Разработка микропроцессорной системы климат-контроля

--PAGE_BREAK-- Рисунок 1.1 — Структурная схема САУ по отклонению
САУ по возмущению – принцип Ж.Понселе, предложеннй им в 1830г. Если fвозмущающее действие на объект, его измеряют и подают на регулятор для сравнения с заданным значением и выработки управляющего сигнала, изменяющего значение входного сигнала (рисунок 1.2).



Рисунок 1.2 — Структурная схема САУ по возмущению

При таком принципе управления изменение возмущающего воздействия компенсируется регулятором до того, как оно нарушит технологический режим работы объекта. Однако есть существенный недостаток – неспособность компенсировать влияние других возмущающих воздействий.

САУ по возмущению является разомкнутой, т.е. без обратной связи по выходному сигналу.

Комбинированные САУ совмещают оба закона управления и лишены многих недостатков рассмотренных схем.

По закону изменения выходного сигнала задатчика различают САУ стабилизации, программные и следящие.


По закону изменения выходного сигнала регулятораразличают САУ дискретные (двух, трехпозиционные) и непрерывные (аналоговые).

Двухпозиционные (вкл. – выкл.) системы надежны (холодильные установки), дешевы, но мала точность регулирования.

Трехпозиционные (больше-норма-меньше) системы обладают качеством выше, но надежность мала.

В аналоговых системах выходной сигнал регулятора непрерывно изменяется во времени в определенном стандартизированном диапазоне.   
1.1.3  Основные элементы автоматики.

Элементами автоматики называются устройства, выполняющие определенные функции преобразования сигнала в системах автоматического управления и контроля. Элементы автоматики могут быть соединены электрическими, механическими и другими связями, а на чертежах изображают в виде кинематических, электрических, гидравлических и

пневматических схем.

Каждый элемент в системе выполняет определенную функцию, которая заключается в получении, преобразовании и передаче информации в виде сигналов.

По назначению элементы автоматики делятся на: датчики, регуляторы, усилители, стабилизаторы, реле, распределители, двигатели и т.д.

Датчик – устройство, предназначенное для преобразования информации, поступающей на его вход в виде некоторой физической величины, на выходе в другую физическую величину, более удобную для воздействия на последующие элементы.

Основной характеристикой датчика является зависимость выходной величины у от входной х, т.е. у = f(x) или просто выходной характеристикой.

Различают два вида датчиков: параметрические, в которых изменение контролируемой величины сопровождается соответствующим изменением параметра электрической цепи (активного, индуктивного и емкостного сопротивления) и наличие источника питания и генераторные, в которых изменение контролируемой величины сопровождается соответствующим изменением ЭДС на выходе.

В зависимости от вида используемой энергии различают механические, тепловые, оптические и другие типы датчиков.

Основной характеристикой элементов является зависимость выходной величины у от входной х, т.е. у = f(x) или просто выходной характеристикой, помимо которой существуют частотные и временные характеристики.

Реле — элемент автоматики, в котором при достижении входной величины х определенного значения выходная величина у изменяется скачком. Существуют различные типы реле, но основными являются электромеханические (электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические и т.д.), в которых изменение входной электрической величины вызывает замыкание или размыкание контактов. Бывают бесконтактные магнитные реле (герконы) и бесконтактные реле электронного типа (триггеры).

Распределитель (мультиплексор) – элемент автоматики, осуществляющий поочередное подключение одной входной величины к одному входу других цепей. Распределители используются при необходимости управления несколькими объектами от одного и того же управляющего органа.

Исполнительные устройства — это электромагниты с втяжным и поворотным якорями, электромагнитные муфты, а также электродвигатели.

Используя выходную характеристику элемента y= f(x), можно получить коэффициент преобразования или коэффициент передачи, представляющий собой отношение выходной величины у к входной х 

                                                      К = у/х                                              (1.1)

при х = constназываемый статическим коэффициентом преобразования.

Например, у датчика коэффициентом преобразования является чувствительность, а для усилителя — коэффициент усиления.

Отношение приращения выходной величины ∆у (или dy) к приращению входной величины ∆х (или dx)

                                              К' = ∆у/∆х ≈ dy/dx                                    (1.2)

при ∆х→ 0 называется динамическим коэффициентом преобразования.

Динамическим режимом называется процесс перехода элементов и систем из одного установившегося состояния в другое, т.е. такое условие их работы, когда входная величина х, а, следовательно, и выходная величина у изменяются во времени.

    

1.2 Показатели качества регулирования
САУ должна обеспечивать требуемое качество работы установки в переходных режимах при изменении задающего или возмущающего воздействия. Качество регулирования оценивается следующими показателями: перерегулирование, быстродействие (время регулирования) и число колебаний регулируемой величины за время переходного процесса.

Перерегулированием называется отношение разности между максимальным и установившимся отклонениями регулируемой величины к установившемуся отклонению. На рисунке 1.3 показано изменение регулируемой величины при ступенчатом воздействии. Перерегулирование равно

                                                                                     (1.5)

где Δxmax– максимальное отклонение регулируемой величины;

Δx(∞) – установившееся отклонение регулируемой величины.



Рисунок 1.3 – Показатели качества регулирования

Допустимое перерегулирование обычно равно σm= 18…25%.

