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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Un dispositivo per mantenere il microclima nel giardino d'inverno: una stazione meteorologica domestica. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Regolatori di potenza, termometri, stabilizzatori di calore Il dispositivo proposto è progettato per mantenere il microclima in un giardino d'inverno dove vengono coltivate piante subtropicali. Con il suo aiuto vengono mantenute le condizioni necessarie per il loro normale sviluppo: temperatura, umidità dell'aria e ore diurne. Inoltre, può misurare la temperatura esterna e la pressione atmosferica, accumulare e visualizzare sotto forma di grafici informazioni sui loro cambiamenti durante l'anno. Il dispositivo fornisce il controllo automatico del sistema di riscaldamento dell'acqua della stanza, degli umidificatori dell'aria, dei dispositivi di ventilazione forzata, degli azionamenti elettrici per le tapparelle a due finestre e dei mezzi di illuminazione supplementare per le piante. Implementa infatti alcune delle funzioni della cosiddetta “casa intelligente” e può essere utilizzata per controllare il microclima di qualsiasi stanza. Allo stesso tempo, il dispositivo funge da stazione meteorologica domestica. Registra la temperatura esterna e la pressione atmosferica (orari), i minimi e i massimi assoluti della temperatura esterna e della pressione atmosferica per il giorno corrente, i valori medi giornalieri della temperatura esterna e della pressione atmosferica durante l'anno in corso, i minimi e i massimi assoluti della temperatura esterna e pressione atmosferica per ciascun trimestre dell'anno, indicandone le date. La schermata dell'indicatore visualizza i grafici delle variazioni dei parametri meteorologici per il giorno corrente o per qualsiasi trimestre precedente dell'anno corrente. Principali caratteristiche tecniche
L'aspetto del pannello di controllo del dispositivo è mostrato in Fig. 1. Ha due microcontrollori che lavorano insieme: ATmega32-16PU (principale) e ATtiny2313A-PU (controllo della tenda). Nella fig. La Figura 2 mostra la parte principale del suo schema elettrico, che implementa tutte le funzioni tranne il controllo delle tende.
L'orologio in tempo reale sul chip DD1 (DS1307) fornisce al programma del microcontrollore DD2 informazioni sulla data e l'ora attuali. Questo chip contiene 56 byte di RAM generica, che il programma del microcontrollore DD2 utilizza per memorizzare informazioni sulle variazioni giornaliere della temperatura dell'aria esterna e della pressione atmosferica, nonché sui parametri del dispositivo specificati. Per il chip DD1 viene fornita una fonte di alimentazione di backup: una cella al litio G1 CR2032, che consente di salvare l'avanzamento dell'orologio e le informazioni nella RAM in assenza di alimentazione principale. L'elemento è installato in un supporto "verticale" CH74-2032. Le informazioni sullo stato dell'ambiente vengono fornite al programma del microcontrollore DD2 dai sensori di pressione atmosferica B1 HP03M [1], temperatura e umidità nella stanza B2 SHT10 [2] e temperatura dell'aria esterna BK1 DS18B20. Il chip DD1 e il sensore B1 sono collegati al microcontrollore DD2 tramite l'interfaccia I2C, formato dalle linee SCL (PD4) e SDA (PD3). Allo stesso tempo, per il sensore B1, che funziona con livelli logici a tre volt, vengono forniti convertitori di questi livelli. Sulle linee SCL e SDA sono bidirezionali (5 V↔1 V) sui transistor VT2 (VT9) e sui resistori R17, R10 (R18, R5). I convertitori di livello del segnale MCLK e XCLR sono unidirezionali (6 V→5 V) sotto forma di divisori di tensione R1R2 e RXNUMXRXNUMX, rispettivamente. Il microcontrollore comunica con il sensore di temperatura e umidità B2 tramite le linee PD1 e PD2. Il sensore temperatura aria esterna BK1 ha un'interfaccia 1-Wire, lo