Управление отоплением в помещении общественного узла

Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА КОНТРОЛЛЕРА. 5
2. ДАТЧИКИ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ КОНТРОЛЛЕРА. 8
2.1. Расчет цифрового тракта 8
2.2 Расчет требований, выдвигаемых к АЦП 10
2.2. Принцип действия 12
2.3. Состав исполнительных органов. 14
3. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА КОНТРОЛЛЕРА. 15
3.1 Выбор микроконтроллера 15
3.2 Выбор АЦП 17
3.3 Интегральный стабилизатор напряжения 21
3.4 Микросхема FT232R 22
3.5 Выбор датчиков температуры 23
4. ОБОСНОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ СХЕМЫ КОНТРОЛЛЕРА. 27
5. АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ. 29
6. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЛЕРА. 33
7. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И ТЕХНОЛОГИЯ ОТЛАДКИ 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 57

Например, при подаче на вход АЦП напряжения 2,6 В, в регистрах R0R1 после преобразования будет находиться код .Анализируя таблицу, делаем вывод, что диапазон изменения кода в регистрах R0R1 (десятичный эквивалент) соответствует диапазону изменения параметру. То есть, если Температура в камере составляет 456 0С, то после преобразования в регистрах R0R1 будет находиться число . Соответствие параметровИзмеряемый параметрТемператураДиапазон измерения параметра0...60, OCДиапазон изменения выходного напряжения датчика0...5, ВДиапазон изменения напряжения на входе АЦП0...5, ВДиапазон изменения кода на выходе АЦП0...5000Коэффициент деления100Диапазон изменения кода в регистрах R0R1 (десятичный эквивалент)0...50Теперь необходимо написать подпрограммы деления двухбайтовых чисел на 100, 5, 50, 10. Проанализировав данные коэффициенты, приходим к выводу, что достаточно использования всего лишь двух подпрограмм – деления на 10 и умножения на 2, так как:,,.Подпрограмма умножения на 2 организуется арифметическим сдвигом двухбайтового числа на один бит влево:UMNOGENIE2:CLRC;MOVA,R1RLCAMOVR1,A;MOVA,R0RLCAMOVR0,ARETПодпрограмму деления на 10 организуем по принципу деления тетрад байтов на 10 с последующим учетом остатков от деления. Подпрограмма деления на 10 имеет следующий вид:DELENIE10:MOVA,R0ANLA,#1111000bSWAPAMOVB,#10DIVABSWAPAXCHA,R0;SWAPAANLA,#1111000bORLA,BSWAPAMOVB,#10DIVABORLA,R0MOVR0,A;MOVA,R1ANLA,#1111000bORLA,BSWAPAMOVB,#10DIVABSWAPAXCHA,R1;SWAPAANLA,#1111000bORLA,BSWAPAMOVB,#10DIVABORLA,R1MOVR1,ARETКомбинируя последние две подпрограммы, мы можем получить необходимые коэффициенты деления.После того, как данные преобразованы, их необходимо разместить в ОЗУ:MOV60H,R0MOV61H,R1Теперь составим блок, который сравнивает результат измерения с эталонным значением и выдает необходимые сигналы на линии управления. Если измеряемая величина больше эталонной, то на выходе вырабатывается один импульс, а если меньше – то два.Для удобства зададим имена необходимым нам битам порта P1:TEMPEQUP1.4TEMP2EQUP1.5TEMP3EQUP1.6TEMP4EQUP1.7Также перед основной программой вставим блок сброса указанных битов порта:CLRTEMPCLR TEMP2CLRTEMP3CLRTEMP4Опишем блок, необходимый для управления температурой.Перед выполнением блока необходимо записать в R5R4 измеренную величину, а в R3R2 – эталонную.Очистим флаг переноса перед первой командой вычитания:CLRCБлок вычитания младших битов:MOV A,R4SUBB A,R2MOVB,AВ регистре B записана разность младших бит.Блок вычитания старших битов:MOVA,R5SUBBA,R3Если флаг переноса установлен, то измеренная величина меньше эталонной – подаем соответствующий сигнал. Если флаг переноса не установлен и в аккумуляторе находится не нуль, то измеряемая величина больше эталонной – подаем соответствующий сигнал. Если флаг переноса не установлен и в аккумуляторе находится нуль, то измеряемая величина равна эталонной – не подаем никакой сигнал. Тогда;JCMETKA11ORLA,BJZMETKA12;SETBTEMPCLRTEMP;LJMPMETKA12:;METKA11:SETBTEMPCLRTEMPSETBTEMPCLRTEMPMETKA12:;Аналогичным образом составляются блоки для управления оставшимися величинами.