Разработка микропроцессорной системы на базе микроконтроллера для терморегулятора аквариума (стр. 1 из 3)

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка состоит из 47 страниц, 12 рисунков, 7 источников.

Микроконтроллер, Жидкокристаллический индикатор, Термоэлектрический Датчик, ДИОД

Цель работы: разработка микропроцессорной системы на базе микроконтороллерадля автоматической регулировки температуры в аквариуме. Высокая точность регулировка, низкая инертность термоэлектрических датчиков позволяет более точно и глубоко поддерживать стабильную температуру в аквариуме, контролируя постоянно показания температуры на жидкокристаллическом индикаторе. Более высокая точность поддержания температуры достигается благодаря введению в схему двух датчиков и двух нагревателей.

Содержание работы: в работе выполнено построение структурной схемы, построение функциональной схемы, сформирован алгоритм работы системы, выбор элементной базы, оптимальной для реализации поставленных задач по диапазону характеристик, разработана программа, разработана принципиальная схема устройства.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Описание объекта и функциональная спецификация

2. Описание структуры системы

3. Описание ресурсов МК PIC16F84А

4. Разработка алгоритма работы устройства

5. Ассемблирование

6. Программирование микроконтроллера

7. Описание функциональных узлов МПС

8. Описание выбора элементной базы и работы принципиальной схемы

Заключение

Список литературы

Приложение А. Листинг программы и объектный файл

Приложение Б. Коды прошивок микроконтроллера

Приложение В. Схема принципиальная электрическая

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной работы явилась разработка прибора, предназначенного для автоматического регулирования температуры. Главная особенность терморегуляторов - простота схем при существенно более широких, чем у распространенных аналоговых, функциональных возможностях, отсутствие необходимости регулировки и настройки при изготовлении и эксплуатации.

Но наиболее существенным достоинством таких регуляторов является их исключительно простая модификация, - на основе практически одинаковых схемных и конструктивных решениях, могут быть построены регуляторы для самых различных применений, что резко упрощает их разработку, а, следовательно, и стоимость. Требуется лишь изменение программного обеспечения и, возможно, исполнительных узлов.

Среднетемпературные терморегуляторы предназначены для автоматического измерения и поддержания стабильной температуры, например, в термостатах, инкубаторах, теплицах и т.п.

Регуляторы температуры, или, как их еще называют, терморегуляторы, предназначены для поддержания заданной температуры жидкости (например, фотораствора, воды в аквариуме, воды в системе электрического водяного отопления), воздуха в теплице, в жилом помещении и пр. Принцип работы любого терморегулятора состоит в плавном или скачкообразном изменении мощности нагревательного элемента в соответствии с температурой датчика.

Существуют терморегуляторы со скачкообразным изменением мощности, при нагрузке которых нагревательный элемент отключается, как только температура датчика достигает определенного значения, и выключается при понижении температуры до ее заданного значения. Нагревательный элемент при этом находится в одном из двух состояний: включен или выключен, поэтому регулятор с таким законом управления часто называют релейным.

В настоящее время более тридцати зарубежных фирм выпускают микроконтроллеры массового применения с разрядностью 8 бит, недорогие и пригодные для использования в самых разнообразных приложениях. Однако именно микроконтроллеры серии РІС фирмы Microchip® TechnologyInc. переживают последние три-четыре года в Украине поистине взрывной рост популярности. Эти микроконтроллеры также крайне популярны во всем мире, как у производителей электронной техники, так и среди радиолюбителей.

В чем же причина такой популярности? Конечно, не последнюю роль сыграли правильная маркетинговая политика, мощная и продуманная поддержка разработчиков со стороны фирмы и низкая стоимость микросхем. Кроме этого, сам продукт обладает целым рядом неоспоримых достоинств. Микроконтроллеры РІС фирмы Microchip® объединили в себе все передовые технологии, применяемые в производстве микроконтроллеров: развитую RISC-архитектуру, минимальное энергопотребление при высоком быстродействии, ППЗУ, программируемое пользователем, функциональную законченность.

Четкая и продуманная внутренняя структура контроллеров и небольшая, но мощная система команд с интуитивно понятной мнемоникой значительно облегчают процесс изучения контроллеров РІС и написание для них программ.

В данном курсовом проекте реализована микропроцессорная система на базе микроконтроллера для терморегулятора аквариума. Проект основывается на микроконтроллере PIC16F84А.