Быстродействие или время регулированияtpпредставляет время, в течение которого отклонение регулируемой величины от Δx(t) превышает некоторое допустимое значение, обычно принимаемое δ = 5%.

Число колебаний регулируемой величины Nза время переходного процесса tpдолжно быть ограниченным. Обычно принимают N

Работа САУ характеризуется точностью, под которой понимается степень приближения действительного выходного сигнала xк его заданному значению х0.

Величина Δx = х0– х называется ошибкой САУ. Установившаяся ошибка отработки постоянного сигнала называется статической ошибкой. Текущая ошибка отработки переменного сигнала называется динамической ошибкойСАУ. Динамическая ошибка изменяется в течении времени и зависит от структуры, параметров и характера изменения воздействия. Статическая ошибка определяется структурой, параметрами и величиной постоянного воздействия.
1.3 Структурная схема системы климат-контроля
Учитывая условия функционирования с заданными показателями качества переходных процессов, а также требуемые выходные характеристики системы можно представить структурную схему системы климат-контроля (СКК) в строгом соответствии с техническим заданием и техническими условиями эксплуатации.



Рисунок 1.4 – Структурная схема цифровой системы
Структурная схема состоит из следующих основных элементов: Д — датчик температуры; АЦП – аналого-цифровой преобразователь; Н – норма (допустимая величина температуры); СМР – компаратор; СУ – схема управления кондиционером; ИМ – исполнительный механизм (кондиционер); ОУ – объект управления (помещение); И – жидко-кристаллический индикатор.

Датчик температуры осуществляет преобразование температуры в помещении в электрический сигнал аналоговой формы… Прием сигнала и преобразование аналогового в цифровой и сравнение с допустимой величиной производится микроконтроллером, который в свою очередь управляет цепью включения кондиционера и контроллером жидко-кристаллического дисплея LCD.

Таким образом, разработав структурную схему системы улимат-контроля на первом этапе, далее необходимо выбрать ее элементы, согласовать уровни сигналов между ними, осуществить разработку схему управления электроприводом и программу управления внешними устройствами.
2 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Микроконтроллер как основной элемент

    

Характеристика микроконтроллера PIC16F877:

-    высокоскоростная RISCархитектура;

-    35 инструкций;

-    команды  выполняются  за  один  цикл,  выполняемых за два цикла.

-     тактовая частота: DC— 20МГц, тактовый сигнал DC— 200нс;

-     до 8к х 14 слов FLASHпамяти программ, до 368 х 8 байт памяти данных (ОЗУ) До 256 х 8 байт EEPROMпамяти данных;

-      система прерываний (до 14 источников);

-      8-уровневый аппаратный стек;

-      прямой, косвенный и относительный режим адресации;

-       выбор параметров тактового генератора;

-     программирование    в    готовом    устройстве;

-       широкий     диапазон     напряжений     питания от 2.0В до 5.5В.



Рисунок 2.1 — Внешний вид микроконтроллера PIC16F877
2.1.1 Характеристика периферийных модулей.

Микроконтроллер имеет следующие периферийные модули:

-     таймер     0:     8-разрядный     таймер/счетчик     с 8-разрядным  программируемым предделителем;

-     таймер   1:   16-разрядный   таймер/счетчик   с возможностью подключения        внешнего резонатора;

-     таймер     2:     8-разрядный     таймер/счетчик     с 8-разрядным программируемым предделителем и выходным делителем;

-  два модуля ССР;

-      многоканальное 10-разрядное АЦП.

-  последовательный синхронный порт MSSP;

-      последовательный      синхронно-асинхронный приемопередатчик    USART    с    поддержкой детектирования адреса.



Рисунок2.2 — Структурная схема микроконтроллера PIC16F877
2.1.2 Организация памяти.

В микроконтроллерах PIC16F87Xимеется три вида памяти. Память программ и память данных имеют раздельные шины данных и адреса, что позволяет выполнять параллельный доступ.



Рисунок 2.3-Организация памяти в микроконтроллере PIC16F877

Микроконтроллеры PIC16F87Xимеют 13-разрядный счетчик команд PC, способный адресовать 8К х 14 слов памяти программ. Физически реализовано FLASHпамяти программ 8К х 14 в PIC16F877. Обращение к физически не реализованной памяти программ приведет к адресации реализованной памяти.

Адрес вектора сброса – 0000h. Адрес вектора прерываний – 0004h.

Память данных разделена  на четыре банка,  которые содержат регистры  общего  и  специального  (SFR) назначения. Биты RP1 (STATUS) и RPO(STATUS) предназначены для управления банками данных. В таблице показано состояние управляющих битов при обращении к банкам памяти данных.

Таблица 2.1 – Банки памяти

RP1:RP

Банк

00



01

1

10

2

11

3

Объем банков памяти данных до 128 байт (7Fh). В начале банка размещаются регистры специального назначения, затем регистры общего назначения выполненные как статическое ОЗУ. Все реализованные банки содержат регистры специального назначения. Некоторые, часто используемые регистры специального назначения могут отображаться и в других банках памяти.
2.1.3 Регистры.

Обратиться к регистрам общего назначения можно прямой или косвенной адресацией, через регистр FSR.

С помощью регистров специального назначения выполняется управление функциями ядра и периферийными модулями микроконтроллера. Регистры специального назначения реализованы как статическое ОЗУ.

Врегистре STATUSсодержатся флаги состояния АЛУ, флаги причины сброса микроконтроллера и биты управления банками памяти данных.

