Разработка микропроцессорной системы слежения атмосферного давления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, СХЕМА ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ, СХЕМА ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ, СИСТЕМА СЛЕЖЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ.

Объектом исследования данной курсовой работы является микропроцессорная система слежения атмосферного давления.

Цель работы состоит в том, чтобы с помощью данной системы можно было с легкостью следить за уровнем атмосферного давления.

К полученным результатам относятся разработка принципиальной электрической схемы, алгоритма управления и фрагменты управления на языке Assembler.

Содержание

Введение

1 Нормативные ссылки

2 Описание объекта управления

3 Описание МПУУ

4 Оборудование

5 Разработка принципиальной схемы МПУУ

6 Кодирование информации

7 Разработка ПО МПУУ

7.1Алгоритм управления

Заключение

Список использованных источников

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Введение

Микроконтроллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) -- микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять относительно простые задачи.

В современной жизни микроконтроллеры применяются во всех сферах жизни, начиная от микроволновки и заканчивая сложными системами управления. Конечно, по сравнению с первыми моделями, во много раз увеличилась производительность, появились дополнительные возможности (например, подключение внешней памяти), количество размещаемой на кристалле периферии стало столько, что при разработке несложных проектов, достаточно иметь сам микроконтроллер, сделать "обвязку", подключить источник питания и можно сказать, что устройство готово.

В первую очередь использование микроконтроллера это возможность гибкого и сложного управления объектами. Один микроконтроллер способен заменить огромное количество альтернативных средств достижения поставленной цели в управлении. Примером управления системой может быть система слежения атмосферного давления. Наличие контроллера ATmega, а также специального оборудования позволяет тщательно следить за технологическим процессом. С помощью микропроцессорной системы мы можем с легкостью следить за уровнем атмосферного давления.

1 Нормативные ссылки

В настоящей курсовой работе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 21.101-97 СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации.

ГОСТ 21.408-93 СПДС. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов.

ГОСТ 26.011-80 «Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные».

ГОСТ 26.013-81 «Средства измерения и автоматизации. Сигналы электрические с дискретным изменением параметров входные и выходные».

ГОСТ 34.201-89 «Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем».

ГОСТ 34.601-90 «Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания».

ГОСТ 34.602-89 Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы.

2 Описание объекта управления

Целью курсовой работы является разработка микропроцессорной системы слежения атмосферного давления.

Атмосферное давление - давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и земную поверхность. Атмосферное давление создается гравитационным притяжение воздуха к Земле. Атмосферное давление измеряется барометром. Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм, называется нормальным атмосферным давлением.

Измерение давления необходимо для управления технологическими процессами и обеспечения безопасности производства. Кроме того, этот параметр используется при косвенных измерениях других технологических параметров: уровня, расхода, температуры, плотности и т. д. В системе СИ за единицу давления принят паскаль (Па).

Регулирование давления происходит с помощью опроса датчиков и отображения показателей на семисегментных индикаторах. Если происходит отклонение давления от заданного значения, то начинает мигать светодиот и установка выключается.

3 Описание МПУУ

Прежде чем перейти к перечню оборудования для МПУУ, необходимо определить требования к разрабатываемой микропроцессорной системе, чтобы на их основе определить, каким образом будет решаться поставленная задача:

- измерение текущего времени;

- ввод с клавиатуры значений атмосферного давления;

- индикация текущего времени и давления;

- индикация величины отклонения от заданного значения;

- сравнение результатов с заданным значением;

- задание требуемой величины атмосферного давления;

В основе микропроцессорной системы лежит 8-разрядный микроконтроллер ATmega128. Также в состав системы входят два светодиода, которые сигнализируют об отклонении заданного значения атмосферного давления, и два кнопочных нажимных выключателя, отвечающих за включение и отключение установки. Также в состав системы входят датчик давления BMP 180. В качестве устройства отображения данных применяются семисегментные индикаторы.

Рисунок 1 - Структурная схема МПУ

4 Оборудование

4.1 Семисегментные индикаторы

В качестве устройства вывода используются 3 семисегментных индикатора типа CC04-41SRWA, представленные на рисунке 2.

Рисунок 2 - Внешний вид индикатора

Таблица 1 - Технические характеристики индикатора

Параметр	Значение
Длина волны, нм	640
Минимальная сила света, мКд	8
Максимальная сила света, мКд	18
Количество сегментов, шт	7
Максимальное прямое напряжение, В	2,5
Максимальное обратное напряжение, В	5
Максимальный прямой ток, мА	30

4.2 Аналоговый датчик давления BMP 180

В данной работе используется датчик давления BMP 180, представленный на рисунке 3.



