Автоматичний регулятор температури

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Мета роботи: розробка мікропроцесорної системи на базі мікроконтороллера для автоматичного регулювання температури в акваріумі. Висока точність регулювання, низька інертність термоелектричних датчиків дозволяє більш точно і глибоко підтримувати стабільну температуру в акваріумі, контролюючи постійно свідчення температури на рідкокристалічному індикаторі. Більш висока точність підтримки температури досягається завдяки введенню в схему двох датчиків і двох нагрівачів.

Зміст роботи: у роботі виконано побудову структурної схеми, побудова функціональної схеми, сформований алгоритм роботи системи, вибір елементної бази, оптимальної для реалізації поставлених завдань по діапазону характеристик, розроблена програма, розроблена принципова схема пристрою.

Зміст

Вступ

1. Опис об'єкта і функціональна специфікація

2. Опис ресурсів МК PIC16F84А

3. Розробка алгоритму роботи пристрою

4. Асемблювання

5. Програмування мікроконтролера

6. Опис функціональних вузлів МПС

7. Опис вибору елементної бази та роботи принципової схеми

Висновок

Список літератури

Додаток А. Лістинг програми і об'єктного файлу

Додаток Б. Коди прошивок мікроконтролера

Додаток В. Схема принципова електрична

Вступ

Метою даної роботи є розробка приладу, призначеного для автоматичного регулювання температури. Головна особливість терморегуляторів - простота схем при істотно більш широких, ніж у поширених аналогових, функціональних можливостях, відсутність необхідності регулювання і настройки при виготовленні і експлуатації.

Але найбільш істотним достоїнством таких регуляторів є їх виключно проста модифікація, - на основі практично однакових схемних і конструктивних рішеннях, можуть бути побудовані регулятори для самих різних застосувань, що різко спрощує їх розробку, а, отже, і вартість. Потрібно лише зміна програмного забезпечення і, можливо, виконавчих вузлів. мікроконтороллер терморегулятор алгоритм асемблер

Середньотемпературні терморегулятори призначені для автоматичного вимірювання і підтримання стабільної температури, наприклад, у термостатах, інкубаторах, теплицях і т.п.

Регулятори температури, або, як їх ще називають, терморегулятори, призначені для підтримки заданої температури рідини (наприклад, фоторозчину, води в акваріумі, води в системі електричного водяного опалення), повітря в теплиці, в житловому приміщенні і пр. Принцип роботи будь-якого терморегулятора полягає у плавній або стрибкоподібному зміну потужності нагрівального елемента у відповідності з температурою датчика.

Існують терморегулятори із стрибкоподібним зміною потужності, при навантаженні яких нагрівальний елемент відключається, як тільки температура датчика досягає певного значення, і вимикається при зниженні температури до її заданого значення. Нагрівальний елемент при цьому знаходиться в одному з двох станів: включений чи виключений, тому регулятор з таким законом управління часто називають релейним.

В даний час більше тридцяти зарубіжних фірм випускають мікроконтролери масового застосування з розрядністю 8 біт, недорогі і придатні для використання в найрізноманітніших додатках. Однак саме мікроконтролери серії РІС фірми Microchip ® Technology Инк переживають останні три-чотири роки в Україні справді вибухове зростання популярності. Ці мікроконтролери також вкрай популярні в усьому світі, як у виробників електронної техніки, так і серед радіоаматорів.

У чому ж причина такої популярності? Звичайно, не останню роль зіграли правильна маркетингова політика, потужна і продумана підтримка розробників з боку фірми і низька вартість мікросхем. Крім цього, сам продукт володіє цілим рядом незаперечних переваг. Мікроконтролери РІС фірми Microchip ® об'єднали в собі всі передові технології, що застосовуються у виробництві мікроконтролерів: розвинену RISC-архітектуру, мінімальне енергоспоживання при високій швидкодії, ППЗУ, програмоване користувачем, функціональну закінченість.

Чітка і продумана внутрішня структура контролерів і невелика, але потужна система команд з інтуїтивно зрозумілою мнемонікою значно полегшують процес вивчення контролерів РІС та написання для них програм.

В даному курсовому проекті реалізована мікропроцесорна система на базі мікроконтролера для терморегулятора акваріума. Проект грунтується на мікроконтролері PIC16F84А.

1. Опис об'єкта і функціональна специфікація

Пристрій відрізняється від відомих вимірювачів температури на DS1820 можливістю одночасної регулювання температури в двох точках з точністю ± 0,5 ° в інтервалі температур від -10 до +85 ° С, малим часом реагування 11,4 мс порівняно з 1 з у прототипів. Пристрій призначений для роботи з нагрівачами і може бути використане, наприклад, для регулювання температури в інкубаторі (вивідний і інкубаційний), акваріумах (видовий і нерестовий), в овочесховищах в зимовий час або просто як вимірювач температури в будинку і на вулиці.

