wielokanałowy termometr cyfrowy
TRANSCRIPT
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
W y d z i a ł E l e k t r o n i k i
Wizualizacja danych sensorycznych
Wielokanałowy termometr cyfrowy
Prowadzący: dr inż. Bogdan Kreczmer
Opracowali:Krzysztof Kajner 108912Zbigniew Struzik 115394
EKA, AiR V
Sercem urządzenia jest 8bitowy RISCowy procesor ATMega32 firmy Atmel. Pozwala on na wykonanie do 16 milionów operacji na sekundę. Posiada on wbudowany 10bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy z 8 kanałowym multiplekserem, dzięki czemu pozwala na pomiar 8 sygnałów analogowych lub 4 sygnałów różnicowych. W tym projekcie została użyta prosta konwersja A/C. Źródłem sygnałów analogowych są przemysłowe czujniki temperatury typu PT100. Czujniki przyłączone są do mostków pomiarowych Wheatstone’a i przez wzmacniacze operacyjne do wejść przetwornika A/C. Taki układ pomiarowy pozwala na pomiar temperatur od -20 do około 360-380 stopni Celsjusza (w zależności od kanału). Dodatkowo termometr może obsłużyć cyfrowy czujnik temperatury typu DS18B20 firmy Dallas Semiconductor pracujący w standardzie 1Wire. Czujnik taki pozwala na pomiar temperatury od -55 do 125 stopni Celsjusza z 12bitową dokładnością (0,0625°C). Dokładność została jednak ograniczona do 10bitów (0,25°C) ze względu na zachowanie zgodności pomiarów z częścią analogową. Dodatkowo ograniczenie dokładności skraca czas pomiaru czterokrotnie (do około 187,5ms). Termometr potrafi komunikować się z urządzeniem nadrzędnym (np. komputerem) poprzez łącze RS232 w standardzie MODBUS. Komunikacja pozwala odczytywać i zadawać podstawowe parametry termometru. Użytkowanie termometru. Komunikacja z użytkownikiem odbywa się poprzez panel czołowy (wyświetlacz LCD, diody LED i przyciski wyboru kanałów i menu). Na wyświetlaczu LCD prezentowana jest temperatura dla aktualnie wybranego kanału (w wybranej przez użytkownika skali) lub menu konfiguracyjne. Diody LED sygnalizują: • zielona – aktualnie wybrany kanał • czerwona – przekroczenie zakresu temperatury w kanale, dla którego zapaliła się dioda. Przyciski pod diodami LED służą do wyboru kanału. Przyciski ułożone w krzyż (w prawej górnej części panelu) służą do poruszania się po menu i zmieniania parametrów urządzenia.
MENU Menu konfiguracyjne złożone pozwala użytkownikowi na zmianie parametrów termometru. Aby wejść do menu należy wcisnąć przycisk „Enter” (środkowy, w krzyżu). Przyciski „Góra”, „Dół” służą do wybierania pozycji z menu, a przyciski „Lewo”, „Prawo” do zmiany parametrów. W menu nie jest nawiązywana komunikacja z urządzeniem nadrzędnym. Podmenu „Konfig. kanalu>” – przed wejściem do tego podmenu należy wybrać numer kanału dla którego chcemy dokonać