено на рис. 5 та в табл. 3.
Рис.5. УГП PA 3020
Табл.3. Призначення виводів
SOСигналПризначення01VoutВихідна напруга02VccВивід живлення
3.4. Мікроконтролер C8051F996
Мікроконтролер або однокристальна мікроЕОМ - це виконана у вигляді мікросхеми спеціалізована мікропроцесорна система, що включає мікропроцесор, блоки пам'яті для збереження коду програмі даних, порти вводу-виводу і блоки зі спеціальними функціями (лічильники, компаратори, АЦП та інші).
Використовується для керування електронними пристроями. По суті, це однокристальний комп'ютер, здатний виконувати прості завдання. Використання однієї мікросхеми значно знижує розміри, енергоспоживання і вартість пристроїв, побудованих на базі мікроконтролерів.
C8051F996, рис.6, - програмований мікроконтролер, що має вбудований АЦП, який робить його зручним в роботі з аналоговими датчиками різних видів. Розрядність цього АЦП сягає 12 біт, а розрядність шини даних самого мікроконтролера - 8 біт. Розмір ОЗУ обмежений 512 байтами, а пам'ять, виділена для програм сягає 512 Кб. Слід також зазначити, що в C8051F996 використовується пам'ять типу Flash. Максимальна частота процесора серії C8051 - 7кГц. Призначення виводів наведено в табл. 4.
Рис.6. УГП C8051F996
Табл.4. Призначення виводів
Номер виводаПозначенняПризначення9RSTВхід установки в стан "логічного 0"10P2.7Тактовий вхід1-8, 11-25P0.1-P2.6Двонапрямлені лінії вводу-виводу
3.5. Генератор тактових імпульсів CD4047BPWR
Генератор тактової частоти (генератор тактових імпульсів) генерує електричні імпульси заданої частоти (зазвичай прямокутної форми) для синхронізації різних процесів в цифрових пристроях - ЕОМ, електронних годинниках і таймерах, в мікропроцесорній та іншій цифровій техніці. Тактові імпульси часто використовуються як еталонна частота - рахуючи їх кількість, можна, наприклад, вимірювати часові інтервали.
В мікропроцесорній техніці один тактовий імпульс, як правило, відповідає одній базовій операції. Обробка однієї інструкції може проводитися за один або кілька тактів роботи мікропроцесора, в залежності від архітектури і типу інструкції. Частота тактових імпульсів визначає швидкість обчислень.
В залежності від складності пристрою, використовують різні типи генераторів.
У нескладних конструкціях, не критичних до стабільності тактового генератора, часто використовується послідовне включення декількох інверторів через RC-компоненти. Частота коливань залежить від номіналів резистора і конденсатора. Основний мінус даної конструкції - низька стабільність. Плюс - гранична простота.
Ква́рцовий генера́тор - генератор змінної напруги, стабілізуючим елементом частоти якого є кварцовий резонатор чи п'єзоелемент. Відзначається високою температурною і тривалою стабільністю, низьким рівнем фазових шумів.
Генератори можуть вироблятися як з синусоїдальним вихідним сигналом, так і з сигналом прямокутної форми, сумісним за логічним рівнем з одним зі стандартів (TTL, CMOS, LVCMOS, LVDS та інші). Генератор потребує відповідності напруги джерела живлення.
У кращих генераторів спектральна щільність потужності фазових шумів може бути меньше -100 дБн/Гц при відхиленні 1 Гц і меньше -150 дБн/Гц при відхиленні 1 кГц від вихідної частоти 10 МГц.
Наявність і тип термостабілізації:
* термокомпенсовані (TCXO)
* термостатовані (OCXO, DOCXO)
* Можливість зміни частоти:
* фіксованої частоти
* частота керується напругою (VCXO)
* частота керується цифровим кодом (NCXO)
Для одержання високої добротності і стабільності резонатор розташовують у вакуумі і підтримують постійною його температуру.
Кварцові генератори використовують для виміру часу (кварцові годинники), в якості стандартів частоти; в цифровій техніці в якості тактових генераторів.
Мікросхема генерації являє собою спеціальну мікросхему, яка при підключенні до її входів кварцового резонатора буде видавати на інших виводах частоту, поділену або помножену на вхідну. Дане рішення використовується в годинниках, а також на старих материнських платах (де частоти шин були заздалегідь відомі, тільки внутрішня частота центрального процесора множилася коефіцієнтом множення).
