Разработка аппаратных и программных средств для реализации цифрового термометра. Выбор способа измерения температуры. Функциональные возможности преобразователя DS18B20. Возможность использования LCD дисплея без подсветки и семисегментного индикатора.
Аннотация к работе
В разных случаях задача регулирования температуры имеет свою индивидуальную цель и метод решения. Главное преимущество использования электронного термометра является возможность контролировать температуру на расстоянии.Разработать аппаратные и программные средства для реализации цифрового термометра. Термометр должен соответствовать требованиям: O сфера применения: измерение температуры воздуха (или воды при доработке защиты датчика от влажности);Он должен в зависимости от величины аналогового сигнала (температуры) формировать определенный цифровой код, который должен быть доступен для считывания микроконтроллером.Для случая получения информации от термодатчика приемником информации является контроллер, который обрабатывает входные данные и периодически отправляет их на цифровой индикатор.В ходе проектирования данного устройства было рассмотрено несколько способов измерения температуры. Наибольшая сложность в том, что зависимость измеренной величины от температуры могла бы получиться не прямой. Так как большая часть выходов портов занята под цифровой индикатор, то параллельный способ передачи данных возможен только при введении дополнительных адресных селекторов или при последовательной передаче данных, что значительно усложняет устройство. O информация о температуре выдается 9-битным кодом; Термодатчик типа DS18B20 отличается от DS1820 способностью измерять температуру с четырьмя уровнями погрешности - 0,5; 0,25; 0,0625°С.Основной плюс LCD - простой вывод информации без дополнительных преобразований кодов и небольшое энергопотребление, что позволило бы использовать в качестве источника питания устройства гальванические элементы. Все же было решено использовать блок семисегментных индикаторов, т.к. он более доступен и имеет подсветку, что позволяет использовать устройство в темное время суток.В качестве устройства управления должен быть выбран микроконтроллер, обладающий хорошими техническими характеристиками, иметь, а также иметь относительно невысокую стоимость. Также необходимо определить количество необходимых для работы портов, которые должен иметь микроконтроллер. Причины выбора микроконтроллера PIC16f628A Характеристика RISC ядра O Все команды выполняются за один машинный цикл, кроме команд ветвления и условия с истинным результатом O Режим энергосбережения SLEEPЕще и остаются свободные каналы, например, для добавления новых линий датчиков и кнопок при модернизации устройства.Назначение микроконтроллера PIC16f628A Осуществляет управление всей системой, а именно: периодически опрашивает датчик, обрабатывает полученные данные, раскладывает данные в вид, удобный для вывода на семисегментные индикаторы. Термодатчик измеряет аналоговую величину температуры, преобразует ее в цифровой вид по запросу микроконтроллера, сохраняет полученное значение в своей памяти, выдает микроконтроллеру сигнал завершения температурного преобразования.После подачи питания на устройство, микроконтроллер производит настройку портов, общее конфигурирование, например, отключение компаратора. После этого запускается основной цикл работы микроконтроллера. На этом этапе микроконтроллер дожидается нажатия клавиши "Старт/Останов" для начала измерений. Так как на линии только один датчик, отправляется команда интерфейса 1-Wire выбора всех датчиков. Так как для температурного преобразования нужно определенное время, микроконтроллер ожидает от датчика сигнала завершения температурного преобразования.Данная принципиальная электрическая схема - графическое изображение с помощью условных графических и буквенно-цифровых обозначений (пиктограмм) связей между элементами проектируемого устройства.Для связи с семисегментным индикатором, используются выводы RA2, RA3, RA6 порта PORTA для передачи номера позиции отображаемого символа и выводы RB0-RB6 порта PORTB для включения конкретного сегмента.Для инициализации устройства интерфейса 1-Wire необходимо подать на устройство единичный импульс, "провалить" шину примерно на 500 мкс, затем возобновить единичный сигнал и подождать еще 500 мкс.Для отправки единицы подается кратковременный низкий уровень, затем высокий уровень на 60 микросекунд. Для получения очередного разряда от датчика подается низкий уровень на датчик, производится небольшая задержка, затем опрашивается порт.В качестве основной среды для написания кода программы и его отладки я использовал приложение MPLAB IDE, являющимся стандартным средством разработки кода для микроконтроллеров PIC. Для синхронизации приложения написания кода и компилятора при создании проекта в мастере проектов указал в качестве приложения компиляции HI-TECH C Compiler.Для моделирования работы цифрового термометра использовалась программа Proteus 7.7 Professional. Использовались следующие компоненты: Вид Описание При щелчке мышью по значку клавиши, контакт замыкается. Создал проект в вышеописанной программе MPLAB IDE для конкретного микроконтроллера с указанием начальных параметров конфигурации, добавил в него файл с расширением ".c"
План
Оглавление
Введение
1. Выбор и обоснование основных технических решений
1.1 Техническое задание
1.1.1 Источники информации
1.1.2 Приемники информации
1.2 Возможные варианты решения поставленной задачи, обоснования выбора
1.2.1 Выбор способа измерения температуры
1.2.2 Выбор устройства отображения информации
1.2.3 Выбор микроконтроллера
2. Структурная схема
2.1 Описание принципа действия и общий алгоритм работы
2.2 Блок-схема работы микроконтроллера
3. Разработка функциональной и принципиальной схем устройства
3.1 Принципиальная схема устройства
3.2 Функциональная схема устройства
4. Разработка алгоритмов
4.1 Алгоритм инициализации датчика
4.2 Алгоритм отправки байта данных датчику
4.3 Алгоритм получения одного байта от датчика
4.4 Структура программы
4.5 Код программы
5. Технология отладки программы
6. Моделирование
Список литературы
Введение
Измерение, контроль и регулирование температуры является одной из неотъемлемых и важных задач в современном мире. Такая задача стоит и перед промышленностью, и перед сельским хозяйством, и в быту и даже в области высоких технологий. В разных случаях задача регулирования температуры имеет свою индивидуальную цель и метод решения.
Главное преимущество использования электронного термометра является возможность контролировать температуру на расстоянии. Если нужно контролировать температуру, например, в подвале дома, на чердаке или в любом подсобном помещении, обычный ртутный (спиртовой) или механический термометр вряд ли подойдет, т.к. будет проблематично постоянно выходить из комнаты, только чтобы взглянуть на шкалу термометра. Более пригоден в подобных случаях электронный термометр, позволяющий измерять температуру дистанционно - на расстояниях в сотни метров. Причем в контролируемом помещении будет располагаться лишь миниатюрный термочувствительный датчик, а в комнате на видном месте - ЖКИ, отображающий текущую температуру.
Вывод
16 каналов ввода/вывода вполне достаточно для подключения датчика и индикаторов. Еще и остаются свободные каналы, например, для добавления новых линий датчиков и кнопок при модернизации устройства.
Кроме того, данный микроконтроллер поддерживает интерфейс работы с устройствами 1-Wire, что дает полную совместимость его с выбранным мной датчиком DS18B20. Подтягивающие выходные транзисторы микроконтроллера позволяют использовать функцию "паразитного" питания датчика.
Данный микроконтроллер имеет довольно небольшую цену, в сравнении с другими подобными.