Регистр STATUSможет быть адресован любой командой, как и любой другой регистр памяти данных. Если обращение к регистру STATUSвыполняется командой, которая воздействует на флаги Z, DCи С, то изменение этих трех битов командой заблокирована. Эти биты сбрасываются или устанавливаются согласно логике ядра микроконтроллера. Команды изменения регистра STATUSтакже не воздействуют на биты -ТО и -PD. Поэтому, результат выполнения команды с регистром STATUSможет отличаться от ожидаемого. Например, команда CLRFSTATUSсбросит три старших бита и установит бит Z(состояние регистра STATUSпосле выполнения команды 000uu1uu, где u— не изменяемый бит).

При изменении битов регистра STATUSрекомендуется использовать команды, не влияющие на флаги АЛУ (SWAPF, MOVWF, BCFи BSF).

Таблица 2.2 — Регистр STATUS

R/W-0

R/W-0

R/W-0

R-1

R-1

R/W-x

R/W-x

R/W-x

IRP

RP1

RPO

-ТО

-PD

Z

DC

с

Бит 7













Бит


бит 7:        IRP: Бит выбора банка при косвенной адресации

1 = банк 2, 3(100h-1FFh)

0       = банк 0, 1 (000h— 0FFh)

биты 6-5: RP1:RP0: Биты выбора банка при непосредственной адресации

11 = банк 3(180h-1FFh)
10 = банк 2(100h-17Fh)

01= банк 1 (080h— 0FFh)

00= банк 0 (000h— 07Fh)

бит 4:       -ТО: Флаг переполнения сторожевого таймера

1 = после PORили выполнения команд CLRWDT, SLEEP

0 = после переполнения WDT

бит 3:        -PD: Флаг включения питания

1 = после PORили выполнения команды CLRWDT

0 = после выполнения команды SLEEP

бит 2:       Z: Флаг нулевого результата

1 = нулевой результат выполнения арифметической или логической операции

0 = не нулевой результат выполнения арифметической или логической операции

бит 1:       DC: Флаг десятичного переноса/заема (для команд ADDWF, ADDWL, SUBWF, SUBWL), заем имеет инверсное значение

1 = был перенос из младшего полубайта

0 = не было переноса из младшего полубайта

бит 0:       С: Флаг переноса/заема (для команд ADDWF, ADDWL, SUBWF, SUBWL), заем имеет инверсное значение

1 = был перенос из старшего бита

0 = не было переноса из старшего бита



Рисунок2.4 — Запись значения в счетчик команд PC

13-разрядный регистр счетчика команд PCуказывает адрес выполняемой инструкции. Младший байт счетчика команд PCLдоступен для чтения и записи. Старший байт РСН, содержащий биты счетчика команд PC, не доступен для чтения и записи. Все операции с регистром РСН происходят через дополнительный регистр PCLATH. При любом виде сброса микроконтроллера счетчик команд PCочищается. На рисунке 2-5 показано две ситуации загрузки значения в счетчик команд PC. Пример сверху, запись в счетчик команд PCпроисходит при записи значения в регистр PCL(PCLATH —> РСН).
2.1.4 Порты ввода/вывода.

Некоторые каналы портов ввода/вывода мультиплицированы с периферийными модулями микроконтроллера. Когда периферийный модуль включен, вывод не может использоваться как универсальный канал ввода/вывода.

PORTA— 6-разрядный порт ввода вывода. Все каналы PORTAимеют соответствующие биты направления в регистре TRISA, позволяющие настраивать канал как вход или выход. Запись Т в TRISAпереводит соответствующий выходной буфер в 3-е состояние. Запись '0' в регистр TRISAопределяет соответствующий канал как выход, содержимое защелки PORTAпередается на вывод микроконтроллера (если выходная защелка подключена к выводу микроконтроллера).

RA4 — имеет триггер Шмидта на входе и открытый сток на выходе, мультиплицирован с тактовым входом TOCK1. Все остальные каналы PORTAимеют TTLбуфер на входе и полнофункциональные выходные КМОП буферы.

Каналы PORTAмультиплицированы с аналоговыми входами АЦП и аналоговым входом источника опорного напряжения VREF. Биты управления режимов работы каналов порта ввода/вывода PORTAнаходятся в регистре ADCON1.

Биты регистра TRISAуправляют направлением каналов PORTA, даже когда они используются как аналоговые входы. Пользователь должен удостовериться, что соответствующие каналы PORTAнастроены на вход при использовании их в качестве аналоговых входов.
Таблица 2.3 —  Функциональное назначение выводов PORTA

Обозначение вывода

№бита

Тип буфера

Описание

RA0/AN

Бит0

TTL

Двунаправленный порт ввода/вывода или аналоговый вход

RA1/AN1

бит 1

TTL

Двунаправленный порт ввода/вывода или аналоговый вход

RA2/AN2

бит 2

TTL

Двунаправленный порт ввода/вывода или аналоговый вход

RA3/AN3

Бит3

TTL

Двунаправленный порт ввода/вывода или аналоговый вход

RA4/TOCK1

бит 4

ST

Двунаправленный порт ввода/вывода, может использоваться как ТОСК1, выход с открытым стоком

RA5/-SS/AN4

бит 5

TTL

Двунаправленный порт ввода/вывода или вход выбора синхронного последовательного порта или



Обозначение: ST= вход с триггером Шмидта; TTL= входной буфер TTL.