Для корректного вывода информации на индикаторы необходимо составить подпрограмму преобразования 16-битного двоичного числа в двоично-десятичное число. При составлении данной подпрограммы будем использовать написанную выше подпрограмму DELENIE10.Перед началом выполнения подпрограммы необходимо разместить в регистрах R5R4 16-разрядное двоичное число, а также указать в регистре R0 адрес начала буфера для сохранения результата.DECIAT:Сначала сбрасываем счетчик количества значащих цифр:MOVR1,#00000000BТеперь необходимо провести деление на десять до тех пор, пока частное от деления больше нуля. Таким образом, мы определим количество значащих цифр. Остаток от деления (регистр B) будем загружать в стек:DECIAT1:LCALL DELENIE10PUSH BINCR1MOVA,R5ORLA,R4JNZDECIAT1Загрузим в B полученное значение количества значащих цифр:MOVB,R1Теперь необходимо последовательно выгрузить из стека цифры и разместить их в отведенном для них буфере памяти:DECIAT2:POPACCMOV@R0,AINCR0DJNZB,DECIAT2RETНапишем программный блок, который будет показывать текущую температуру на индикаторе, и выдавать сигнал, указывающий на то, что это показания именно температуры:LCDT:CLRAMOVA,71HSWAPAMOVR1,70HADDA,R1MOVP2,AMOVP3,72HSETB P4.4Теперь необходимо организовать задержку на различные интервалы.Задержка на 50 мс:DEL50M:MOVR1,#98DEL501:MOVR2,#255DEL502:DJNZR2,DEL502DJNZR1,DEL501RETЗадержка на 10 с:DEL10C:MOVR3,#199DEL101:LCALLDEL50MDJNZR3,DEL101RETЗадержка на 10 мин:DEL10M:MOVR4,#60DEL101M:LCALLDEL10CDJNZR4,DEL101MRETТеперь, после написания всех подпрограмм, напишем основную программу, которая будет управлять процессом обжига:;KOMFORTPROGORG 0000HJMP BEGINBEGIN:CSTEQUP1.0CLKEQUP1.1DOUT EQUP1.2DINEQUP1.3TEMPEQUP1.4TEMP2EQUP1.5TEMP3EQUP1.6TEMP4EQUP1.7;STARTUS:;CLRTEMPCLR TEMP2CLRTEMP3CLRTEMP4;MOV 68H,#00000000bMOV 69H,#00011001bMOV 6AH,#00000001bMOV 6BH,#11110100bMOV 6CH,#00000000bMOV 6DH,#00110010bMOV 6EH,#00000000bMOV 6FH,#11111010b;;;LCALL PREOBR1;LCALL DELENIE10LCALL DELENIE10;MOV60H,R0MOV61H,R1;MOVR5,60HMOVR4,61HMOVR3,68HMOVR2,69H;;CLRCMOV A,R4SUBB A,R2MOV B,AMOV A,R5SUBB A,R3;JCMETKA11ORLA,BJZMETKA12;SETB TEMPCLR TEMP;LJMP METKA12;METKA11:SETB TEMPCLR TEMPSETB TEMPCLR TEMPMETKA12:;;LCALL PREOBR2;LCALL DELENIE10LCALL UMNOGENIE2;MOV62H,R0MOV63H,R1;MOVR5,62HMOVR4,63HMOVR3,6AHMOVR2,6BH;CLR CMOV A,R4SUBB A,R2MOV B,AMOV A,R5SUBB A,R3;JCMETKA21ORLA,BJZMETKA22;SETB TEMP2CLRTEMP2;LJMP METKA22;METKA21:SETB TEMP2CLRTEMP2SETB TEMP2CLRTEMP2METKA22:;LCALL PREOBR3;LCALL DELENIE10LCALL DELENIE10LCALL UMNOGENIE2;MOV64H,R0MOV65H,R1;MOVR5,64HMOVR4,65HMOVR3,6CHMOVR2,6DH;CLRCMOV A,R4SUBB A,R2MOV B,AMOV A,R5SUBB A,R3;JCMETKA31ORLA,BJZMETKA32;SETBTEMP3CLRTEMP3;LJMP METKA32;METKA31:SETB TEMP3CLRTEMP3SETB TEMP3CLRTEMP3METKA32:;;LCALL PREOBR4;LCALL DELENIE10;MOV66H,R0MOV67H,R1;MOVR5,66HMOVR4,67HMOVR3,6EHMOVR2,6FH;CLRCMOV A,R4SUBB A,R2MOV B,AMOV A,R5SUBB A,R3;JCMETKA41ORLA,BJZMETKA42;SETB TEMP4CLRTEMP4;LJMP METKA42;METKA41:SETB TEMP4CLRTEMP4SETB TEMP4CLRTEMP4METKA42:;MOVR0,60HMOVR1,61HMOV70H,#00000000bMOV71H,#00000000bMOV72H,#00000000bMOV73H,#00000000bMOVR6,70H;LCALL DECIAT1;MOVR0,62HMOVR1,63HMOV74H,#00000000bMOV75H,#00000000bMOV76H,#00000000bMOV77H,#00000000bMOVR6,74H;LCALL DECIAT2;MOVR0,64HMOVR1,65HMOV78H,#00000000bMOV79H,#00000000bMOV7AH,#00000000bMOV7BH,#00000000bMOVR6,78H;LCALL DECIAT3;MOVR0,66HMOVR1,67HMOV7CH,#00000000bMOV7DH,#00000000bMOV7EH,#00000000bMOV7FH,#00000000bMOVR6,7CH;LCALL