Для побудови тактового генератора, не потрібна ніяка спеціальна мікросхема. Для побудови тактового генератора, який виробляє прямокутні імпульси, можна застосувати такі мікросхеми, як К155ЛА3 (містить чотири елементи 2І-НЕ), яка виконана за технологією ТТЛ або К555ЛА3 (SN74LS00), яка виконана за технологією ТТЛШ і збігається за виводами з мікросхемою К155ЛА3. А також К1533ЛА3 (SN74ALS00). Так само можна використовувати К155ЛН1 або К555ЛН1(SN74LS04). Крім мікросхеми буде потрібен кварцовий резонатор (частота на яку він розрахований і буде вихідною частотою генератора), а також кілька резисторів. Схеми даних генераторів настільки прості, що немає сенсу наводити їх тут, вони описані у всіх підручниках по електроніці. А надійність їх, незаперечна багаторічним застосуванням у всіх ЕОМ, ПЕОМ та інших конструкціях, таких як частотоміри, цифрові шкали, годинник і багато інших.
У сучасних материнських платах необхідно велика кількість різних частот, крім опорної частоти системної шини, які, по можливості, не повинні бути залежні один від одного. Хоча базова частота все ж формується кварцевим резонатором (частота - 14,3 МГц), вона необхідна лише для роботи самої мікросхеми. Вихідні ж частоти коригуються самою мікросхемою. Наприклад, частота системної шини може дорівнювати стандартним 33 МГц, AGP - 66 МГц і не залежить від частоти FSB процесора.
Якщо в електронній схемі необхідно розділити частоту на 2, використовують Т-тригер в режимі лічильника імпульсів. Відповідно, для збільшення дільника збільшують кількість лічильників (тригерів).
CD4047BPWR, рис.7, - генератор тактових імпульсів, що працює при напрузі 3В...18В, струмі 6.8 мА та з робочою температурою -55°C ...125°C. Призначення виводів наведено в табл. 5.
Рис.7. УГП Табл.5. Призначення виводів
Номер виводаПозначенняПризначення4,5ASTВхід Astable6,8TRВхід Trigger12RTRВхід Retrigger9RESВстановлення в "0"3RCВихід для підключення RC-кола10QБуферний вихід1CВихід для підключення RC-кола2RВихід для підключення RC-кола 3.6. Логічний елемент "Виключаюче АБО-НЕ" CD4D77BM
Логічний елемент - це електронний пристрій, що реалізує одну з логічних операцій, наприклад, суматор, тригер.
Логічні елементи являють собою електронні пристрої, у яких оброблювана інформація закодована у вигляді двійкових чисел, відображуваних напругою (сигналом) високого і низького рівня.
Термін "логічні" прийшов в електроніку з алгебри логіки, що оперує зі змінними величинами і їхніми функціями, що можуть приймати тільки два значення: "істинно" чи "хибно". Для позначення істинності чи хибності висловлювань використовують відповідно символи 1 чи 0. Кожна логічна змінна може приймати тільки одне значення: 1 чи 0. Ці двійкові змінні і функції від них називаються логічними змінними і логічними функціями. Пристрої, що реалізують логічні функції, називаються логічними або цифровими пристроями.
Мнемонічне правило еквівалентності з будь-якою кількістю входів звучить так: На виході буде:"1" тоді і тільки тоді, коли на вході діє парна кількість,"0" тоді і тільки тоді, коли на вході діє непарна кількість. УГП та таблицю істинності наведено на рис. 8 та в табл. 2.
Рис.8. УГП CD4D77BM
Табл.6. Таблиця істинності елемента CD4D77BM
3.7. Дешифратор CD4543BPWR
Дешифратор - функціональний вузол комп'ютера, призначений для перетворення кожної комбінації вхідного двійкового коду в керуючий сигнал лише на одному із "m" виходів. Цей сигнал називається активним.
Якщо дешифратор має n входів і m=2n - виходів, то такий дешифратор є повним. Якщо число виходів менше 2n, то дешифратор називають неповним.