    

2.1.5 Система команд.

Каждая команда микроконтроллеров PIC16F87Xсостоит из одного 14-разрядного слова, разделенного на код операции (OPCODE), определяющий тип команды и один или несколько операндов, определяющие операцию команды. Команды разделены на следующие группы: байт ориентированные команды, бит ориентированные команды, команды управления и операций с константами [22, 23]. Описание полей кода операции смотрите в таблице 4.6.

Для байт ориентированных команд ‘f’ является указателем регистра, а ‘d’ указателем адресата результата. Указатель регистра определяет, какой регистр должен использоваться в команде. Указатель адресата определяет, где будет сохранен результат. Если 'd'=0, результат сохраняется в регистре W. Если 'd'=1, результат сохраняется в регистре, который используется в команде.

 Система команд аккумуляторного типа, ортогональна и разделена на три основных группы:

-    байт ориентированные команды;

-    бит ориентированные команды;

-    команды управления и операций с константами.

Все команды выполняются за один машинный цикл, кроме команд условия, в которых получен истинный результат и инструкций изменяющих значение счетчика команд PC. В случае выполнения команды за два машинных цикла, во втором цикле выполняется инструкция NOP. Один машинный цикл состоит из четырех тактов генератора. Для тактового генератора с частотой 4 МГц все команды выполняются за 1мкс, если условие истинно или изменяется счетчик команд PC, команда выполняется за 2мкс.
Таблица 2.4 -Описание полей кода операции

Поле

Описание

f

Адрес регистра (от 0x00 до 0x7F)

w

Рабочий регистр (аккумулятор)

b

Номер бита в 8-разрядном регистре

k

Константа (данные или метка)

X

Не имеет значения (0 или 1 ). Ассемблер генерирует х=0 для совместимости программы микроконтроллера с инструментальными средствами

d

Указатель адресата результата операции:

d= 0 — результат сохраняется в регистре w

d= 1 — результат сохраняется в регистре f

По умолчанию d= 1

label

Имя метки

dest

Приемник, регистр wили регистр памяти

[]

Дополнительные параметры



Содержимое

->

Присвоение



Битовое поле

     Структура команд имеет следующий вид:



Рисунок 2.5 — Форма команд трех основных групп    продолжение
--PAGE_BREAK--
2.2 Термодатчик
DS
1820

Термодатчики типа DS18x20, выпускаемые фирмой DallasSemiconductor, предназначены для совместной работы с микрокон­троллерными устройствами. Разработанный фирмой однопроводной интер­фейс (l-WireBus) использует одну линию передачи данных, которые удобно обрабатывать микроконтроллерами [2].

Датчик температуры DSl820представляет собой специализированный микроконтроллер, который имеет установку кон­фигурации, вычислительное устройство, память программ, память данных и реакцию на внешнее воздействие. При этом внешнее управляющее воздействие выполняет микропроцессор PIC16 F877 приема и обработки данных.

Термодатчики  DS1820  имеют следующие технические характеристики:

— индивидуальный 64-битный идентификационный номер;

— напряжение питания от +3 до +5,5 В;

— измеряемая температура от -55 до + 125°С;

— погрешность измерения температуры в диапазоне -10...+85°С не более 0,5°С;

— информация о температуре выдается 9-битным кодом;

— установка пороговых значений температуры по максимуму и минимуму;

— максимальное время преобразования температуры в код 750 мс;

— возможность питания от высокого уровня шины данных;

— термодатчики не требуют индивидуальной настройки при замене.

Термодатчики выпускают в двух типах корпусов: ТО-92 и SOIC. Наиболее удобный для применения в выносном варианте трехвыводной корпус ТО-92.

Назначение выводов: 1 (5) — общий (земля), 2 (4) — вход/выход, 3 (3) — плюс питания. В скобках указаны номера выводов для восьмивыводного корпуса SOIC.     

Принцип работы термодатчика основан на сравнении частот двух внут­ренних генераторов. Один генератор выдает постоянную частоту независимо от температуры, а частота второго генератора изменяется в зависимости от температуры корпуса термодатчика. Путем вычислений формируется выход­ной код, который включает и информацию о знаке температуры.

Для начала работы с термодатчиком управляющий микроконтроллер дол­жен инициализировать его посылкой необходимых команд. Перечень основных команд термодатчика:

Fh— поиск ROM(SearchROM) — команда выдается управляющим микроконтроллером для определения числа и типа термодатчиков, подключенных к одной линии.

33h— чтение ROM(ReadROM) — команда инициализирует термодатчик для генерации в линию идентификационного номера. Эту команду нельзя посылать, если к одной линии связи подключено несколько термодатчиков. Прежде чем подключить несколько датчиков на одну линию, необходимо для каждого датчика определить его личный номер с использованием данной команды.

55h— идентификация ROM(MatchROM) — команда выдается перед 64-битным идентификационным номеромпод­тверждает обращение именно к этому термодатчику. Все последующие коман­ды будут восприниматься только одним датчиком до команды обнуления ли­нии.

CCh— пропуск ROM(SkipROM) — команда может использоваться, когда необходимо обратиться ко всем датчикам, расположенным на одной линии, или когда к линии подключен только один датчик. Общей для многих датчиков может быть команда начала преобразования температуры. При обращении к одному термодатчику коман­да позволяет упростить программу за счет того, что пропускается громоздкая подпрограмма идентификации кода и вы­числения кода четности.