zmian ustawień (przyciskami „Lewo”, „Prawo”, lub bezpośrednio przyciskiem wyboru kanału). Po wybraniu interesującego kanału należy nacisnąć „Enter”. Tryb pracy WYL – kanał jest nieaktywny A – kanał jest kanałem analogowym (wartość domyślna) C – kanał jest kanałem cyfrowym (opcja dostępna tylko dla kanału pierwszego) Zakres gorny – określa górny limit temperatury, po przekroczeniu którego zostanie włączony
alarm (wartość domyślna 100°C) Zakres dolny – określa dolny limit temperatury, po przekroczeniu którego zostanie włączony
alarm (wartość domyślna 0°C) Alarm NIE – alarm nie będzie sygnalizowany (wartość domyślna) TAK – alarm aktywny << Powrot << - wraca do wyższego menu Podmenu „Konfig. MODBUS” Aktywny NIE – termometr nie będzie reagował na komunikacje przez RS TAK – termometr będzie analizował i udzielał odpowiedzi na poprawne ramki MODBUS
(wartość domyślna) Tryb ASCII – tryb znakowy – pozwala na łatwą analizę przesyłanych informacji (wartość
domyślna) RTU – tryb niedostępny w tej wersji termometru Predkosc – prędkość z jaką będzie nawiązywana komunikacja (urządzenie nadrzędne musi pracować na takiej samej prędkości) 9600bps – wartość domyślna 19.2kbps 38.4kbps Adres – adres urządzenia MODBUS, dostępna jest pula adresów od 01h do F7h. Domyślnie
urządzenie ma adres 0Ah. << Powrot << – wraca do wyższego menu Skala wyswietl. C – Celsjusz – wynik wyświetlany jest w stopniach Celsjusza (wartość domyślna) K – Kelvin – wynik wyświetlany jest w Kelwinach F – Fahrenheit – wynik wyświetlany jest w stopniach Fahrenheita % wart. zadanej – wynik wyświetlany jest w stopniach Celsjusza, oraz w procentach i w
formie słupka, gdzie 0% stanowi dolny zakres, a 100% stanowi górny zakres dla danego kanału.
Autozmiana – opcja pozwala na automatyczną zmianę na kolejny kanał po zadanym czasie. Dostępne ustawienia: wylaczona – wartość domyślna 1s, 5s, 10s, 20s, 30s, 60s, 360s Reset ustawien NIE – (wartość domyślna) TAK – wciśnięcie „Enter” w tej pozycji powoduje przywrócenie wartości domyślnych
wszystkich parametrów. Autokalibracja NIE – (wartość domyślna) TAK – wciśnięcie „Enter” w tej pozycji powoduje wywołanie procedury autokalibracji
kanałów analogowych. Przed przystąpieniem do autokalibracji należy we wszystkich kanałach analogowych zainstalować zwory (zewrzeć wejścia). Autokalibracja polega na cyklicznym pomiarze, oraz uśrednieniu offsetów i szumów dla poszczególnych kanałów.
<< Wyjscie << – powoduje wyjście z menu i powrót do normalnego trybu pracy MODBUS Użytkownik może nawiązać komunikacje z urządzeniem za pomocą urządzenia nadrzędnego (np. komputera). W tym celu należy przesłać ramkę zgodną z MODBUS-ASCII zaadresowaną do tego urządzenia (adres zgodny z adresem zadanym w menu). Termometr obsługuje dwie funkcje: 03h – odczytanie jednego rejestru 06h – zapisanie jednego rejestru Numery rejestrów termometru: 4000-4007 – rejestry pomiarów, 2 bajty – tylko do odczyty (wartość temperatury podawana