Мікроконтролерних термометричні датчик DS1820 розрахований на вимірювання температури від -55 до +125 ° С, але на кордонах межі точність вимірювання погіршується до +2 ° С. Управління нагрівачами виконується за принципом цифрового компаратора.

На однорядному РК-дисплеї індикатора можна одночасно спостерігати поточну температуру в двох точках, температуру в різних точках і її встановлене значення. Прийом даних, їх обробка і видача на індикатор виконуються мікроконтролером PIC16F84A.

2. Опис ресурсів МК PIC16F84А

У курсовому проекті був обраний однокристальний 8-розрядний Flash CMOS мікроконтролер PIC16F84А.

PIC16F84А - це 8-pазpядность мікpоконтpоллеpи з RISC архітектурою, що виробляється Microchip Technology. Це сімейство мікpоконтpолеpів відрізняється низькою ціною, низьким енергоспоживанням і високою швидкістю.

Мікpоконтpолеpи сімейства PIC мають дуже ефективну систему команд, що складається всього з 35 Інструкція. Всі інструкцій виконуються за один цикл, за винятком умовних переходів і команд, що виконуються за 2 цикли. Один цикл виконання інструкцій складається з 4 періодів тактової частоти. Таким чином, при частоті 4 МГц, час виконання інструкцій становить 1 мксек. Кожна Інструкція складається з 14 біт, що діляться на код операції і опеpанд (можлива маніпуляція з регістром, осередками пам'яті і безпосередньо даними).

PIC16F84A мають вбудовані пристрої, властиві більшості прикладних систем, що дозволяє знизити вартість, споживану потужність і збільшити надійність кінцевого пристрою. Наприклад, вбудована схема скидання і запуску генератора дозволяють позбутися від зовнішніх RC схем. Пропонується чотири типи вбудованих генераторів на вибір, включаючи економічний LP (Low Power) і дешевий RC генератори. Економічний режим SLEEP, сторожовий таймер і пристрій захисту коду програми знижують вартість і збільшують потужність плюс надійність вашої системи.

Мікросхеми з ультрафіолетовим стиранням ідеальні для процесу відпрацювання програми. Одночасно існують одноразово програмувальні (OTP) кристали. Тут розробник може витягти повну перевагу з поєднання низької ціни і гнучкості OTP версій.

Розробка на базі контролерів PIC16C5X підтримується асемблером, програмним симулятором емулятором (тільки фірми Microchip) і програматором. Існують всі ці кошти для IBM, PC і сумісних комп'ютерів.

Серія PIC16F84A підходить для широкого спектра додатків від схем високошвидкісного керування автомобільними й електричними двигунами до економічних віддалених приймачів, що показують приладів і зв'язних процесорів. Наявність ПЗУ дозволяє підлаштовувати параметри в прикладних програмах (коди передавача, швидкості двигуна, частоти приймача і т.д.). Малі розміри корпусів, як для звичайного, так і для поверхневого монтажу, робить цю серію мікроконтролерів придатної для портативних додатків. Низька ціна, економічність, швидкодія, простота використання і гнучкість введення / виводу робить серію PIC16F84A привабливою навіть в тих областях, де раніше не застосовувалися мікроконтролери. Наприклад, таймери, заміна жорсткої логіки у великих системах, співпроцесори.

Пристрої серії PIC16F84A мають великий вибір ПЗУ і ОЗУ різних розмірів, різна кількість ліній вводу / виводу, різні види збудження генераторів, різну швидкість, климатика і типи корпусів. З чотирьох кристалів PIC16F84A можна вибрати пристрій з підходящими ПЗУ / ОЗУ і конфігурацією введення / виводу.

Пристрої з ультрафіолетовим стиранням зручно використовувати в прототипних і досвідчених партіях. Конфігурація генератора ("RC", "XT", "HS", "LP") програмується самим користувачем на UF EPROM. При UF стиранні або за умовчанням встановлюється тип "RC". В залежності від обраного типу генератора і частоти, робоча напруга харчування повинно бути в тому ж діапазоні, що буде і в майбутньому влаштуванні на OTP кристалі (якщо OTP передбачається використовувати).