ECh— поиск аварии (AlarmSearch) — действие команды аналогично команде «Поиск ROM», но отвечает на нее термодатчик, если измеренная температура выходит за пределы предваритель­ных установок по максимуму и минимуму.

44h— начало преобразования температуры (ConvertТ) — команда разрешает преобразование температуры и запись результата в блокнот. От подачи этой команды до считывания необходимо выдержать паузу, не­обходимую для преобразования с установленной точностью.

Beh— чтение блокнота (ReadScratchpad) — вблокноте содержится 8 байт информации (рисунок 2.6). Если нужна инфор­мация только о температуре, то считывается 9 бит. Термодатчик будет выда­вать информацию до тех пор, пока управляющий микроконтроллер не выдаст в линию нулевой импульс.



Рисунок 2.6 – Карта памяти термодатчика DS1820

4Eh  — запись в блокнот (WriteScratchpad) — после этой команды управляющий микроконтроллер должен послать два байта для записи в блокнот максимальной ТН и минимальной TLтемперату­ры ограничения по максимуму и минимуму. Все 16 бит необходимо переда­вать непрерывно без обнуления линии.

48Н — копирование блокнота (CopyScratchpad) — после этой команды минимальная (TL) и максимальная (ТН) установлен­ные значения температур переписываются в энергонезависимую память (EEPROM). После отключения напряжения питания записанные значения! сохранятся в памяти.

B8h— восстановление (RecallВ2) — команда необходима для копирования значений температуры из. EEPROMв рабочую зону блокнота. При выполнении восстановления термо­датчик выдает в линию низкий уровень, а после окончания записи — высокий.

B4h— питание от линии (ReadPowerSupply) — после этой команды термодатчик переходит к питанию от линии. В составе термодатчика имеется конденсатор, который заряжается от высокого уровня линии.

Перед опросом термодатчика управляющим микроконтроллером необходимо выдержать время, необходимое для заряда конденсатора.

Микроконтроллерный термодатчик тактируется внутренним генератором частотой 4 МГц и рассчитан на работу с управляющим микроконтроллером, который должен тактироваться такой же частотой.

Термодатчик работает на пониженных частотах из-за большого разброса дли­тельности импульсов принятого в интер­фейсе формата обмена данными между термодатчиком и управляющим микро­контроллером.

Передача данных по однопроводной шине выполняется импульсами нулево­го уровня, но различной длительности. Импульс воспринимает­ся как логическая 1, если его длительность не превышает 15 мкс (рисунок 2.7). Если дли­тельность импульса больше 15 мкс, то он воспринимается как логический 0.



Рисунок 2.7 – Импульсы логического 0 и 1

Длитель­ность одного бита информации приня­та равной 60 мкс. Отсюда и разброс возможных длительностей импульсов: лог. 0 — I...15 мкс, лог. 1 — 15...60 мкс. Для того чтобы термодатчик подго­товить к приему информации, управ­ляющий микроконтроллер должен по­слать в линию импульс обнуления (Reset) (рисунок 2.8).



Рисунок 2.8 – Импульс обнуления термодатчика

Импульс обнуления должен иметь длительность 480...960 мкс. В ответ на обнуление линии термодат­чик посылает импульс присутствия (Presence). Если в устройстве не преду­смотрено отключение датчика, то им­пульс присутствия для упрощения про­граммы можно не проверять, а запол­нить это время (около 100 мкс) паузой. Длительность импульса Presenceможет быть в пределах 60...240 мкс.

Если к одной линии подключено несколько термодатчиков, то проверка импульса присутствия обязательна. Перед приемом каждого бита информации с датчика, микроконтроллер управления  PICдолжен послать короткий импульс го­товности (запроса) длительностью 1...3 мкс.

Обмен данными и командами начинается с младшего бита. Формат реги­стров термодатчика показан на рисунке 2.9.

Младший регистр температуры LS

26

25

24

23

22

21

20

2-1

Старший регистр температуры MS(знаковый)

S

S

S

S

S

S

S

S

Регистры установки ограничения температуры TH, TL

S

26

25

24

23

22

21

20



Рисунок 2.9 – Формат регистров термодатчика DS1820

Младший регистр температуры (LS) несет информацию о температуре. В нулевой бит записана информация о де­сятых долях температуры. Если нулевой бит единичный, то десятые доли рав­ны 0,5°С.

Старший регистр температуры (MS) содержит информацию о знаке температуры, Дели значения регистра нулевые, то знак температуры положи­тельный, и наоборот.

Поскольку все биты регистра MSодинаковы, то доста­точно считать только младший бит, т.е. длина слова от термодатчика составляет 9 бит = 8 бит (температура LS) + 1 бит знаковый (MS).

Регистры установки ограничения температуры Тн, TLнесут информацию только о целых значениях температуры. В седьмом бите записывают информацию знаке температуры. При отрицательной температуре в седьмой бит необходимо записать единицу.

