 |
Выбор устройства индикации
|
|
|
|
Титульник
Таганрог 2014 г.
Задание №____ по курсовому проектированию
Студент группы специальность
Фамилия ИмяОтчество
Руководитель курсового проектирования
Срок проектирования с по
1. Тема курсового проекта Цифровой измеритель влажности
2. Содержание проекта (перечень подлежащих разработке вопросов):
2.1 Анализ технического задания
2.2 Разработка структурной схемы устройства
2.3 Разработка электрической принципиальной схемы
2.4 Разработка алгоритма работы устройства
2.5 Разработка программного обеспечения устройства
3. Исходные данные по проекту:
Разработать цифровой измеритель влажности из следующих требований:
Диапазон измеряемой влажности: от 0 до 100% РН Погрешность измерений влажности: не более 5% РН Питание устройства: автономное Индикация: влажность в процентах
Условия работы: температура окружающей среды от 0°C до 50°C
4. План выполнения проекта:
А) описание и анализ объекта (задачи)
Б) разработка алгоритма управления В) разработка структуры ПО
Г) программирование ПО или части задач Д) разработка схемы принципиальной электрической Е) оформление ПЗ и СПЭ
Ж) защита проекта
5. Задание получено _______________________________(дата, подпись)
6. Курсовое проектирование закончено ___________________________
РЕФЕРАТ
Курсовая работа направлена на создание системы измерения и индикации влажности в помещении, сочетающей в себе достаточную точность работы и доступность элементной базы.
В ходе работы над курсовой работой были выполнены следующие пункты:
- Разработана структурная схема системы измерения влажности
- Произведен выбор элементной базы;
- Разработана принципиальная схема системы;
- Спроектирован алгоритм работы;
|
|
|
- Разработан программный продукт.
Пояснительная записка курсового проекта содержит: 30 страниц, 1 рисунок, 2 схемы, 6 таблиц, 14 источников информации.
Ключевые слова:
МИКРОКОНТРОЛЛЕР, ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ, ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ, ЖК-МОНИТОР, ПРОГРАММИРОВАНИЕ, ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ.
СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ. 3
СОДЕРЖАНИЕ. 4
ВВЕДЕНИЕ. 5
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ.. 6
2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА.. 6
3 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРНОЙ.. 7
4 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ.. 8
4.1 Выбор элементной базы устройства. 8
4.1.1 Выбор датчика влажности. 8
4.1.2 Выбор устройства индикации. 9
4.1.3 Выбор часов реального времени. 9
4.1.4 Выбор микроконтроллера. 10
4.2 Расчет элементов питания. 11
5 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ.. 14
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 15
ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 16
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. 17
ПРИЛОЖЕНИЕ В.. 18
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. 19
ВВЕДЕНИЕ
Сегодня роль и значение приборов для контроля влажности в различных процессах общеизвестны: практически нет отрасли народного хозяйства, раздела науки и техники, где бы ни требовалось контролировать влажность газовых сред.
Но при всех этих потребностях состояние на рынке приборов для контроля влажности не оставляет уверенности в удовлетворительном положении. Многие датчики и приборы, которые используются потребителями, далеко не удовлетворяют потребностям современного уровня развития техники, другие являются неудобными, громоздкими или дорогостоящими.
На данном этапе во всем мире в целом и в нашей стране, в частности, усиливается тенденция к широкому внедрению автоматизации и компьютеризации в различные сферы человеческой деятельности. Ведущее место в этом занимают современные технологические новшества для бытовых нужд. Здесь и возникает необходимость в автоматизации процессов измерения влажности воздуха, обработки результатов с использованием ЭВМ.
|
|
|
Информационно-измерительная система уровня влажности может во многом помогать в быту. Например, выращивание комнатных растений в домашних условиях требует постоянного контроля над уровнем влажности в помещении, некоторые виды растений очень чувствительны к уровню влажности и для его поддержания на нужном уровне нужно иметь информацию о его текущем уровне, для чего необходима система измерения и отображения уровня влажности в помещении.
Целью данной работы является создание именно такого автоматического малогабаритного измерителя для измерения и отображения уровня влажности в помещении.
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
В рамках курсовой работы необходимо разработать цифровой измеритель влажности. Область применения устройства: может быть использовано как измерительный блок системы мониторинга уровня влажности и температуры в помещениях с комнатными растениями (после незначительных модификаций) или как самостоятельное устройство для измерения уровня влажности в помещении. Данное устройство должно измерять влажность воздуха окружающей среды и выводить её значение на устройство индикации. Т.к. измеряемый параметр имеет низкую скорость измерения, будет достаточным производить измерения каждые 4-5 минут.
