|
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ |
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники " МИРЭА
|
||
Факультет Кибернетика
Кафедра Автоматических систем
Отчет о прохождении преддипломной практики
Выполнил:
студент группы
КУБ-1-11,
Голиков А. М.
шифр 111247
Проверил:
к.т.н., доцент Алёшин А. В.
МОСКВА – 2015
Преддипломная практика заключалась в написании выпускной работы бакалавра. В качестве отчёта, предлагается глава пояснительной записки выпускной работы «Выбор контроллера и датчиков для системы автоматической регистрации климатических параметров»
Техническое задание на прибор:
Прибор должен измерять температуру, влажность, атмосферное давление, а также показывать время и дату в текущий момент времени.
Диапазон измерения абсолютного атмосферного давления: 50-100 кПа (-500 и +9000 метров относительно уровня моря)
Диапазон измерения относительной влажности воздуха: 20-90%;
Диапазон измерения температуры: -30 - +80 0С;
Погрешность измерения атмосферного давления: ±1,5;
Погрешность измерения относительной влажности воздуха: %. ±5;
Погрешность измерения температуры: ±2;
Напряжение питания: 5 В;
Общая схема устройства.
ДВ – датчик влажности
ДТ – датчик температуры
ДД – датчик давления
МП – микропроцессор
ЖКИ – жидкокристаллический дисплей
Платформа
Arduino – плата с микроконтроллером и памятью, а также с множеством контактов для подключения всевозможных датчиков. Программирование осуществляется в бесплатной официальной среде Arduino IDE на С++.
Arduino – это инструмент для проектирования электронных устройств (электронный конструктор) более плотно взаимодействующих с окружающей физической средой, чем стандартные персональные компьютеры, которые фактически не выходят за рамки виртуальности. Это платформа с открытым программным кодом, построенная на простой печатной плате с современной средой для написания программного обеспечения.
Arduino применяется для создания электронных устройств с возможностью приема сигналов от различных цифровых и аналоговых датчиков, которые могут быть подключены к нему, и управления различными исполнительными устройствами.
Среда разработки Arduino. Arduino ide.
Среда разработки Arduino состоит из встроенного текстового редактора программного кода, области сообщений, окна вывода текста(консоли), панели инструментов с кнопками часто используемых команд и нескольких меню. Для загрузки программ и связи среда разработки подключается к аппаратной части Arduino.
Программа, написанная в среде Arduino, называется скетч. Скетч пишется в текстовом редакторе, имеющем инструменты вырезки/вставки, поиска/замены текста. Во время сохранения и экспорта проекта в области сообщений появляются пояснения, также могут отображаться возникшие ошибки. Окно вывода текста(консоль) показывает сообщения Arduino, включающие полные отчеты об ошибках и другую информацию. Кнопки панели инструментов позволяют проверить и записать программу, создать, открыть и сохранить скетч, открыть мониторинг последовательной шины.
Загрузка скетча в Arduino
Перед загрузкой скетча требуется задать необходимые параметры в меню Tools > Board и Tools > Serial Port. Платформы описываются далее по тексту. В ОС Mac последовательный порт может обозначаться как dev/tty.usbserial-1B1 (для платы USB) или /dev/tty.USA19QW1b1P1.1 (для платы последовательной шины, подключенной через адаптер Keyspan USB-to-Serial). В ОС Windows порты могут обозначаться как COM1 или COM2 (для платы последовательной шины) или COM4, COM5, COM7 и выше (для платы USB). Определение порта USB производится в поле Последовательной шины USB Диспетчера устройств Windows. В ОС Linux порты могут обозначаться как /dev/ttyUSB0, /dev/ttyUSB1.
После выбора порта и платформы необходимо нажать кнопку загрузки на панели инструментов или выбрать пункт меню File > Upload to I/O Board. Современные платформы Arduino перезагружаются автоматически перед загрузкой. На старых платформах необходимо нажать кнопку перезагрузки. На большинстве плат во время процесса будут мигать светодиоды RX и TX. Среда разработки Arduino выведет сообщение об окончании загрузки или об ошибках.