Таблица 2.5 – Значения кодов термодатчика при различной температуре

Температура

Формируемый

двоичный код

Шестнадцатиричный код

+85,0о С

+25,0oC

 +0,5oC

       0oC

   -0,5oC

 -25,0oC

-55,0o C

0000 0000  1010 1010

0000 0000  0011 0010

0000 0000  0000 0001

0000 0000  0000 0000

1111 1111  1111 1111

1111 1111  1100 1110

1111 1111  1001 0010

00ААh

0032h

0001h

0000h

FFFFh

FFCEh

FF92h


В таблице 2.5 приведен пример принимаемых кодов при различных температу­рах. Для того чтобы получить значение температуры при минусовых темпера­турах, необходимо принятую информацию перевести в дополнительный код. Для перевода в дополнительный код необходимо принятый код инвертиро­вать и прибавить единицу. Например, для значения 1111 1111 получим 0000 0001, т. е. 0.5°С, но со знаком минус.

Последовательность действий управляющего микроконтроллера PICпри считывании температуры с одного термодатчика DS1820:
1) послать сигнал обнуления линии (480…960 мкс);

2) принять импульс присутствия или заполнить паузой (60…240 мкс);

3) послать команду пропуска идентификации 0хССh;

4) послать команду начала преобразования 0х44h;

5) пауза не менее 500 мкс для завершения процесса преобразования;

6) обнулить линию;

7) послать команду пропуска идентификации 0хССh;

8) послать команду считывания блокнота 0х0Вh;

9) принять 9 байт;

10) проанализировать бит знака;

11) если знак отрицательный, то перевести значение температуры в      дополнительный код.

Программа управления термодатчиком приведена в параграфе 3.2.
2.3 Схема стабилизатора напряжения питания
Предлагается схема стабилизации напряжения питания вдопустимых пределах изменения рабочих напряжений от 180 до 250 В, т.е. ± 10% от 220В. Необычность и оригинальность схемы состоит в отсутствии понижающего трансформатора, что, естественно, приводит к уменьшению размеров схемы, но приводит к ограничению температурных условий эксплуатации из-за наличия электролитических конденсаторов.

Схема устройства показана на рисунке 2.10. Источник питания для микроконт­роллера, термодатчика и ЖКИ построен по схеме, предложенной О. Ховайко. Конденсаторы С1 и С2, СЗ выполняют роль делителя входного переменного напряжения. Напряжение на электролитических конденсаторах С2, СЗ будет равно 5,5 В, а после диодного моста VD1—VD4 и фильтрации конденсатором С4 повышается до 11 В, подаваемое на регулируемый стабилизатор тока и напряжения ДА1 (КР 142ЕН12А). Стабилизатор с регулируемым выходным напряжением на микро­схеме КР142ЕН12А установлен для того, чтобы была возможность точно вы­ставить напряжение питания, равное 5,12 В. Точную регулировку напряжения выполня­ют переменным резистором R5.



Рисунок 2.10 – Схема стабилизации напряжения и тока источника питания
2.4 Схема системы климат-контроля
На основании структурной схемы, полученной в первой главе, выбранных элементов и схемы источника питания можно приступить к разработке системы климат-контроля. Будем считать заданным электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением и  жидкокристаллический индикатор типа МТ-16S2H.



Рисунок 2.11 – Схема системы климат-контроля
Микроконтроллер DD2 через вывод 5 порта А соединен с микросхемой DD1 термодатчика на вывод 2, по которому передаются данные о температуре. Соединение с микросхемой DD3 жидкокристаллического индикатора осуществляется через выводы RB0-RB7 порта В, а управление индикатором через выводы RE0-RE2 порта Е. Регистр R1 индикатора служит для изменения подсветки табло. Микроконтроллер  осуществляет управление включением кондиционера через гальваническую связь – оптронную пару U1 типа MOC3043. Замыкание якорной цепи двигателя происходит с помощью контактов управляющего пускового реле К1 типа РПУ-2. Система начинает функционировать после нажатия кнопки «Пуск». Программы измерения температуры, управление индикацией и двигателем постоянного тока (ДПТ) приведены в третьей главе.
3 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
3.1 Программа управления ЖКИ типа
MT
-16
S
2
DH

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ), иначе, жидкокристаллические дисплеи (ЖКД) или LCD-индикаторы (liquidcrystaldisplay) практически полностью заменили светодиодные индикаторы во многих устройствах. Единственным недостатком ЖКИ является то, что им трудно пользоваться при малой освещенности.

В настоящее время широко применяется двухстрочный ЖКИ MT-16S2DHс контроллером HD44780 фирмы Hitachi. Если необходим дисплей на четыре строки по 40 символов, то можно включить блок управления М50530 или пару контроллеров HD44780. Индикатор имеет 14 выводов.

Таблица 3.1 — Выводы подключения ЖКИ

вывод

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Функ.

Gnd

Vdd

V0

RS

R/W

E

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7



Напряжение питание нормировано и составляет 5В. На вывод Vподается напряжение регулировки контрастности табло через подстроечный резистор 10 кОм, включенный между «землей» и выводом Vdd. Модуль HD44780 содержит два регистра: регистр команд IR(InstractionRegister) и регистр данных DR(DataRegister).

Выбор регистров осуществляется путем подачи сигнала управления от микроконтроллера  на вывод RS: если RS= 0, то будет подключен регистр команд, а если RS= 1, то регистр данных. Вывод R/W– чтение — 1/запись — 0, а вывод Е (Enable) – для строб-сигнала положительной полярности (+5В) длительностью не менее 450 нс, в течение которого записываются передаваемые биты.



