Четырех канальный микропроцессорный термостат - таймер Автор: Алексеев Михаил Андреевич Лицей 14 г. Жуковский Московской области, 11 класс Научный руководитель. - презентация

1 Четырех канальный микропроцессорный термостат - таймер Автор: Алексеев Михаил Андреевич Лицей 14 г. Жуковский Московской области, 11 класс Научный руководитель : Власов Андрей Игоревич Доцент, к.т.н. Кафедра Иу4 МГТУ им. Н.Э. Баумана Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва»

2 Целью работы - является сборка и исследование устройства для управления вентиляцией, отоплением и т. д. Суть работы – создание многофункционального микропроцессорного устройства "термостат- таймер" (ММУ) не больших размеров и не сложного в эксплуатации с использованием вычислительного ядра на основе микросхемы Atmel Mega32. Актуальность работы – В данном устройстве можно отметить следующие особенности: часы реального времени с полным календарём, низкое энергопотребление, 4 канала управления нагрузкой, до 32-х шагов программы, звуковая индикация. В работе решаются следующие задачи: Анализ структурной схемы ММУ; Выбор элементной базы ММУ; Анализ принципиальной схемы ММУ; Разработка схемы сборки ММУ; Исследование главного контроллера ММУ;

3 Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ММУ - Напряжение питания, постоянное: 9…15 В. - Потребляемый ток, не более: 200 мА. - Количество подключаемых датчиков температуры: 4. - Количество каналов для управления нагрузкой: 4. - Наличие часов реального времени: есть, полный календарь. Параметры : Микроконтроллер Atmel Mega32 Драйвер уровней MAX232IN Текстовый 2-х строчный индикатор Часы реального времени Термодатчики DS18B20 Динамик Клавиатура Аналаго- цифровой преобразователь контроллера Батарея резервного питания часов Оптосимисторы - Индикация: текстовая LCD 16*2. - Звуковая индикация: есть, микро-динамик. - Максимальное количество шагов программы: Диапазон температур термометра- терморегулятора: -55…+125 С. - Тип батареи резервного питания: литиевая (3 В).

4 Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» Выбор элементов ММУ В данном устройстве используются следующие компоненты: Контроллер ATMega32-16PI Стабилизатор напряжения LM7805 Часы реального времени (DS1307) Оптосимисторы MOC3062 Датчик температуры DS18B20 Драйвер уровней MAX232IN

5 Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ К портам ввода-вывода контроллера подключены: текстовый 2-строчный индикатор, микросхема часов реального времени DS1307, драйвер уровней MAX232IN, оптосимисторы TR1…TR4. Стабилизатор напряжения выполнен на микросхеме LM7805. Термодатчики DS18B20 подключаются через разъем XS3. Транзистор Q1 выполняет роль ключа для подсветки. Миниатюрный динамик подключен через развязывающий конденсатор C11 и гасящий резистор R4 к порту контроллера. К выходам XS5-XS12 подключаются силовые симисторы. В схеме можно применять симисторы с током включения не более 1 А в пике. текстовый 2-строчный индикатор драйвер уровней MAX232IN контроллер ATMega32 Часы реального времени DS1307 оптосимисторыСтабилизатор напряжения Динамик Принципиальная схема

6 Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА Конструктивно устройство выполнено на трёх двухсторонних печатных платах из фольгированного стеклотекстолита с размерами: основная плата 123х82 мм, плата клавиатуры 123х24 мм и плата индикатора 85х44 мм. Проводящий рисунок ППЗадняя сторона ПП Клеммные винтовые зажимы Разъём датчиков температуры

7 Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» МОНТАЖНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА Устройство в сборе В соответствии со схемой электрической принципиальной была разработана монтажная схема элементов и выполнена сборка устройства (устройство в сборе показано на фотографии). Размещение элементов Текстовый индикатор Клавиатура Динамик Микроконтроллер Батарея резервного питания часов COM-порт

8 Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» Контроллер Контроллер ATMega32 входит в самую обширную с производственную линию корпорации Atmel. AVR CPU Характеристики: Развитая RISC архитектура: исполняемых команд за один машинный такт - 32 рабочих регистра общего назначения - производительность до 16 MIPS при 16 МГц Энергонезависимая память программ и данных: байт EEPROM с допустимым количеством циклов стирания записи до Периферийные функции: - два 8-битных таймера/счётчика - один 16-битный таймер/счётчик - счётчик реального времени с программируемым генератором - 8-и канальный, 10-и битный АЦП Напряжение питания: В до 5.5 В Тактовая частота: МГц

9 Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» Описание контроллера Atmega32 является КМОП 8-ми битным микроконтроллером построенным на расширенной AVR RISC архитектуре. Используя команды исполняемые за один машинный такт, контроллер достигает производительности в 1 MIPS на рабочей частоте 1 МГц, что позволяет разработчику эффективно оптимизировать потребление энергии за счёт выбора оптимальной производительности. AVR ядро сочетает расширенный набор команд с 32 рабочими регистрами общего назначения. Все 32 регистра соединены с АЛУ, что обеспечивает доступ к двум независимым регистрам на время исполнения команды за один машинный такт. Микросхемы выпускаются при использовании Atmel технологии энергонезависимой памяти высокой плотности. Аналого-цифровой преобразователь, мультиплексор Регистр процессора Указатель стека Генератор Внутренний генератор Дешифратор команд Регистр команд Регистр общего назначения Контрольный таймер Арифметическо-логическое устройство, АЛУ Регистр состояния Внутренняя калибровка Электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ Программируемая логика Последовательный периферийный интерфейс, шина SPI Универсальный синхронно асинхронный приемопередатчик, УСАПП

10 Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» Методика разработки ПО для устройства Для программирования нужно подключить термостат нуль-модемным кабелем к компьютеру, запустить программу flesher.exe, затем нажмить кнопку «Тест» для проверки соединения. Если последует сообщение о том, что связь есть, то нажмить кнопку «Запись», и в появившемся окне выбора файла выбрать нужную прошивку для термостата. Этап 1: проверка связи Этап 2: запись

11 Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» Модернизация Также данное устройство можно использовать вместе с 4-x канальным исполнительным устройством (блок реле), подключать датчики давления и влажности, заранее изменив настройки АЦП и проведя соответствующие вычисления. Датчик влажности HIH3610Датчик давления MPX4115A Блок реле

12 Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» Области применения На картинке выше представлены различные способы применения устройства на даче. Как видно, устройство обладает широким спектром применения и способно управлять практически всем садовым участком.

13 Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» Проанализированы принципиальная и структурная схемы. Даны рекомендации по выбору элементной базы. Проанализированы принципиальная и структурная схемы. Даны рекомендации по выбору элементной базы. Проанализирована конструктивная реализация ММУ. Проанализирована конструктивная реализация ММУ. Осуществлена сборка устройства и его тестирование. Осуществлена сборка устройства и его тестирование. Проведено исследование главного контроллера устройства. Проведено исследование главного контроллера устройства. Предложена методика по разработке ПО устройства. Предложена методика по разработке ПО устройства. Даны рекомендации по дальнейшей модернизации устройства в плане подключения новых датчиков и устройств. Даны рекомендации по дальнейшей модернизации устройства в плане подключения новых датчиков и устройств. ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