При загрузке скетча используется Загрузчик (Bootloader) Arduino, небольшая программа, загружаемая в микроконтроллер на плате. Она позволяет загружать программный код без использования дополнительных аппаратных средств. Загрузчик (Bootloader) активен в течении нескольких секунд при перезагрузке платформы и при загрузке любого из скетчей в микроконтроллер. Работа Загрузчика (Bootloader) распознается по миганию светодиода (13 пин) (напр.: при перезагрузке платы).
Выбор платы.
При выборе платы мною были рассмотрены 2 самых популярных варианта: Arduino Uno и Arduino Due.
Arduino Uno
Общие сведения
Arduino Uno контроллер построен на ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи.
В отличие от всех предыдущих плат, использовавших FTDI USB микроконтроллер для связи по USB, новый Ардуино Uno использует микроконтроллер Atmega8U2.
Питание
Arduino Uno может питаться как от USB подключения, так и от внешнего источника: батарейки или обычной электрической сети. Источник определяется автоматически.
На Arduino доступны следующие контакты для доступа к питанию:
Vin предоставляет тот же вольтаж, что используется для питания платформы. При подключении через USB будет равен 5 В.
5V предоставляет 5 В вне зависимости от входного напряжения. На этом напряжении работает процессор. Максимальный допустимый ток, получаемый с этого контакта — 800 мА.
3.3V предоставляет 3,3 В. Максимальный допустимый ток, получаемый с этого контакта — 50 мА.
GND — земля.
В данном случае питание будет производиться от USB подключения.
Память
Платформа оснащена 32 кБ flash-памяти, 2 кБ из которых отведено под так называемый bootloader. Он позволяет прошивать Arduino с обычного компьютера через USB. Эта память постоянна и не предназначена для изменения по ходу работы устройства. Её предназначение — хранение программы и сопутствующих статичных ресурсов.
Также имеется 2 кБ SRAM-памяти, которые используются для хранения временных данных вроде переменных программы. По сути, это оперативная память платформы. SRAM-память очищается при обесточивании.
Ещё имеется 1 кБ EEPROM-памяти для долговременного хранения данных. По своему назначению это аналог жёсткого диска для Arduino.
Ввод / вывод
На платформе расположены 14 контактов (pins), которые могут быть использованы для цифрового ввода и вывода. Какую роль исполняет каждый контакт, зависит от вашей программы. Все они работают с напряжением 5 В, и рассчитаны на ток до 40 мА. Также каждый контакт имеет встроенный, но отключённый по умолчанию резистор на 20 - 50 кОм. Некоторые контакты обладают дополнительными ролями:
Serial: 0-й и 1-й. Используются для приёма и передачи данных по USB.
Внешнее прерывание: 2-й и 3-й. Эти контакты могут быть настроены так, что они будут провоцировать вызов заданной функции при изменении входного сигнала.
PWM: 3-й, 5-й, 6-й, 9-й, 10-й и 11-й. Могут являться выходами с широтно-импульсной модуляцией (pulse-width modulation) с 256 градациями.
LED: 13-й. К этому контакту подключен встроенный в плату светодиод. Если на контакт выводится 5 В, светодиод зажигается; при нуле — светодиод гаснет.
Помимо контактов цифрового ввода/вывода на Arduino имеется 6 контактов аналогового ввода, каждый из которых предоставляет разрешение в 1024 градации. По умолчанию значение меряется между землёй и 5 В, однако возможно изменить верхнюю границу, подав напряжение требуемой величины на специальный контактAREF.
Кроме этого на плате имеется входной контакт Reset. Его установка в логический ноль приводит к сбросу процессора. Это аналог кнопки Reset обычного компьютера.
Arduino Due
Общие сведения
Arduino Due — плата микроконтроллера на базе процессора Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3. Это первая плата Arduino на основе 32-битного микроконтроллера с ARM ядром. На ней имеется 54 цифровых вход/выхода (из них 12 можно задействовать под выходы ШИМ), 12 аналоговых входов, 4 UARTа (аппаратных последовательных порта), a генератор тактовой частоты 84 МГц, связь по USB с поддержкой OTG, 2 ЦАП (цифро-аналоговых преобразователя), 2 TWI, разъем питания, разъем SPI, разъем JTAG, кнопка сброса и кнопка стирания.