Устройство должно состоять из единого модуля и иметь автономное питание. При этом необходимо, чтобы устройство сохраняло работоспособность в течение недели без заряда батареи. Необходимо определить, при помощи каких элементов возможно решение задач, поставленных перед устройством. Для получения значений влажности необходим датчик влажности, который будет удовлетворять требованиям технического задания. Для съема данных с датчика и вывода их на устройство индикации необходим микроконтроллер. В качестве устройства индикации необходимо использовать индикатор, для обеспечения максимальной экономии энергии индикатор выбирать LCD или LED, т.к. это одни из самых малопотребляющих индикаторов. Для отсчета времени и экономии энергии необходимо использовать часы реального времени.
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА
|
|
|
При включении питания, инициируется работа микроконтроллера. Он последовательно, каждые 4 минуты, посылает запросы чтения датчику и выводит на дисплей информацию о влажности.
Описанный выше цикл повторяется, пока включено питание.
Разработанную блок-схему алгоритма работы программы микроконтроллера см. в приложении А.
РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРНОЙ
Разрабатываемое устройство обладает небольшой сложности и сравнительно маленьким количеством однозначных компонентов, поэтому для разработки схемы электрической структурной Э1 необходимо и достаточно наличие следующих модулей:
· датчик влажности;
· микроконтроллер;
· индикатор;
· часы реального времени;
· блок питания.
Разработанную схему электрическую структурную см. в приложении Б.
РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ
Выбор элементной базы устройства
Ниже описан выбор конкретных моделей основных элементов устройства.
Выбор датчика влажности
Рассмотрим несколько различных моделей датчиков влажности. В таблице 1.1 приведены основные характеристики некоторых моделей.
Таблица 4.1 – Основные характеристики датчиков влажности
| Датчик | DHT22 | DHT11 | DHT21 |
| Стоимость, руб | |||
| Питание, В | 3 — 5 | 3 — 5 | 3 — 5 |
| Погрешность определения влажности, % | 2 — 5 | 3 — 5 | |
| Диапазон измеряемой влажности, % | 0 — 100 | 20 — 80 | 0 — 100 |
| Погрешность определения температуры, °C | ±0,5 | ±0,5 | ±0,5 |
| Диапазон измеряемой температуры, °C | От минус 40 до плюс 125 | От 0 до 50 | От минус 40 до плюс 125 |
| Частота опроса, Гц | не более 0,5 | не более 1 | не более 0,5 |
| Количество выводов, шт | |||
| Разрешение | Влажность 0,1%; Температура 0,1 С° | Влажность 0,1%; Температура 0,1 С° | Влажность 0,1%; Температура 0,1 С° |
Все решения, приведенные в таблице 4.1, являются датчиками влажности с цифровым выходом [1, 2, 3].
В соответствии с техническим заданием к датчику влажности предъявляются следующие требования:
̶ диапазон измеряемой влажности: от 0 до 100% РН; ̶ погрешность измерений влажности: не более 5% РН.
|
|
|
Для выполнения этих требований лучше всего подойдет датчик DHT22. Так как он имеет наименьшую стоимость и соответствует требованиям.
Выбор устройства индикации
Задача устройства индикации отображать значения влажности. В данной работе предпочтение отдается LCD индикатору т.к. он имеет значительно меньшее энергопотребление, нежели LED индикатор, средний ток потребления 4-разрядного LED индикатора = 30 мА, что критично для автономной работы. Рассмотрим несколько существующих дисплеев. В таблице 4.2 приведены основные характеристики нескольких моделей.
Таблица 4.2 – Основные характеристики устройств индикации
| Модель ЖКИ дисплея | Напряжение питания, В | Количество строк | Количество символов в строке | Количество выводов | Ток потребления, мА |
| PC1002-A | 4,5 – 5,5 | 1,8 | |||
| WH1602L | 4,5 – 5,5 | 2,4 | |||
| PC 0802-A | 4,5 – 5,5 | 1,5 |
Для задачи, поставленной в данном проекте перед устройством индикации достаточно модели с 8 символами в строке. Из рассмотренных выше моделей подойдет разработка PC 0802-A, фирмы POWERTIP, работающая на микроконтроллере ST7066 фирмы Sitronix. Преимущество перед иными аналогами в том, что этот микроконтроллер совместим с системой команд контроллера HD44780, для которого существует множество свободно распространяемых библиотек, оптимизированных для работы с LCD индикатором на базе микроконтроллера HD44780 и его аналогов [4, 5, 6].
|
|
|