Рисунок 3 - Внешний вид датчика давления

Таблица 2 - Технические характеристики датчика давления BMP 180

Параметр	Значение
Максимальная точность, Па	2
Высота, см	17
Рабочий диапазон, ГПа	300…1100
U пит, В	1,8…3,6
I пит, мкА	91

Датчик BMP180 обеспечивает измерение давления в диапазоне 300-1100 гПа с точностью 0,02 гПа. В качестве чувствительного элемента используется пьезо-резистивный преобразователь, который обладает высокой точностью, стабильностью и надежностью. Аналоговый сигнал от чувствительного элемента преобразуется в цифровой код с помощью встроенного АЦП и затем передается в контроллер пользователя через интерфейс I2C. В датчике имеется встроенный цифровой термометр. Результаты измерения температуры можно получить также через интерфейс I2C.

4.3 Контроллер ATmega 128

В данной работе используется микроконтроллер ATmega128, представленный на рисунке 4.

Рисунок 4 - Внешний вид контроллера

К числу особенностей микроконтроллера относятся:

- FLASH-память программ объемом 128 Кбайт (число циклов стирания/записи не менее 1000);

- оперативная память (статическое ОЗУ) объемом 4 Кбайт;

- память данных на основе ЭСППЗУ (EEPROM) объемом 4 Кбайт (число циклов стирания/записи не менее 100000);

- возможность защиты от чтения и модификации памяти программ и данных;

- возможность программирования непосредственно в системе через последовательные интерфейсы SPI и JTAG;

- возможность самопрограммирования;

- возможность внутрисхемной отладки в соответствии со стандартом IEEE 1149.1 (JTAG);

- различные способы синхронизации: встроенный RC-генератор с внутренней или внешней времязадающей RC-цепочкой или с внешним резонатором;

- внешний сигнал синхронизации;

- наличие нескольких режимов пониженного энергопотребления;

- наличие детектора снижения напряжения питания;

- возможность программного снижения частоты тактового генератора.

Характеристики процессора:

- полностью статическая архитектура; минимальная тактовая частота равна нулю;

- АЛУ подключено непосредственно к регистрам общего назначения;

- большинство команд выполняется за один машинный цикл;

- многоуровневая система прерываний; поддержка очереди прерываний;

- наличие программного стека;

- наличие аппаратного умножителя.

Характеристики подсистемы ввода/вывода:

- программное конфигурирование и выбор портов ввода/вывода;

- выводы могут быть запрограммированы как входные или как выходные независимо друг от друга;

- входные буферы с триггером Шмидта на всех выводах;

- возможность подключения ко всем входам внутренних подтягивающих резисторов;

Периферийные устройства:

- 8-разрядные таймеры/счетчики (таймеры Т0 и Т2);

- 16-разрядные таймеры/счетчики (таймеры Т1 и Т3);

- сторожевой таймер WDT;

- генераторы сигнала с ШИМ разрядностью 8 бит (один из режимов работы 8-разрядных таймеров/счетчиков Т0 и Т2);

- одно- двух- и трехканальные генераторы сигнала с ШИМ регулируемой разрядности (один из режимов работы 16-разрядных таймеров/счетчиков Т1 и Т3);

- аналоговый компаратор;

- многоканальный 10-разрядный АЦП, как с несимметричными, так и с дифференциальными входами;

- полнодуплексный универсальный синхронный/асинхронный приемопередатчик (USART);

- последовательный синхронный интерфейс SPI;

- последовательный двухпроводный интерфейс TWI.

4.4 Светодиоды

В данной работе используются светодиоды типа 32Ж40-К4-П2, показанные на рисунке 5.

Рисунок 5 - Внешний вид светодиода

Для отображения обычно используют светодиоды.

В системе имеется два светодиода 32Ж40-К4-П2, имеющих следующие характеристики:

- цвет свечения - красный;

- длина волны - 625 нм;

- максимальная сила света - 100 мКд;

- видимый телесный угол - 40 град;

- максимальное прямое напряжение - 12 В;

- рабочая температура - от минус 60 до 85 °С.

4.5 Кнопки типа B170G

В данной работе используются кнопки типа B170G, показанные на рисунке 6.

Рисунок 6 - Внешний вид кнопки

В системе используется 2 кнопки типа B170G, имеющих следующие характеристики:

- фиксации нет;

- сопротивление изолятора - не менее 100 МОм;

- сопротивление контактов - не более 0,05 Ом;

- рабочее напряжение - 30 В;

- предельное напряжение - 250В переменного тока в течение 1 мин;

- рабочий ток 0,1 А.

5 Разработка принципиальной схемы МПУУ

При создании микропроцессорной системы слежения атмосферного давления потребовались следующие элементы:

- токоограничительные резисторы R1 - R8, R10 - R11, R14 - R17;

- подтягивающие резисторы;

- возвратные кнопки S1, S2;

- светодиоды VD1 - VD2;

- семисегментные индикаторы с десятичной точкой HG1 - HG3;

- блок питания +5 В.