В комп'ютерах дешифратори використовують для виконання таких операцій:
* дешифрації коду операції, записаного в регістр команд процесора, що забезпечує вибір потрібної мікропрограми;
* перетворення коду адреси операнда в команді в керуючі сигнали вибору заданої комірки пам'яті в процесі записування або читання інформації;
* забезпечення візуалізації на зовнішніх пристроях;
* реалізації логічних операцій та побудови мультиплексорів і демультиплексорів.
CD4543BPWR - семирозрядний дешифратор, розроблений в основному для роботи з семисегментними LCD-дисплеями. УГП та призначення виводів наведено на рис. 9 та в табл. 4.
Рис.9. УГП CD4543BPWR
Таблиця 4. Призначення виводів CD4543BPWR
СигналПризначенняA-DВходи двійково-десятичного кодуa-gВиходи на індикаторBL, PHВходи дозволуLDКерування засувкою 3.8. Елемент індикації на світлодіодах HG1VI321DPRCS
Семисегментний індикатор, рис.10, - пристрій відображення цифрової інформації. Це найбільш проста реалізація індикатора, який може відображати арабські цифри. Для відображення букв використовуються більш складні багатосегментні і матричні індикатори.
Рис.10. Семисегментний індикатор з десятковою комою
Семисегментний індикатор складається з семи елементів індикації (сегментів), які вмикаються і вимикаються окремо. Включаючи їх у різних комбінаціях , з них можна скласти спрощені зображення арабських цифр. Часто семисегментні індикатори роблять у курсивном накресленні. Цифри 6, 7 і 9 мають по два різні представлення на семисегментному індикаторі. Сегменти позначаються буквами від A до G. Восьмий сегмент - десяткова крапка ( decimal point , DP), призначена для відображення дрібних чисел.
У сучасних індикаторах світлодіоди виготовляють у формі сегментів, тому світлодіодні індикатори мають гранично просту, уніфіковану форму : чим менше різних світлодіодів, тим дешевше пристрій. У рідкокристалічних , газорозрядних , вакуумно- люмінесцентних та інших індикаторах дизайнери знаходять місце для варіації форми сегментів .
Більшість однорозрядних семисегментних індикаторів влаштовані на світлодіодах, хоча існують і альтернативи - лампи тліючого розряду, електровакуумні індикатори, лампи розжарювання, рідкі кристали і т. д. Іноді все ще застосовуються механічні індикатори , або блінкерні індикатори, які перемикаються за допомогою електромагнітів .
У звичайному світлодіодному індикаторі дев'ять виводів : один іде до катодів всіх сегментів, а і інші вісім - до анода кожного з сегментів. Ця схема називається "схема з загальним катодом". Існують також схеми із загальним анодом. Часто роблять не один , а два загальних виводи на різних кінцях цоколя і це спрощує розводку, не збільшуючи габаритів.
Багаторозрядні індикатори часто працюють за динамічним принципом: виводи однойменних сегментів всіх розрядів з'єднані разом. Щоб виводити інформацію на такий індикатор , керуюча мікросхема повинна циклічно подавати струм на загальні виводи всіх розрядів, в той час як на виводи сегментів струм подається залежно від того, запалений даний сегмент в даному розряді чи ні. Таким чином, щоб отримати десятирозрядний екран мікрокалькулятора, потрібні всього вісімнадцять виводів (8 анодів і 10 катодів), а не 81. Існують спеціальні мікросхеми семисегментних дешифраторів, що переводять 4-бітних код у його семисегментний вигляд. Наприклад, вітчизняні (КР)514ИД1 для індикаторів з загальним катодом чи (КР)514ИД2 з загальним анодом. Іноді дешифратори вбудовують прямо в індикатор . В даний час, у зв'язку з широким розповсюдженням одно кристальних мікроконтролерів з GPIO, семисегментні світлодіодні індикатори підключаються безпосередньо до виводів мікроконтролера .
В даній схемі використовується трьохрозрядний індикатор HG1VI321DPRCS. УГП наведено на рис.11.