jest bez przecinka, razy 10) 4100-4107 – rejestry offsetów, 2 bajty – tylko do odczytu 4010-4017 – zakres górny, 2 bajty 4020-4027 – zakres dolny, 2 bajty 4030-4037 – tryb kanału, 1 bajt 4040-4047 – alarm kanału, 1 bajt 4050 – numer kanału, 1 bajt 4060 – skala, 1 bajt 5000 – zapamiętanie wartości w eepromie – tylko do zapisu (wpisanie wartości 01h
powoduje zapisanie aktualnych ustawień w eepromie)
Załącznik A: • schemat płyty głównej termometru • schemat panelu czołowego • schemat mostków pomiarowych (jeden kanał) • schemat zasilacza Załącznik C: • widok PCB płyty głównej termometru • widok PCB panelu czołowego • widok PCB mostków pomiarowych • widok PCB zasilacza Załącznik C: • schemat montażowy płyty głównej termometru • schemat montażowy panelu czołowego • schemat montażowy mostków pomiarowych • schemat montażowy zasilacza Załącznik D: kod źródłowy oprogramowania dla środowiska IAR Embedded Workbench IDE 3.20A
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
654321
D
C
B
A
Title
Number RevisionSize
B
Date: 17-Feb-2005 Sheet ofFile: J:\Elektronika\MyProtel.ddb Drawn By:
(SDA) PC123
(TCK) PC224
(TMS) PC325
(TDO) PC426
(TDI) PC527
(TOSC1) PC628
(TOSC2) PC729
AVcc30
GND31
ARef32
(ADC7) PA733
(ADC6) PA634
(ADC5) PA535
(ADC4) PA436
(ADC3) PA337
(ADC2) PA238
(ADC1) PA139
(ADC0) PA040
(SLC) PC022
(OSC2) PD721
PD6 (ICP1)20
PB0 (XCK/T0)1
PB1 (T1)2
PB2 (INT2/AIN0)3
PB3 (OC0/AIN1)4
PB4 (SS)5
PB5 (MOSI)6
PB6 (MISO)7
PB7 (SCK)8
Reset9
Vcc10
GND11
XTAL212
XTAL113
PD0 (RXD)14
PD1 (TXD)15
PD2 (INT0)16
PD3 (INT1)17
PD4 (OC1B)18
PD5 (OC1A)19
US1
XT1
C1
C2
XTAL2XTAL1
XTAL1
XTAL2
RESET
VCC
R1
SW1
RESET
R1 IN13
R2 IN8
T1 IN11
T2 IN10
GN
D1
5V
+2
V-
6
VC
C1
6
R1 OUT12
R2 OUT9
T1 OUT14
T2 OUT7
C1+1
C1 -3
C2+4
C2 -5
US2
MAX232A
C6100n
C7100n
C3100n
C4100n
C5100n
VCC
TX
RX
TXRX
123
ZAS_CON
CON3
VCC
< CD1
< RXD2
> TXD3
> DTR4
GND5
< DSR6
> RTS7
< CTS8
< RI9
DIR Computer -- Modem
RS1
SERIAL
A11
A23
A35
A611
A59
A47
A713
A815
B816
B714
B612
B510
B48
B36
B24
B12
ANALOG_CON
CON8X2
P110k
AVCC
AVCC
MOSI
MISO
SCK
RESET
SCKMISOMOSI
123
KEY_CONCON3
123
LED_CON
CON3
12345678
LCD_DATA
CON8VCC
123
J2
CON3
123
J1
CON3
C8100n
VCC AVCCL1
10uH
C11100nC12
10u
C131,2n
C141,2n
R2
470
R3
470
C9100n
C10100n
1 2 3
1WireCON3
VCC
R4
4,7kR5
4,7kR6
4,7k
123
LCD_CON
CON3
MISO4
GND6
RESET5
SCK3
MISO1
VCC2
ISP1
ISP6
TCK1
TDO3
TMS5
TDI9
Vcc7
GND10
nTRST8
nSRST6
VTref4
GND2
JTAG1
JTAG
VCC
VCC
123
1Wire1
CON3
123
1Wire2
CON3
VCC
Schemat p³yty g³ównej termometru