Рисунок 3.1 – Схема подключения ЖКИ к микроконтроллеру

Как правило, в микроконтроллерных системах управления  для задания режимов функционирования ЖКИ используется порт Е (Е0, Е1 и Е2),  питание и подсветка подключаются напрямую — +5В, а данные или команды подаются от любого свободного порта.

Регистр команд IRвыполняет следующие функции: смещение курсора, гашение табло или установку адреса ин­дикатора. Регистр данных DRслужит для промежуточного хранения дан­ных, которые затем с помощью внутренних операций автоматически передаются впамять отображаемых данных (DD— DisplayData) или в память знакогенерато­ра (CG— CharacterGenerator).

В начале каждого сброса данных на ЖКИ необходимо убедится в его свободности по флагу занятости (разряд 7). Установленный флаг занятости (лог. 1) означает, что модуль HD44780 занят выполнением внутренней операции и в данный момент к приему не готов.

Считывание данных из памяти DDили CGвыполняется через регистр данных DR. После того как микроконтроллер записывает некоторый адрес в регистр IR, байт данных, расположенный в памяти по этому адресу, с помощью внутренней операции переписывается в регистр DR. Процесс чтения завершается считываниембайта данных из этого регистра. Когда текущая операция чтения завершена, с помощью функции автоинкремента в регистр данных DRзаписывается байт данных, извлеченный из памяти по следующему адресу, который будет использован при очередном считывании.

Счетчик адреса, по сути, состоит из двух частей и содержит текущий адрес как в памяти DD-RAM, так и в памяти CG-RAM. После того как в регистр IRзаписана команда установки адреса DD-RAMили CG-RAM, этот адрес с помощью внутренней операции автоматически переносится в соответствующий счетчик. Когда запись в память DD/CG(или чтения из нее) завершена, соответствующий счетчик автомата инкрементируется.

В модуле HD44780 используется две разные памяти:

— DD-RAM— для хранения отображаемых данных;

— CG-RAM— для хранения битовых комбинаций, которые соответствуют матрице размером 5x8 или 5x10 (определяет форму символа).

Доступ как к одной, так и к другой памяти осуществляется по текущему адресу, хранимому в счетчике адреса.

Емкость памяти  DD-RAMсоставляет 80 знаков, представленных в  8-разрядной ASCII-кодировке. Из них на двухстрочном табло могут быть одновременно отображены 16 символов в каждой строке, однако с помощью операции сдвига последующие символы также могут оказаться в отображаемой области (выделено жирным).

Таблица 3.2 – Двухстрочное табло ЖКИ

Позиция

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17



39

40

Адрес DD-RAM

00

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0A

0B

0C

0D

0E

0F

10

..

26

27

Адрес DD-RAM

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

4A

4B

4C

4D

4E

4F

50

..

66

67



Первая строка начинается с адреса 00Н, а вторая — с адреса 40Н. Память разбита на две половины по 40 байт каждая, причем между последним адре­сом первой строки и первым адресом второй строки есть разрыв в 24dбайта.

После сдвига влево первая строка начинается с адреса $01, а вторая строка — с адреса $41, а после сдвига вправо первая строка начинается с адреса $27, а вто­рая строка — с адреса $67.

     Знакогенератор — это память типа ROM, предназначенная для хранения би­товых комбинаций, соответствующих матрице размерами 5x8 или 5x10. В этой памяти можно хранить информацию о 208 символах (матрица 5x8).

В модуле HD44780 реализуются следующие функции:

— начальная инициализация: DL= 1 — 8-разрядный интерфейс, N = 1 -

  двухстрочное табло, F= 0 — матрица 5x8;

— управление табло: D= 0 — табло отключено, С = 0 — курсор отключен,

   В = 0 — мерцание отключено;

— очистка табло;

— режим ввода данных: I/D= 1 — инкремент на 1; S= 0 — нет сдвига тa6ло.

Блок – схема программы инициализации ЖКИ имеет вид, представленный на рисунке 3.2.



Рисунок 3.2 – Блок-схема инициализации ЖКИ

Прежде чем разрабатывать программу инициализации необходимо привести полный перечень команд/инструкций для ЖКИ, которые приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 — Система команд HD44780

Команда

Код

Описание

Время

выполнения

Очистка индикатора
Возврат курсора
Установка режима ввода
Вкл/выкл индикатора
Сдвиг курсора или

позиции знакоместа
Функциональная настройка
 Установка адреса CGRAM

Установка адреса DRAM      

Считывание флага

занятости

Запись данных
Считывание данных

0000 0001
  0000 0010
0000 0AS0
0000 1DCB
0001 SR00
001L NF00
01ХХХХХХ
10ХХ ХХХХ
В000 0000
Данные
Данные

                                  

Очищает   индикатор   и   возвращает курсор в исходное положение

Возвращает курсор в исходное положение

Устанавливает   направление   перемещения (А = 1 приращение) и сдвига (S = 1 сдвиг) курсора

Включает/выключает индикатор (D = 1 вкл) (С = 1 курсор включен) (В = 1 курсор мигает)

Устанавливает перемещение курсора и сдвиг позиции знакоместа (S =1 сдвиг позиции) (S = 0 R= 1 перемещения курсора вправо