Рис.11. УГП HG1VI321DPRCS
4. ПРОГРАМА РОБОТИ МІКРОКОНТРОЛЕРА
4.1. Опис алгоритму роботи мікроконтролера
Датчик температури калібрування не вимагає. Можна не калібрувати і датчик вологості , поклавшись на гарантований виробником невеликий розкид його параметрів. Однак для підвищення точності вимірювання вологості калібрування датчика В1 і ЕЦП мікроконтролера таки бажана. Виконавши її, можна досягти показань приладу, що відрізняються від одержуваних за допомогою еталонного датчика вологості SHT15 не більше ніж на 1...2%. Калібрування виконують у два етапи. На першому калібрують ЕЦП мікроконтролера . Для цього датчик HS1101LF тимчасово замінюють звичайним конденсатором ємністю 150 пф ± 1%. У IDE відкривають проект Calibr.wsp ( передбачається використання описаних раніше Silicon Labs IDE і файлу C8051F98x.lNC ) . У файлі calibr.asm встановлюють точку зупину на рядку 19 , що містить інструкцію " sjmp $ -2 ". Досягнувши її в режимі налагодження , читають і записують на папері значення регістра CSOD мікроконтролера . На другому етапі калібрують датчик вологості , який слід повернути на плату . Зразковим вологоміром вимірюють значення вологості повітря і ще раз за допомогою відладчика читають значення в регістрі CSOD . Потім у веб- браузері відкривають прикладений до статті файл HS1101.html і заносять у відповідні вікна виміряні значення . Після натискання на екранну кнопку Compute на екрані з'являться обчислені значення CSO MIN і CSO_RANGE , які вписують у рядки 4 і 5 файлу основної програми humiS.asm . В кінці цього файлу поміщають обчислену комп'ютером таблицю table_HUMI (точніше , замінюють наявну там однойменну таблицю нової) . Після цього відкривають в IDE проект HumiS.wsp , компілюють його і завантажують отриманий код у мікроконтролер. На цьому налагодження закінчено . При заміні датчика вологості HS1101LF на найдешевший змін вносити не потрібно. Досить завантажити в мікроконтролер відповідну програму. Ємність датчика НСН -1000 пропорційна відносної вологості і змінюється в інтервалі вологості 10 ... 80 % приблизно від 300 до 360 пф - приблизно на стільки ж , як і ємність датчика HS1101LF . Залежність ємності датчика НСН -1000 від вологості практично лінійна з нормованим температурним коефіцієнтом . Це дозволяє програмі виконати потрібні обчислення , не вдаючись до табличного методу. У результаті аналізу довідкових даних і численних обчислювальних експериментів була отримана наступна формула
H=(((A-A0)·125+(T-T0)-136+256)>>9)+Н0, де А - код ЕЦП мікроконтролера; A0 - код ЕЦП при вологості Н0 і температурі Т0; Т - температура навколишнього повітря , ° С. Всі обчислення за цією формулою виконуються тільки з цілими числами, а результат - ціле число, відповідне відносної вологості повітря у відсотках. Якщо при низькій вологості результат виходить негативним, що неминуче через розкиду параметрів ЕЦП і датчиків , він приймається рівним нулю. Аналогічно, якщо при дуже великій вологості результат перевищує максимальне відображається на дворозрядне індикаторі значення 99, він округлюється до цього значення. Оскільки датчик НСН 1000 має досить великий розкид параметрів, для підвищення точності вимірювання вологості бажано провести калібрування приладу в одній точці характеристики датчика. Для цього у програмі встановлюють точку зупинки у рядку 464 програми (інструкція " mov A , CSODL " ), запускають програму, і після досягнення нею контрольної точки (це відбудеться приблизно через 10 с) читають значення в регістрі CSOD. Потім записують у відповідні вікна це значення, температуру, виміряну приладом, і вологість, виміряну зразковим вологоміром . Отримані після натискання на екранну кнопку Compute значення констант HUMLNOM, TEMP NOM і CSJMOM переписують у рядки 4-6 вихідного тексту програми мікроконтролера. Після її компіляції і завантаження в мікроконтролер прилад готовий до роботи.