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
654321
D
C
B
A
Title
Number RevisionSize
B
Date: 17-Feb-2005 Sheet ofFile: J:\Elektronika\MyProtel.ddb Drawn By:
SI A1
SI B2
QA3
QB4
QC5
QD6
CLK8
CLR9
QE10
QF11
QG12
QH13
UP1
74HCT164
DL1ADL2ADL3ADL4ADL5ADL6ADL7ADL8A
RDL1GRDL2GRDL3GRDL4GRDL5GRDL6GRDL7GRDL8G
SI A1
SI B2
QA3
QB4
QC5
QD6
CLK8
CLR9
QE10
QF11
QG12
QH13
UP2
74HCT164
DL1BDL2BDL3BDL4BDL5BDL6BDL7BDL8B
RDL1RRDL2RRDL3RRDL4RRDL5RRDL6RRDL7RRDL8R
123
LED_CON
CON3
OK_CLK
DATAERR_CLK
SC0SC1
SC2SC3
SC4SC5
SC6SC7
S_Left
S_Up
S_Down
S_Right
S_Enter
LS1
SPEAKER
GND1
VCC2
Contrast3
RS4
R/W5
E6
D07
D18
D29
D310
D411
D512
D613
D714
Light15
UP5P110k
VCC
R1
50VCC
12345678
LCD_CON
CON8
VCC
123
ZAS_CON
CON3
VCC
R2
10k
R3
10k
VCC
VCC
Q1BC847B
VCC
S_A
S_B
S_C
S/L1
CLK2
E3
F4
G5
H6
QH7
QH9
SI10
A11
B12
C13
D14
CLK INH15
U5
74HCT165
S/L1
CLK2
E3
F4
G5
H6
QH7
QH9
SI10
A11
B12
C13
D14
CLK INH15
U6
74HCT165
RC
1R
C2
RC
3R
C4
RC
5R
C6
RC
7R
C8
RC
9R
C1
0R
C1
1R
C1
2R
C1
3R
C1
4R
C1
5R
C1
6
VCC
VCC
123
KEY_CON
CON3
1
23
UP3A
74HCT32
4
56
UP3B
74HCT32
1
23
UP4A
74HCT32
4
56
UP4B
74HCT32
12
1311
UP3D
74HCT32
9
108
UP4C
74HCT32
9
108
UP3C
74HCT32
Schemat panelu czo³owego
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
654321
D
C
B
A
Title
Number RevisionSize
B
Date: 17-Feb-2005 Sheet ofFile: J:\Elektronika\MyProtel.ddb Drawn By:
R11k
R21k
R310k
R4
1k
R510k
12
J1
PT100
12
J2
OUT
PR310k
PR110k
PR21k
2
31
41
1
U1A
LM324
VCC
VCC
123
J3
ZAS
VCC
DZ15V1
Schemat kana³u pomiarowego
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
654321
D
C
B
A
Title
Number RevisionSize
B
Date: 17-Feb-2005 Sheet ofFile: J:\Elektronika\MyProtel.ddb Drawn By:
12
AC_IN
AC
2V-
1V+
3
AC
4
D3
1A
C2100n
C3100nC1
1000uC4100u
IN1
OUT3
U1
7805
123
5DC_OUT1
R1
1k
D1
LED
123
5DC_OUT2
F1
50mA
123
5DC_OUT3
VCC12V
C5100n
C6100n C7
100u
123
12DC_OUT1
AVCC
11
22
33
Q1BC847B
R2
1k
D2
LED
ADJ1
IN3
OUT2
U2
LM317T
R3
RES2
R4POT2
C8100n
C9100n
C10100n
C11100n
AVCC
VCC
6
7
2
4
9
10
T1
TS20/022
Schemat zasilacza
Widok PCB p³yty g³ównej (Bottom Layer, odbicie lustrzane)
Widok PCB p³ytki z³¹cz (Bottom Layer, odbicie lustrzane)
Widok PCB p³ytki zasilacza
Widok PCB p³ytki panelu czo³owego (Bottom Layer, odbicie lustrzane)
Widok PCB p³ytki panelu czo³owego (Top Layer)
P³yta g³ówna termometru - rozk³ad elementów (strona druku, odbicie lustrzane)
P³yta g³ówna termometru - rozk³ad elementów (strona elementów)
P³ytka z³¹cz - rozk³ad elementów (strona elementów)
P³yta panelu czo³owego - rozk³ad elementów (strona druku)
P³yta panelu czo³owego - rozk³ad elementów (strona druku, odbicie lustrzane)
P³yta mostków pomiarowych - rozk³ad elementów (strona elementów)
P³yta mostków pomiarowych - rozk³ad elementów (strona druku, odbicie lustrzane)