Программирование знакоместа (L = 1 восемь разрядов, L = 0 четыре), (N — 1 две строки) (F = 1 мат­рица 5x10 точек, F = 0 матрица 5x7 точек)

Устанавливает адрес ОЗУ генератора символов (CG)

Устанавливает адрес ОЗУ LCD

Считывает   флаг   занятости   (В = 1 занят)

Записывает   данные   на LCD

 или в ОЗУ генератора символов

Считывает данные с LCD или

ОЗУ генератора символов                         

1,64 мс
1, б4 мс
40 мкс
40 мкс
40 мкс
40 мкс
40 мкс
40 мкс
0
40 мкс
40 мкс





Ниже приводится программа управления ЖКИ: инициализация, затем опрос занятости и сброс на первую строку дисплея слова «PRIVET.», пользуясь DD-RAMи слова «Привет!» с помощью символов CG-RAM.

include  

include 

; ===================================

; Переменные   управления   индикатором

; ===================================

;

LCD_DATA         EQU         PORTB

LCD_   DATA   TRIS    EQU         TRISB

LCD_CNTL         EQU         PORTЕ

E       EQU         1

RRWEQU         0

RS     EQU         2

TEMPI1      EQU  0x0 30

; =========================================

;        Начало       кода

; =========================================

ORGRESET_V

nор

RESET   GOTO      START

; =========================================

;        Начало   исполняемого   кода   с   адреса   100h

; =========================================

ORG        100h

START

CLRF      STATUS

CLRF  PORTB

CLRF  FORTE

BSF   STATUS, RPO

CLRF         TRISB

CLRF         TRISE

BCF  STATUS, RPO

; ==========================================

;        Инициализацияиндикатора

; ==========================================

CLRF         LCD_CNTL

DISPLAY_INIT

MOVLW 0x038                    ; Выбираем 8-ми битный интерфейс

MOVWF LCD_DATA

BSF         LCD_CNTL, E    

BCF         LCD_CNTL, E

LCD_DELAY

MOVLW LCD_INIT_DELAY

MOVWF MSD

CLRF       LSD
               CLRF    LSD
LOOP 2

DECFSZ   LSD, F               ; Delay time = MSD * ((3 * 256) + 3) * Тсу

GOTO      LOOP2

DECFSZ   MSD,F
END_LCD_DELAY

GOTO      LOOP2
CMD_SEQ

MOVLW 0x38

MOVWF  LCD_DATA

BSFLCD_CNTL, E

BCF          LCD_CNTL, E

MOVLW    DISP_ON

CALL         SEND_CMD

MOVLW   CLR_DISP

CALL  SEND_CMD

MOVLW    ENTRY_INC

CALL         SEND_CMD

MOVLW    DD_RAM_ADDR

CALL         SEND_CMD

; ====================================

;        Начало работы

; ====================================

CALL         FUNCTION

GOTO         START

FUNCTION

MOVLW 'P'

CALL         SEND_CHAR

MOVLW 'R’

CALL         SEND_CHAR

MOVLW 'I'

CALL        SEND_CHAR

MOVLW 'V'

CALL         SEND_CHAR

MOVLW 'E’

CALL         SEND_CHAR

MOVLW 'T’

CALL         SEND_CHAR

MOVLW '.’

CALL         SEND_CHAR

MOVLW       B'11000000'

CALL        SEND_CMD

MOVLW h'A8'

CALL         SEND_CHAR

MOVLW h'50’

CALL        SEND_CHAR

MOVLW h'A5’

CALL         SEND_CHAR

MOVLW h'4 2'

CALL         SEND_CHAR

MOVLW h'45'

CALL         SEND_CHAR

MOVLW h'54 '

CALL         SEND_CHAR

                   MOVLW h'21'

RETURN

; =====================================

; Подпрограмма вывода символа на экран ЖКИ

; =====================================

SEND_CHAR

MOVWF        CHAR

CALL   BUSY_CHECK

MOVF CHAR, W

MOVWF        LCD_DATA

BCF      LCD_CNTL, RRW

BSF      LCD_CNTL, RS

BSF      LCD_CNTL, E

BCF      LCD_CNTL, E

RETURN

; ===================================

; Подпрограмма передачи команды на ЖКИ

; ===================================

SEND_CMD

MOVWF CHAR

CALL         BUSY_CHECK

MOVF  CHAR, W

MOVWF  LCD_DATA

BCF  LCD_CNTL, RRW

BCF  LCD_CNTL, RS

BSF   LCD_CNTL, E

BCF  LCD_CNTL,E
RETURN

; ===================================================

; Подпрограмма ожидания разрешения от ЖКИ на передачу

; символа или команды

; ==================================================
BUSY_CHECK

BSF   STATUS,RPO

MOYLW    0xFF

MOVWF    LCD_DATA_TRIS

BCF  STATUS, RPO

BCF  LCD_CNTL, RS

BSF   LCD_CNTL, RRW

BSF   LCD_CNTL, E

BCF  LCD_CNTL, E

MOVF        LCD_DATA, W                                                   

MOVWF    TEMPI

BCF  TEMPI, 7

BTFSC       TEMPI, 7

GOTO             BUSY_CHECK

BCF  LCD_CNTL, RRW

BSF   STATUS, RPO

MOVLW    0x00

MOVWF    LCD_DATA_TRIS

BCF  STATUS, RPO

RETURN

end    продолжение
--PAGE_BREAK--