Тип генератора кристалах OTP встановлюється на заводі і вони тестуються тільки для цієї спеціальної конфігурації, включаючи напругу, частоту і струм споживання, см. Маркування. Пристрої випускаються з чистим EPROM, що дозволяє користувачеві самому програмувати їх. Крім того, можна відключити сторожовий таймер і / або защітy коду шляхом програмування бітів в спеціальному EPROM. Також доступні 16 біт для запису коду ідентифікації (ID).

Огляд характеристик.

- Тільки 33 простих команди;

- Всі команди виконуються за один цикл (200 нс), крім команд переходу-2 циклу;

- Робоча частота 0 Гц... 20 МГц (200 нс цикл команди)

- 12 - бітові команди;

- 8 - бітові дані;

- 512 ... 2К х 12 програмної пам'яті на кристалі EPROM;

- 25 ... 72 х 8 регістрів загального використання;

- 7 спеціальних апаратних регістрів SFR;

- Дворівневий апаратний стек;

- Пряма, непряма і відносна адресація даних і команд;

Периферія й Введення / Висновок

- 12 ... 20 ліній вводу-виводу з індивідуальною настройкою;

- 8 - бітний таймер / лічильник RTCC з 8-бітним програмованим

попередніми дільником;

- Автоматичний скидання при включенні;

- Таймер запуску генератора;

- Сторожовий таймер WDT з власним вбудованим генератором, що забезпечує підвищену надійність;

- EPROM біт секретності для захисту коду;

- Економічний режим сну;

- Програмовані EPROM біти для установки режиму збудження вмонтованого генератора:

- RC генератор: RC

- Звичайний кварцовий резонатор: XT

- Високочастотний кварцовий резонатор: HS

- Економічний низькочастотний кристал: LP

КМОП технологія

- Економічна високошвидкісна КМОП EPROM технологія;

- Статичний принцип в архітектурі;

- Широкий діапазон напруг живлення:

- Комерційний: 2.5 ... 6,25 В

- Промисловий: 2.5 ... 6,25 В

- Автомобільний: 2,5 ... 6,0 В

- Низьке споживання

20 мА типово для 6В, 20МГц

2 мА типово для 5В, 4МГц

15 мкА типово для 3В, 32КГц

3 мкА типово для SLEEP режиму при 3В, 0 ... 70 С

Структурна схема мікроконтролера

Структурна схема мікроконтролера РIС 16F84A зображена на рис. 2.

Рис. 2. Структурна схема мікроконтролера РIС 16F84A

3. Розробка алгоритму роботи пристрою

Після пуску та ініціалізації регістрів мікроконтролера виконується найтриваліша ініціалізація РК-дисплея. Далі перевіряється стан прапора установки. Якщо установки немає, то на індикацію виводяться значення регістрів поточного режиму. Якщо йде установка, то перевіряється прапор курсору. Якщо прапор курсору встановлений, то індикується курсор. При установці індикація курсору і значень регістрів індикації виконується по черзі.

Після індикації програма переходить до ініціалізації і зчитування температури з першого датчика DS1820. Мікроконтролер приймає дев'ять біт інформації з кодом знака температури в дев'ятому бите і значенням десятих часток температури в першому бите. Якщо дев'ятий біт дорівнює одиниці, то знак виміряної температури негативний. При одиничному перший бите десятому рівні п'ятірці. Двійкове значення прийнятої температури порівнюється з встановленою температурою. Якщо виміряна температура більше встановленої, то вимикається керуючий вихід. В іншому випадку вихід включається. Для негативних установок при зниженні температури керуючий вихід включається.

Аналогічно першому виконуються зчитування температури з другого датчика і установка другого виходу, що управляє. Оскільки вивід на індикацію займає досить багато часу (8 мс), то він виконується після шести циклів зчитування температури через 68 мс. Коли лічильник циклів дорівнюватиме нулю, перевіряється стан кнопок управління і по встановленим режимом заповнюються регістри індикації. Після цього цикл індикації і вимірювання температури повторюється. Цикл вимірювання температури і установка керуючих виходів обох датчиків виконуються за 11,4 мс / Таким чином, управління кожним нагрівачем буде виконуватися мінімум один раз за період мережевої напруги.

4. Асемблювання

Для асемблювання використовується макpоассемблеp MPASM, він має всі необхідні нам можливості. MPASM входить в пакет програм Microchip MPLAB фірми Microchip Technology.

Лістинг програми і об'єктний файл представлений у Додатку А.

5. Програмування мікроконтролера

Після асемблювання мається об'єктний файл EXAMPLE.HEX, якому має бути записаний в мікросхем. Запис здійснюється за допомогою пpогpаматоpа і пpогpами Pic-прог. Мікросхему мікроконтролера вставляється в панель програматора. Програматор підключається до порту LPT1. Необхідно запустити програму Pic_prog.exe. Подати живлення на програматор. Виконати команду "записати / пам'ять програм".