4.2. Лістинг програми для калібрування датчика вологості HS1101LF мовою Assembler
$NOMOD51
$include (C8051F98x.inc) CSEG AT 0; interrupt vectors
ljmp Main ; reset
ORG0xB3
USING 0 ; specify register bank main: anl PCA0MD, #NOT(0x40) ; disable the WDT
movSP, #0x79; setup stack
acallPorts_Setup
acallClock_Setup
acallCS0_Setup
acallgetCDC;***************
sjmp$-2;***************
;-------------------PROCEDURES-------------------------------------------
Ports_Setup:
mov P0MDIN, #0xF1; analog input on P0[3:1] mov P0MDOUT, #0xF1; push-pull out on P0[0] and P0[7:4]
mov P1MDIN, #0xFF; digital I/O on P1
mov P1MDOUT, #0xBF; digital input out on P1.6
mov P0SKIP, #0xFF; CS input on P0.3
mov P1SKIP, #0xFF; I/O function on P1
mov XBR2, #0x40; enable XBar and weak pull-ups
movP0, #0x1E
movP1, #0x40; initialize port pins
ret
;-----------------------------------------------------------------------
Clock_Setup:
movSFRPAGE, #0xF; switch to SFR page 0xF
movPMU0MD, #0; enable POR supply monitor
movSFRPAGE, #0; switch to default SFT page
mov RSTSRC, #0x06; enable MCD and VDD monitor
anlOSCICN, #NOT(0x80); disable internal precision oscillator
movREG0CN, #0; disable precision oscillator bias
movOSCXCN, #0; disable external oscillator
movCLKSEL, #0x04; select LFO with 1:1 clock divider
orlFLSCL, #BYPASS; set the one-shot bypass bit
movA, CLKSEL; wait for the divider setting to be applied
anlA, #0x80
jz$-4
ret
;-----------------------------------------------------------------------
CS0_Setup:
movCS0CN, #0x80; enable Capacitive Sense module CS0
movCS0CF, #0x00; accumulate 1 sample
movCS0MD1, #0x00; gain = 1x
movCS0MD2, #0x28; set 12-bit resolution, 3 usec discharge ;movSFRPAGE, #0xF; swtich to SFR page 0xF;
movCS0MD3, #0x18; set ramp time;
movSFRPAGE, #0; switch to default SFR page
movCS0MX, #0x02; select channel P0.3
movCS0CN, #0x00; turn the module off
ret;
-----------------------------------------------------------------------
getCDC:
movCS0CN, #0x80; enable Capacitive Sense module CS0
nop
orlCS0CN, #0x10; start conversion
nop
nop
movA, CS0CN; poll BUSY flag
anlA, #0x10
jnz$-5 movCS0CN, #0x00; power-off CS0 module
ret
END
5. МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТИ СИСТЕМИ
На схемі електричній принциповій зображено принцип роботи клімат-контролю офісного приміщення. У ньому застосовані аналоговий датчик температури ТС1047А, ємнісний датчик вологості HS1101LF, аналоговий датчик тиску PA3020. Середнє споживання струму приладом не перевищує 0,8 мкА. Напруга U на виході датчика температури ТС1047А в мілівольтах пов'язано з температурою його підкладки Т в градусах Цельсія формулою U=10Т+500. Його вимірює АЦП мікроконтролера DD4, що працює від вбудованого джерела напруги Uобер = 1,65 В. Вихідний код АЦП пов'язаний з вихідною напругою датчика температури залежністю К=1023*(U/Uобер). Температуру в градусах Цельсія програма мікроконтролера визначає за формулою T=(165/1024)*K - 50. Заміна константи 1023 на 1024 не приводить до помітної похибки результату, однак дозволяє організувати в програмі швидкий поділ, використовуючи операції зсуву. Датчик ТС1047А калібрується виготовлювачем і є досить точним приладом для вимірювання температури з похибкою не більше десятих часток градуса. Ніякого налаштування та калібрування в процесі експлуатації він не вимагає і забезпечує високу надійність показників. Для згладжування шуму квантування, що приводить до "мерехтінню" молодшого розряду результату вимірювання, в програмі передбачений цифровий фільтр, який обчислює змінне середнє значення великого числа відліків температури. Експериментально виміряний час виходу датчика температури на робочий режим - близько 5 мс. На цей час мікроконтролер занурюється в режим глибокого "сну". Оскільки датчик споживає струм приблизно 30 мкА, програма подає на нього напругу живлення тільки на час вимірювання. Зчитування та обробка показань датчика вологості HS1101LF (В1) складніше. Він не містить ніяких електронних вузлів і фактично являє собою конденсатор, ємність якого залежить від відносної вологості повітря. Залежність ця нелінійна і виражається поліномом третього ступеня, наведеним в довідкових даних датчика. При відносній вологості від 30 до 80 % вона досить близька до лінійної. В схемі підібрана і використана в програмі лінійна апроксимація цієї залежності з похибкою ± 1 % вологості. Програма мікроконтролера, призначена для роботи в приладі з датчиком HS1101LF, містить адаптовану для мікроконтролерів сімейства С8051 таблицю, по якій і обчислюється вологість. Для цього потрібно знати ємність датчика при вологості 55 %. Завдяки тому що вона відкалібрована виробником, різні екземпляри датчиків можна використовувати без додаткового калібрування .