DECIAT4;LCALLLCDTLCALLDEL10C;LCALLLCDOLCALLDEL10C;LCALLLCDVLCALLDEL10C;LCALLLCDDLCALLDEL10C;LCALLDEL10M;JMPSTARTUS;7. Технические средства и технология отладкиAVRStudio – это интегрированная отладочная среда разработки приложений для 8-разрядных RISC – микроконтроллеров семейств AVR (Tiny, Classic, Mega). Версия AVRStudio 4 объединяет средства управления проектами, текстовый редактор, Ассемблер и отладчик программ на языках Си и Ассемблер. Таким образом, AVRStudio 4 поддерживает проектировщика на стадиях разработки, отладки и верификации программного обеспечения. Кроме того, AVRStudio 4 поддерживает аппаратную платформу STK500, которая позволяет программировать все устройства AVR, и внутрисхемные эмуляторы ICE40, ICE50, ICE200, JTAGICE.Так, использование интегрированной среды проектирования AVR Studio, свободно распространяемой, дает возможность не только разрабатывать, но и отлаживать создаваемое программное обеспечение с помощью встроенного симулятора.Наконец, подключив к AVR Studio 4 стартовый набор разработчика STK500, можно проверить созданную программу непосредственно в целевом микроконтроллере, а подключив через разъем расширения дополнительные устройства, - и в составе системы. Попутно отметим сравнительно невысокую стоимость STK500, что немаловажно для учебных заведений.AVR Studio состоит из нескольких панелей и модулей, каждый из которых выполняет часть общей задачи. Создание программ в среде AVR Studio происходит в виде проектов, каждый из которых имеет файл, сохраняющий информацию о проекте и входящих в него файлах, установки Ассемблера, пользовательские настройки и т. д.Описание: Atmel Studio 6 позволяет осуществлять разработку и отладку на платформах AVR, AVR32 и ARM, поддерживает большое количество средств программирования и отладки для этих платформ, содержит встроенный компилятор С/С++ (GNU GCC).Рисунок 7.1 – Внешний вид программы AVRStudioРедактор служит для написания программного кода, он полнофункционален, имеет подсветку синтаксиса, которая может быть изменена и дополнена пользователем. Окно редактора также используется при отладке, при этом точки возможного программного останова могут быть размещены на левой границе поля.Рабочее пространство разделено на несколько областей, расположение и комбинации которых можно изменять. Основная часть рабочего пространства отведена для написания кода, а все остальные элементы для отображения состояния микроконтроллера в режиме пошаговой отладки. Таким образом, пока не будет запущена пошаговая отладка, эти элементы не активны.Наиболее важными и полезными рабочими областями являются: «Processor», «I/OView», «Memory». Рабочая область Processor отображает указатель команд, указатель вершины стека, частоту процессора, регистр SREG, а также 32 РОН во вкладке Registers. Регистры X, Y, Z, входящие в число 32-х регистров общего назначения, для удобства вынесены отдельно. Параметр StopWatch отображает время после включение питания контроллера (в данном случае это начало пошаговой отладки). С его помощью можно быстро определить сколько времени занимает та или иная команда, цикл и т.д.Рисунок 7.2 - Рабочая область ProcessorРабочая область I/OView отображает состояние всех регистров, отвечающих за управление периферийными устройствами контроллера. По каждому из устройств можно получить подробную информацию, если раскрыть соответствующую вкладку. Для примера рассмотрим вкладку TIMER_COUNTER_1 (вкладка была открыта во время пошаговой отладки).Рисунок 7.3 - Информация о периферийных устройствах микроконтроллераПри раскрытии списка TIMER_COUNTER_1 отображаются все регистры, имеющие отношению к данному таймеру, их адреса (относительные и абсолютные) и значения (в шестнадцатеричном и побитовом представлении). Значения этих регистров доступны для изменения во время отладки программы. Рисунок 7.4 - Состояние таймера TIMER_COUNTER_1Рабочая область Memoryотображает содержимое памяти контроллера. На рисунке показано, что можно выбрать память данных (Data), память программ (Program)б EEPROM, регистров ввода/вывода (I/O), остальных регистров (Register).В графе Address можно ввести адрес интересуемого сегмента памяти в шестнадцатеричном виде, чтобы быстро перейти к отображению его содержимого, что является весьма удобным средством при отладке программ.Рисунок 7.5 - Окно MemoryДалее рассмотрим некоторые функции, представленные на панели управления.Рисунок 7.6 - Панель управления1 – соединиться со стендом (в данном случае, STK500) через указанный COM-порт;2 – запуск программатора;3 – запуск компиляции приложения;4 – сборка приложения и запуск пошаговой отладки;5 – запуск работы приложения;6 – останов исполняемой программы;7 – исполнение программы до контрольной точки;– пауза в исполнении программы.ЗаключениеВ рамках аналитического и проектного разделов было проведено знакомство с объектом разработки, систематизация сведений по рассматриваемой тематике.Результатом дипломного проекта является устройство измерения температуры и управления отоплением в помещении общественного санузла. Спроектированное устройство позволяет контролировать температуру до 4-х помещений и по указанному алгоритму управлять работой отопительных приборов. При необходимости устройство может быть легко модернизировано в систему контроля и управления различными параметрами в соответствии с типом подключаемых датчиков.В ходе выполнения дипломного проекта были проанализированы существующие системы управления, выявлены их достоинства и недостатки.Разработана структурная и принципиальная схемы устройства, а также произведена разработка программного обеспечения.В проекте рассмотрены все стадии разработки электронного устройства от разработки структурной схемы до проектирования печатной платы, сборочного чертежа и программного обеспечения. Разработанная система автоматизации соответствует всем требованиям технического задания.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВБаскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высшая школа, 1988. – 448 с.Гребнев, В.В. Однокристальные микроЭВМ семейства AT89 фирмы Atmel / В.В. Гребнев. – СПб.: FineStreet, 1998.Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR–микроконтроллеров.: Пер. с нем.– Киев.: «МК-Пресс», 2006. – 208с.; ил.Датчик температуры и влажности. Режим доступа: http://www.actidata.ru/equipment/monitoring/sensatronics/sensors/datchiki-vlazhnosti-i-temperaturyМногоканальный измеритель температуры мит-12. режим доступа: http://www.omsketalon.ru/?action=mit_12Датчики температуры. Режим доступа: http://www.sensor.ru/articles/299/element_1110.htmlСанитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.1.3.2630 – 10Кестер У. Аналогово-цифровое преобразование: Под ред. У. Кестера М.: Техносфера, 2007. 1016 с.; ил.Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналогово-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Выпуск 1 – М. ДОДЭКА, 1996 г., 384 с.Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств.– М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.–528 с.Компания Агросенсор. Режим доступа: http://www.agrosensor.ru/LM317. 1.2V to 37V voltage regulator. datasheet.– stmicroelectronics, 1998.Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / П. П. Мальцев и др. – М.: Радио и связь, 1994. –240 с.Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. Издание второе, исправленное и дополненное – М. ДОДЭКА, 1998 г., 400 с.Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2007.– 592 с.: ил.Хемминг Р. В. Цифровые фильтры. –М.: Недра, 1987. – 221 с.