Вид принципиальной электрической схемы МПС, разработан в программе sPlan.

При оформлении схем по микропроцессорной системе руководствовались стандартами ГОСТ 2.701, ГОСТ 2.708, ГОСТ 2.721, ГОСТ 2.728, ГОСТ 2.730, ГОСТ 2.741, ГОСТ 2.743.

6 Кодирование информации

В таблице 3 указано, какие элементы, и устройства системы подключены к портам микроконтроллера и указаны обозначения этих портов. Так, из таблицы видно, что датчик давления подключен к порту F к битам PF0. Светодиоды подключены к порту А к битам РА0-РА1. Кнопки подключены также к порту А к битам РА3 и РА4. Линии данных семисегментных индикаторов подключены к порту Е.

Таблица 3 - Кодирование информации

Элемент	Обозначение на схеме	Порт	Бит порта
Светодиод	VD1	A	PA0
	VD2	A	PA1
Датчик давления	BMP 180	F	PF0
Семисегментный индикатор	HG1	E	PE0-PE7
	HG2	E	PE0-PE7
	HG3	E	PE0-PE7
Кнопка включения	S1	A	PA3
Кнопка выключения	S2	A	PA4

7 Разработка ПО МПУУ

7.1 Алгоритм управления

Рисунок 7 - Алгоритм работы устройства

Микропроцессорная система слежения атмосферного давления работает в цикличном режиме. При включении клавиши S1 срабатывает запуск системы и загорается светодиод VD1. С аналогового датчика давления BMP 180 данные поступают на контроллер ATmega 128. После обработки показаний датчика, информация высвечивается уже в цифровой форме на семисегментных индикаторах. Если показания датчика давления имеют отклонения с определенным параметром значений, заданным в контроллере, происходит мигание светодиода VD2 и система выключается. Таймер, установленный в контроллере, в течение заданного времени отображает показания датчика давления.

Если достаточно одного измерения, то можно воспользоваться кнопкой остановки контроля.

На рисунке 7 представлен алгоритм работы системы.

Заключение

В данной курсовой работе проводилась разработка микропроцессорной системы слежения атмосферного давления на основе микроконтроллера ATmega128. В результате разработки МПУУ были реализованы следующие функции:

- ввод с клавиатуры заданных значений атмосферного давления;

- измерение текущего времени;

- индикация текущего времени и давления;

- индикация величины отклонения от заданного значения;

- задание требуемой величины атмосферного давления;

Произведен выбор компонентов устройства, приведены их основные характеристики. Разработана принципиальная электрическая схема, алгоритм управления и фрагменты управления системой на языке Assembler.

микроконтроллер давление датчик

Список использованных источников

1. Honeywell - Департамент бытовой автоматики. URL: http://www.honeywell-ec.ru (дата обращения 6.11.2014 г).

2. Лабораторный практикум «Архитектура, программирование и применение 8-ми разрядных микроконтроллеров семейства ATMEL ATmega, 2012. - 89 с.

3. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (РОССТАНДАРТ). URL: http:// www.gost.ru (дата обращения 8.11.2014 г).

4. Клюев А.С., Глазов Б. В., Дубровский А. Х., Клюев А. А. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат,2013. - 464 с.

5. Васильев А.Е. Микроконтроллеры. Разработка встраиваемых приложений. - СПб.: БХВ-Петербург, 2012. - 304 с.

Приложение А

Подпрограмма включения светодиода (VD1) при запуске системы

;настройка линии светодиода на выход

ldi r16,(1<<PА0) ;устанавливаем бит PA0 порта DDRE в 1

out DDRE,r16

;Основная программа

programm:

cbi PORTА,PА0 ;записав в бит PА0 порта PORTА 0 включаем ;светодиод

ret

На рисунке А.1 представлен алгоритм подпрограммы включения светодиода (VD1) при запуске системы:

Рисунок А.1 - Алгоритм работы подпрограммы включения светодиода

Приложение Б

Подпрограмма задержки для клавиатуры

del_key:

ldi deley,5

_del_key1:

dec deley

brne _del_key1

ret

На рисунке Б.1 представлен алгоритм подпрограммы задержки для клавиатуры:

Рисунок Б.1 - Алгоритм работы подпрограммы задержки для клавиатуры

Приложение B

Подпрограмма перекодировки значения в семисегментный код

_rd_tbl:

ldi ZH,High(seg_table*2) ;загpужаем указатель на таблицу

ldi ZL,Low(seg_table*2)

add ZL,temp ;вычисляем адpес

lpm ;читаем байт в r0

out seg,r0 ;включаем нужные сегменты

ret

На рисунке B.1 представлен алгоритм перекодировки значения в семисегментный код:

Рисунок B.1 - Алгоритм работы подпрограммы перекодировки значения в семисегментный код

Размещено на Allbest.ru