Пояснительная записка к диплому

Продолжение таблицы 2.2.7

8. Приемопередатчик Wi-Fi

Микроконтроллер ESP32 имеет интегрированный приемопередатчик

D0WDQ6 Wi-Fi802.11b/g/n (2,4 ГГц) и Bluetooth 4.2. Основные характеристики приведены в табл.2.2.8.

Таблица 2.2.8 – Технические характеристики ESP32-D0WDQ6

9. Маршрутизатор

В качестве маршрутизатора будет выбран HUAWEI WiFi WS5200 Основные характеристики приведены в табл.2.2.9.

Таблица 2.2.9 – Технические характеристики HUAWEI WiFi WS5200

Все основные компоненты, который могут понадобиться в процессе проектирования системы, были приведены выше. Перейдем к разработке алгоритма работы.

Пройдемся по блок-схеме алгоритма работы проектируемой системы. После подачи питания на микроконтроллер, он инициализируется и автоматически подключается к заложенной в его памяти точки доступа Wi-Fi. После подключения к сети система переходит в режим ожидания выбора типа закладываемого яйца. Когда пользователь кнопкой выбирает тип закладываемого яйца, система вводит нужные значения в процессе работы, а именно: величину поддерживаемой температуры ( ), критическое значение

дней инкубации ( ). Как только все исходные данные получены, система начинает работу и периодически опрашивает датчики температуры и влажности, и часы реального времени на предмет хронометрических данных, не забывая посылать данные по сети на Веб-клиент. После каждого опроса датчиков начинается проверка условий на поддержание требуемого значения температуры, влажности, а также своевременного поворота лотка с яйцами.

Поддержку требуемого значения температуры осуществляет ПИДрегулятор. Он постоянно высчитывает значение управляющего сигнала, которое регулирует мощность элемента нагрева. В случае, если по какой-то причине регулировка работает некорректно, и температура приближается к критической, включается вентилятор. Он выдувает горячий воздух, тем самым понижая температуру внутри инкубатора. Как только значение температуры становится ниже критического значения, вентилятор отключается.

Поддержку требуемого значения влажности осуществляет ультразвуковой увлажнитель. Пока измеренное значение влажности лежит в допустимом диапазоне, система не предпринимает никаких действий. Если измеренное значение влажности вышло за пределы допустимого диапазона, то в зависимости от величины включается или выключается ультразвуковой увлажнитель.

Своевременный поворот лотка с яйцами осуществляется благодаря таймеру и сервоприводу. В момент начала инкубации сохраняется время включения и начинается отсчет таймера. Когда разность между временем включения и отсчетом таймера будет соответствовать заданной величине интервала, система даст управляющий сигнал на сервопривод и лоток с яйцами наклонится на заданный угол.

Для надежного контроля за днем инкубации помимо таймера дополнительно используются часы реального времени с автономным источником питания.

По окончанию процесса инкубации, а именно при преодолении количество дней инкубации ( ), система выключит элемент нагрева, ультразвуковой увлажнитель, вентилятор и пошлет сообщение об окончание процесса на Веб-клиент. После отправки сообщения по сети, система переходит в режим ожидания.

Рассмотрим принцип работы структурной схемы. Датчики фиксируют значение температуры и влажности внутри инкубатора. На основе этих данных микроконтроллер вырабатывает управляющее напряжение, которое поступает на блок регулировки температуры и ультразвуковой увлажнитель, тем самым поддерживая нужное значение температуры и влажности внутри инкубатора. Одновременно с этим на микропроцессор поступают хронометрические данные от часов реального времени в виде электрического сигнала, на основе которых он отсчитывает дни инкубации. После окончания цикла, датчики снова фиксируют значение температуры и влажности внутри инкубатора и весь процесс повторяется вновь. Параллельно поддержанию условий внутри инкубатора, микроконтроллер собирает данные и с помощью приемопередатчика отправляет по Wi-Fi на сетевой клиент. Данные доступны оператору в любое время и обновляются в режиме реального времени. В случае необходимости оператор может внести коррективы, тогда изменения благодаря маршрутизатору и Wi-Fi отправляются на приемопередатчик, где фиксируются и обрабатываются микроконтроллером. Оформленная структурная схема со спецификацией приведена в приложении 2.

Рассчитаем номиналы элементов. Резисторы 1 и 2 выбирают из следующего соотношения [15]:

где вых – выходное напряжение.

При условии, что 1 должен быть не больше 20 кОм, а выходное

где вых – выходное напряжение;д – падение напряжения на диоде.

Учитывая, что падение напряжения на диоде приблизительно должно быть равным 0,4 В, номинал индуктивности равен [15]:

(2.5.4)

= 2,2 ∙ (5 + 0,4) = 11,88 мкГн = 15 мкГн

Диод выбирается из предположения, что обратное напряжение должно быть больше или равно входному напряжению, а максимальный прямой ток более 1 А. Рекомендуется использовать диод Шоттки, к примеру MBRM140 [15].

Как было сказано ранее, конденсатор 1 – блокировочный, поэтому для сглаживания пульсаций входного напряжения достаточно керамического конденсатора емкостью 4,7 мкФ.

Выходная емкость 3 выполняет несколько функций. Во-первых, вместе с индуктивностью она отфильтровывает прямоугольные импульсы, сформированные микросхемой. Благодаря этому ток на выходе выпрямляется. Во-вторых, эта ёмкость необходима для запаса энергии и выравнивании переходной характеристики. Керамические конденсаторы обладают низким эквивалентным сопротивлением и лучше справляются с пульсациями, поэтому емкость 3 найдем из соотношения [15]:

Итоговая электрическая схема понижающего преобразователя изображена на рис.2.5.3.