Зазвичай поточне значення ємності датчика визначають, включивши його в ланцюг генератор і вимірюючи частоту імпульсів. Однак при використанні мікроконтролера серії C8051F99x можна застосувати для цієї мети вбудований в нього аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) . Хоча він призначений в першу чергу для обробки сигналів від ємнісних датчиків дотику, але придатний і для вимірювання малих значень ємності. При вологості повітря 10...90 % ємність датчика HS1101LF змінюється від 160 до 190 пФ . Максимальна ємність, яку можна виміряти вбудованим ЕЦП при рівному одиниці коефіцієнті посилення вхідного підсилювача, - близько 500 пФ. Дискретність виміру ємності 12-ти розрядним перетворювачем виходить близько 500/4096=0,12 пФ . Таким чином, на можливий інтервал зміни ємності датчика доводиться 245 значень вихідного коду перетворювача. Цього цілком достатньо, щоб розпізнати 81 значення вологості в зазначеному вище інтервалі. Алгоритм роботи блоку АЦП подібний застосовуваним в перетворювачах напруги методу порозрядного врівноваження. Тактова частота АЦП задана його власним генератором, працюючим незалежно від інших генераторів мікроконтролера. Передбачено можливість її програмної перебудови. Експерименти показали, що обчислення одного розряду коду займає близько 10 мкс , а перед визначенням значення наступного розряду для надійності результату необхідна пауза не менше 3 мкс. Весь процес перетворення ємності датчика в цифровий код триває приблизно 180 мкс. Напруга живлення надходить на АЦП від вбудованого в мікроконтроллер стабілізатора, який під час "сну" мікроконтролера вимикається . Тому на час роботи АЦП мікроконтролер перекладається не в режим "сну" Sleep, а в режим Suspend з автоматичним " пробудженням " після закінчення виміру. Як і в першому варіанті , прилад автоматично вимикається в темряві. Перевірка освітленості і раніше відбувається кожні 8,5 хв на світлі й кожні 2 с в темряві. Однак у цьому приладі напруга фотодіода VD1 подана не на компаратор, а на АЦП мікроконтролера. Виміряні значення вологості, температури і тиску виводяться на єдиний дисплей трьохрозрядного дисплею по черзі, змінюючись з періодом 2 с. У правому розряді індикатора відображається символ градуса, якщо виведено значення температури, або літера Н (від Humidity ), якщо це значення вологості у відсотках. Елементами цього розряд керує блок керуванням дисплею, а двох лівих розрядів - перетворювачі коду. Періодичну зміну полярності забезпечує генератор тактових імпульсів.
ВИСНОВКИ
Виконуючи дану роботу, була спроектована система клімат-контролю офісного приміщення. Об'єднуючою ланкою між датчиками, пристроями вводу-виводу слугує мікроконтролер, вибір якого є оптимальним варіантом для вирішення поставленого завдання. Для кожної кімнати була розроблена своя система. Це означає, що потрібно придбати чотири мікроконтролера і виконати аналогічні дії для побудови систем. Завдання передбачало підключення до мікроконтролера різного роду апаратних засобів для системи індикації, принципи роботи яких в ході виконання курсової роботи були розглянуті більш детально. Оскільки системи клімат-контролю на даний час є актуальними, дана робота надала загальне практичне представлення про даний тип систем. А це дає можливість майбутнього застосування в сферах бізнес-діяльності та ІТ-технологій.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. Матеріали з сайту www.compel.ru
2. Матеріали з сайту www.chipfind.ru
3. Матеріали з сайту www.easyelectronics.ru
4. Матеріали з сайту www.radiolocman.com
5. Матеріали з сайту www.meas-spec.com
6. Матеріали з сайту www.wikipedia.org
7. Матеріали з сайту www.radioelectronika.ru
2
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
245
Размер файла
605 Кб
Теги
лабораторная работа, лаба, курсовая, лабораторная
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа