Датчики и микроконтроллеры

Датчик  нижнего уровня (DL) сигнализирует  о том, что резервуар пуст, если сигнал DL=0. Датчики верхнего уровня (DH) сигнализируют о том, что резервуар  заполнен, если сигнал DH=0. На каждой трубе  имеется кран, приводимый в движение электромагнитом. Кран будет открыт, если на электромагнит подать сигнал управления низкого уровня (Kn=0, n–номер крана). Если сработает датчик нижнего уровня, то соответствующий выпускной кран должен быть закрыт.

Датчик  температуры (DT) использует термосопротивление, величина которого зависит от температуры. Датчик проградуирован так, что при температуре 10 С0 он выдает 0,1 В, а при температуре 200 С0 – 2,0В.

После включения нагревателя устройство должно поддерживать температуру в  диапазоне от Тмин до Тмакс. В исходном состоянии резервуары пуст, все краны закрыты, нагреватель и двигатель выключены.

Технологический цикл должен начинаться после нажатия  кнопки «Пуск». По завершении цикла  подать звуковой сигнал частотой 1 – 2 кГц длительностью 2 с.

 

2 Программное обеспечение

 

2.1 Алгоритм функционирования

 

Открыть кран К1 на 30 с.

Открыть кран К2 до заполнения резервуара. Р

Запустить электродвигатель на 5 мин. Одновременно включить нагреватель.

Выключить нагреватель. Слить жидкость из Р.

Открыть кран К3 до заполнения Р водой.

Включить  двигатель и перемешивать в течение 3 мин.

Слить воду.

Цикл  завершен.

Даны  значения Тмин=85, Тмакс=90. Режим работы светодиодных цифровых индикаторов  – динамический.174-184

Алгоритм  функционирования робота представлен  на Рисунке 5.

 

Описание  алгоритма:

Рисунок 5. Блок схема алгоритма

2.2 Описание программы

 

Функция setup () главная функция.

Функция loop() обрабатывает сообщение старта и запускает цикл.

Инициализируем  порты

pinMode(5, INPUT); //dh – на ввод. Датчик высокого уровня

pinMode(6, INPUT); //dl - на ввод. Датчик низкого уровня

pinMode(7, INPUT); //start на ввод кнопка «START»

pinMode(8, OUTPUT); //k1 на вывод, кран К1

pinMode(9, OUTPUT); //k2 на вывод, кран К2

pinMode(10, OUTPUT); //k3 на вывод, кран К3

pinMode(12, OUTPUT); //ten на вывод для нагревательного элемента

pinMode(13, OUTPUT); //dvig на вывод для управления двигателем

pinMode(3, OUTPUT); //tone на вывод спикера

Открыть кран К1 на 30 с.

Открыть кран К2 до заполнения резервуара. Р

Запустить электродвигатель на 5 мин. Одновременно включить нагреватель.

Выключить нагреватель. Слить жидкость из Р.

Открыть кран К3 до заполнения Р водой.

Включить  двигатель и перемешивать в течение 3 мин.

Слить воду.

Цикл  завершен.

Даны  значения Тмин=85, Тмакс=90. Режим работы светодиодных цифровых индикаторов  – динамический.174-184

 

2.3 Технология подготовки и отладки  ПО

 

Разработка  программы для микроконтроллера производилась в среде Среда  разработки Arduino

 

Рисунок 6 . среда разработки Arduino 0021

 

Среда разработки Arduino состоит из встроенного текстового редактора программного кода, области сообщений, окна вывода текста(консоли), панели инструментов с кнопками часто используемых команд и нескольких меню. Для загрузки программ и связи среда разработки подключается к аппаратной части Arduino. Программа, написанная в среде Arduino, называется скетч. Скетч пишется в текстовом редакторе, имеющем инструменты вырезки/вставки, поиска/замены текста. Во время сохранения и экспорта проекта в области сообщений появляются пояснения, также могут отображаться возникшие ошибки. Окно вывода текста(консоль) показывает сообщения Arduino, включающие полные отчеты об ошибках и другую информацию. Кнопки панели инструментов позволяют проверить и записать программу, создать, открыть и сохранить скетч, открыть мониторинг последовательной шины:

 

Verify/Compile

Проверка  программного кода на ошибки, компиляция.

 

Stop

Остановка мониторинга последовательной шины(Serial monitor) или затемнение других кнопок.

 

New

Создание  нового скетча.

Open

Открытие  меню доступа ко всем скетчам в  блокноте. Открывается нажатием в  текущем окне.

 

Примечание: из-за наличия ошибки в Java данное меню не может прокручиваться; при необходимости открыть скетч из этого списка проследуйте в меню File | Sketchbook.

 

Save

Сохранение  скетча.

Upload to I/O Board

Компилирует программный код и загружает  его в устройство Arduino. Описание загрузки приведено ниже.

Serial Monitor

Открытие  мониторинга последовательной шины (Serial monitor).

Дополнительные  команды сгруппированы в пять меню: File, Edit, Sketch, Tools, Help. Доступность меню определяется работой, выполняемой в данный момент.

 

Edit

Copy for Discourse

Копирует  в буфер обмена подходящий для  размещения на форуме код скетча с  выделением синтаксиса.

Copy as HTML

Копирует  код скетча в буфер обмена как HTML код, для размещения на веб-страницах.

 

Sketch

Verify/Compile

Проверка  скетча на ошибки.

Import Library

Добавляет библиотеку в текущий скетч, вставляя директиву #include в код скетча. Подробная информация в описании библиотек ниже (Libraries).

Show Sketch Folder

Открывает папку, содержащую файл скетча, на рабочем  столе.

Add File...

Добавляет файл в скетч (файл будет скопирован из текущего места расположения). Новый  файл появляется в новой закладке в окне скетча. Файл может быть удален из скетча при помощи меню закладок.

Tools

Auto Format

Данная  опция оптимизирует код, например, выстраивает  в одну линию по вертикали открывающую и закрывающую скобки и помещает между ними утверждение.

Board

Выбор используемой платформы. Список с описанием  платформ приводится ниже.

Serial Port

Меню  содержит список последовательных устройств  передачи данных (реальных и виртуальных) на компьютере. Список обновляется  автоматически каждый раз при  открытии меню Tools.

Burn Bootloader

Пункты  данного меню позволяют записать Загрузчик (Bootloader) в микроконтроллер на платформе Arduino. Данное действие не требуется в текущей работе с Arduino, но пригодится, если имеется новый ATmega (без загрузчика). Перед записью рекомендуется проверить правильность выбора платформы из меню. При использовании AVR ISP необходимо выбрать соответствующий программатору порт из меню Serial Port.

Блокнот (Sketchbook)

Средой  Arduino используется принцип блокнота: стандартное место для хранения программ (скетчей). Скетчи из блокнота открываются через меню File > Sketchbook или кнопкой Open на панели инструментов. При первом запуске программы Arduino автоматически создается директория для блокнота. Расположение блокнота меняется через диалоговое окно Preferences.

Закладки, Файлы и Компиляция

Позволяют работать с несколькими файлами  скетчей (каждый открывается в отдельной  закладке). Файлы кода могут быть стандартными Arduino (без расширения), файлами С (расширение *.с), файлами С++ (*.срр) или головными файлами (.h).

Загрузка  скетча в Arduino

Перед загрузкой скетча требуется задать необходимые параметры в меню Tools > Board и Tools > Serial Port. Платформы описываются далее по тексту. В ОС Mac последовательный порт может обозначаться как dev/tty.usbserial-1B1 (для платы USB) или /dev/tty.USA19QW1b1P1.1 (для платы последовательной шины, подключенной через адаптер Keyspan USB-to-Serial). В ОС Windows порты могут обозначаться как COM1 или COM2 (для платы последовательной шины) или COM4, COM5, COM7 и выше (для платы USB). Определение порта USB производится в поле Последовательной шины USB Диспетчера устройств Windows. В ОС Linux порты могут обозначаться как /dev/ttyUSB0, /dev/ttyUSB1.После выбора порта и платформы необходимо нажать кнопку загрузки на панели инструментов или выбрать пункт меню File > Upload to I/O Board. Современные платформы Arduino перезагружаются автоматически перед загрузкой. На старых платформах необходимо нажать кнопку перезагрузки. На большинстве плат во время процесса будут мигать светодиоды RX и TX. Среда разработки Arduino выведет сообщение об окончании загрузки или об ошибках.При загрузке скетча используется Загрузчик (Bootloader) Arduino, небольшая программа, загружаемая в микроконтроллер на плате. Она позволяет загружать программный код без использования дополнительных аппаратных средств. Загрузчик (Bootloader) активен в течении нескольких секунд при перезагрузке платформы и при загрузке любого из скетчей в микроконтроллер. Работа Загрузчика (Bootloader) распознается по миганию светодиода (13 пин) (напр.: при перезагрузке платы).

Библиотеки

Библиотеки  добавляют дополнительную функциональность скетчам, например, при работе с аппаратной частью или при обработке данных. Для использования библиотеки необходимо выбрать меню Sketch > Import Library. Одна или несколько директив #include будут размещены в начале кода скетча с последующей компиляцией библиотек и вместе со скетчем. Загрузка библиотек требует дополнительного места в памяти Arduino. Неиспользуемые библиотеки можно удалить из скетча убрав директиву #include.

На  Arduino.cc имеется список библиотек. Некоторые библиотеки включены в среду разработки Arduino. Другие могут быть загружены с различных ресурсов. Для установки скачанных библиотек необходимо создать директорию «libraries» в папке блокнота и затем распаковать архив. Например, для установки библиотеки DateTime ее файлы должны находится в подпапке /libraries/DateTime папки блокнота.

Смотрите  данную инструкцию для написания  собственной библиотеки.

Аппаратные  средства других разработчиков

Поддерживаемые  аппаратные средства других производителей добавляются в соответствующую  подпапку папки блокнота. Устанавливаемые  платформы могут включать собственные  характеристики (в меню платформы), корневые библиотеки, загрузчик(Bootloader) и характеристики программатора. Для установки требуется распаковать архив в созданную папку. (Запрещено использовать наименование папки "arduino", т.к. могут быть перезаписаны встроенные данные платформы Arduino.) Для деинсталляции данных удаляется соответствующая директория.

Подробная информация по созданию сборок описаний аппаратных средств других производителей находится на страницах сайта Google Code.

Мониторинг  последовательной шины (Serial Monitor)

Отображает  данные посылаемые в платформу Arduino (плата USB или плата последовательной шины). Для отправки данных необходимо ввести текст и нажать кнопку Send или Enter. Затем выбирается скорость передачи из выпадающего списка, соответствующая значению Serial.begin в скетче. На ОС Mac или Linux платформа Arduino будет перезагружена (скетч начнется сначала) при подключении мониторинга последовательной шины.

Имеется возможность обмена информацией  с платформой через программы  Processing, Flash, MaxMSP и т.д. (см. подробности на странице описаний интерфейсов).

Заключение

 

При выполнении данного курсового проекта  была изучена архитектура микроконтроллера ATmega132 фирмы AVR и построена на его  основе платформа Arduino. Приобретены навыки программирования микропроцессорных систем и построения на их основе систем управления химико-технологическим процессом.

 

Список использованных литературных источников

 

Евстифеев А.В. «Микроконтроллеры AVR семейства  Mega» – Москва – Издательский дом «Додэка - ХХI», 2007.-595с.

Б.Ф. Бессарабов, В.Д. Федюк, Д.В. Федюк Справочник "Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы широкого применения"- Изд. «Воронеж», 1994-320с.