Протягом наступних кількох секунд будить виконуватися процес програмування, а потім перевірка правильності записаних в мікроконтролер даних.

Коди прошивок мікроконтролера представлені в Додатку Б.

6. Опис функціональних вузлів МПС

У проектованому пристрої можна виділити наступні функціональні блоки:

1. Мікроконтролерних термометричні датчик DS1820 - перший;

2. Мікроконтролерних термометричні датчик DS1820 - другий;

3. Блок управління (три кнопки і вимикач живлення);

4. Рідкокристалічний індикатор;

5. Стабілізатор напруги;

6. Кварцовий резонатор;

7. Силовий блок-перший;

8. Силовий блок-другий;

9. Мікроконтролер.

Кожен блок виконує свою функцію і має взаємозв'язок з іншими блоками системи.

7. Опис вибору елементної бази та роботи принципової схеми

Схема терморегулятора показана на рис.7 (Додаток В). Резистором R8 встановлюють необхідну контрастність зображення індикатора. Всі блоки пристрою включені за стандартною схемою.

Робота з терморегулятором зводиться до встановлення температури регулювання для обох датчиків. При вмиканні пристрою на екрані з'явиться значення температури першого і другого датчика із зазначенням стрілочкою (>) номери датчика рис. 8. Натисканням кнопки "Режим" на дисплеї послідовно будуть з'являтися зображення, аналогічні показаним на рис. 9-12. На рис. 9, 10 ліві цифри показують поточну температуру відповідних датчиків, а праві цифри - встановлені значення температур. При включенні режимів роботи, показаних на рис. 11, 12, мікроконтролер переходить в режим установки. У цьому режимі під встановлюваним розрядом з'являється миготливий курсор (на малюнках під знаком плюс). Кнопкою "Розряд" переміщають курсор по розрядах, а кнопкою "Установка" встановлюють необхідне значення температури.

При установці немає обмеження по максимуму і мінімуму, тому необхідно бути уважним. Можна встановити знак мінус і не дочекатися включення нагрівача, і навпаки, встановити температуру регулювання більш +125 ° і не дочекатися виключення нагрівача. Під час установки порівняння температур не припиняється, тому нагрівачі в цей час бажано відключити. Оскільки встановлені значення запам'ятовуються в енергонезалежній пам'яті, то нагрівачі можна підключити при виключеній напрузі.

При індикації й установці температур для 100 в розряді десятків буде індикація двокрапки (:), для 110 - крапка з комою (;), для 120 - зворотна стрілка (<).

Рис.8

Рис.9



Рис.10

Рис.11

Рис.12

Висновок

В результаті виконання курсової роботи був спроектований мікроконтролерних регулятор температури, що дозволяє автоматизувати роботу регулювання температури в контрольованому об'єкті. Були розглянуті кілька випадків реалізації мікроконтролерного регулятора, таким чином можна говорити про деяку універсальність спроектованого приладу.

Використання в роботі мікроконтролера і оптронів технології дає підставу вважати, що спроектований прилад знайде широке застосування.

Список літератури

1. Бєлов А.В. Мікроконтролери АVR в радіоаматорського практиці - СП-б, Наука і техніка, 2007 р. - 352с.

2. Проектування цифрових пристроїв на однокристальних мікроконтролерах / В.В. Сташін [и др.]. - М: Вища школа, 1990 .. - 224 с.

3. Евстіфеев А.В. Мікроконтролери Microchip: практичне керівництво / А.В. Евстіфеев. - М:. Гаряча лінія - Телеком, 2002. - 296 с.

4. Кравченко А.В. 10 практичних пристроїв на AVR-мікроконтролерах. Книга 1 -. М, Додека-ХХ 1, МК-Пресс, 2008 - 224с.

5.Трамперт В. Вимірювання, управління і регулювання за допомогою АVR-мікроконтролерів: Пер. з нім -. До, МК-Пресс, 2006 р. - 208с.

6. Мортон Дж. Мікроконтролери АVR. Вступний курс / Пер. з англ. - М, Додека-ХХ 1, 2006 -. 272с.

7. Технічна документація на мікроконтролери PIC16F84А компанії Microchip Technology Incorporated. ТОВ "Мікро-Чіп", Москва, 2002.-184 с.

Додаток А. Лістинг програми і об'єктний файл



Додаток Б. Коди прошивок мікроконтролера



Додаток В. Схема принципова електрична

Рис.8. Схема електрична принципова терморегулятора акваріуму

Размещено на Allbest.ru