1. Описание объекта и функциональная спецификация

Устройство отличается от известных измерителей температуры на DS1820 возможностью одновременной регулировки температуры в двух точках с точностью ±0,5° в интервале температур от -10 до +85 °С, малым временем реагирования 11,4 мс по сравнению с 1 с у прототипов. Устройство предназначено для работы с нагревателями и может быть использовано, например, для регулировки температуры в инкубаторе (выводной и инкубационный), аквариумах (видовой и нерестовый), в овощехранилищах в зимнее время или просто как измеритель температуры в доме и на улице.

Микроконтроллерный термометрический датчик DS1820 рассчитан на измерение температуры от -55 до +125 °С, но на границах предела точность измерения ухудшается до +2 °С. Управление нагревателями выполняется по принципу цифрового компаратора.

На однорядном ЖК-дисплее индикатора можно одновременно наблюдать текущую температуру в двух точках, температуру в различных точках и ее установленное значение. Прием данных, их обработка и выдача на индикатор выполняются микроконтроллером PIC16F84A.

Функциональная спецификация

1. Входы

a. 2 микроконтроллерных термометрических датчика DS1820

b. Кнопка запуска (включение питания)

c. Кнопка «Режим»

d. Кнопка «Установка»

e. Кнопка «Разряд»

2. Выходы

a. Жидкокристалический индикатор

b. Оптопары для управления нагрузкой (тенами, нагревателями)

3. Функции

a. Запись программы в память

b. Сравнение температуры термометрических датчиков с данными занесенными при установки программы

c. Включение нагрузки (тенов)

d. Индикация температуры на жидкокристаллическом индикаторе

e. Индикация программируемых данных (температуры)

2. Описание структуры системы

После определения входов и выходов устройства разработана структурная схема устройства.

Структурная схема регулятора температуры для аквариума показана на Рис. 1.

Датчики

Тены Оптопары

Жидкокрислаллический индикатор

Сеть

Рис.1. Структурная схема регулятора температуры для аквариума

3. Описание ресурсов МК PIC16F84А

В курсовом проекте был выбран однокристальный 8-разрядный FlashCMOS микроконтроллер PIC16F84А.

PIC16F84А - это 8-pазpядные микpоконтpоллеpы с RISC аpхитектуpой, пpоизводимые фиpмой Microchip Technology. Это семейство микpоконтpоллеpов отличается низкой ценой, низким энеpгопотpеблением и высокой скоpостью. Микpоконтpоллеpы имеют встpоенное ЭППЗУ пpогpаммы, ОЗУ данных и выпускаются в 18 и 28 выводных коpпусах.

Микpоконтpоллеpы семейства PIC имеют очень эффективную систему команд, состоящую всего из 35 инстpукций. Все инстpукции выполняются за один цикл, за исключением условных пеpеходов и команд, изменяющих пpогpаммный счетчик, котоpые выполняются за 2 цикла. Один цикл выполнения инстpукции состоит из 4 пеpиодов тактовой частоты. Таким обpазом, пpи частоте 4 МГц, вpемя выполнения инстpукции составляет 1 мксек. Каждая инстpукция состоит из 14 бит, делящихся на код опеpации и опеpанд (возможна манипуляция с pегистpами, ячейками памяти и непосpедственными данными).

Высокая скоpость выполнения команд в PIC достигается за счет использования двухшинной Гаpваpдской аpхитектуpы вместо тpадиционной одношинной Фон-Hеймановской. Гаpваpдская аpхитектуpа основывается на набоpе pегистpов с pазделенными шинами и адpесным пpостpанством для команд и для данных. Hабоp pегистpов означает, что все пpогpаммные объекты, такие как поpты ввода/вывода, ячейки памяти и таймеp, пpедставляют собой физически pеализоваенные аппаpатные pегистpы. Использование Гаpваpдской аpхитектуpы позволяет достичь высокой скоpости выполнения битовых, байтовых и pегистpовых опеpаций. Кpоме того, Гаpвадская аpхитектуpа допускает конвейеpное выполнение инстpукций, когда одновpеменно выполняется текущая инстpукция и считывается следующая. В тpадиционной же Фон-Hеймановской аpхитектуpе команды и данные пеpедаются чеpез одну pазделяемую или мультиплексиpуемую шину, тем самым огpаничивая возможности конвейеpизации, внутpенние физические и логические компоненты, из котоpых состоит PIC16FXX аналогичны любому дpугому микpоконтpоллеpу Гаpваpдская аpхитектуpа и большая pазpядность команды позволяют сделать код для PIC значительно более компактным, чем для дpугих микpоконтpоллеpов и существенно повысить скоpость выполнения пpогpамм.