scambio con esso è organizzato tramite la linea PD0 del microcontrollore. Per generare segnali sonori quando necessario, viene utilizzato un emettitore piezoceramico HA1, il cui segnale di controllo è generato dal microcontrollore sulla linea PD7. Per visualizzare le informazioni è stato utilizzato un LCD grafico WG240128B-TML-TZ#000 (HG1) con una risoluzione dello schermo di 240x128 pixel. È servito dalle porte B e C del microcontrollore DD2. Un vantaggio significativo di questo indicatore è il pannello touch resistivo integrato, che semplifica notevolmente l'implementazione dei controlli. Il pannello è servito dalle linee PA0-PA3 del microcontrollore DD2. Per ridurre al minimo la penetrazione del rumore attraverso il circuito di alimentazione, viene fornito ai nodi analogici del microcontrollore DD2 attraverso il filtro L1C3. Il resistore di rifinitura R24 imposta il contrasto dell'immagine richiesto sullo schermo LCD e la selezione del resistore R21 imposta la luminosità della retroilluminazione. Gli attuatori sono controllati tramite interruttori triac, che forniscono l'isolamento galvanico dei loro circuiti di controllo dalla rete di alimentazione. Questi interruttori sono identici, quindi considereremo il funzionamento di uno solo di essi. Il segnale di controllo dall'uscita PA5 del microcontrollore DD2 attraverso il resistore R3 viene fornito al diodo emettitore del fotoaccoppiatore triac U1 MOC3063. Questo fotoaccoppiatore ha un'unità per determinare il momento in cui la tensione applicata al fototriac passa per lo zero, quindi l'apertura del fototriac e del triac di potenza VS1 da esso controllato avviene proprio in questo momento. Ciò garantisce un livello minimo di rumore di commutazione. Per mantenere le condizioni di illuminazione richieste nella stanza, il programma del microcontrollore DD2 genera comandi per controllare la posizione delle tapparelle. La parte del circuito del dispositivo responsabile del controllo delle tende è mostrata in Fig. 3. Qui c'è un secondo microcontrollore (DD3). Lo scambio di informazioni tra i microcontrollori avviene tramite le linee PA6 e PA7 (DD2) e PD0, PD1 (DD3).
L'unità di controllo delle tende consente di modificare la posizione di due tende a rullo utilizzando un azionamento elettrico, sia automaticamente secondo i comandi generati dal microcontrollore DD2, sia manualmente secondo i comandi dell'operatore. In questo caso, in modalità automatica, la posizione di entrambe le tende cambia in modo sincrono e in modalità manuale è possibile il controllo separato di ciascuna di esse. In modalità automatica il passo di movimento della tenda è pari a mezzo giro del suo albero; in modalità di controllo manuale l'utente imposta la tenda nella posizione desiderata utilizzando i pulsanti SB1-SB4. L'azionamento elettrico della tenda sinistra è costituito da un motore elettrico M2, un sensore di posizione superiore per questa tenda B3 e un sensore di velocità per il suo albero B4. L'azionamento della tenda destra è dotato rispettivamente di un motore elettrico M1 e di sensori B5 e B6. I sensori B3-B6 sono microcircuiti ad effetto Hall SS441A magneticamente sensibili [3]. Sui rulli e sui pannelli delle tende sono installati dei magneti permanenti che agiscono su di essi. I LED HL1-HL4 fungono da indicatori di risposta del sensore, il che semplifica notevolmente l'installazione dell'unità. Se lo si desidera, al termine dell'installazione, questi LED possono essere sostituiti con ponticelli e la resistenza dei resistori R35-R38 può essere aumentata in modo che la corrente che scorre attraverso ciascuno di essi non superi 5...10 mA. I motoriduttori DC Gekko MR1-2, ampiamente utilizzati nella robotica, sono utilizzati come motori elettrici M25 e M275. Il riduttore integrato con rapporto di trasmissione 1:275 fornisce una coppia sull'albero di uscita di 330 Ncm, che consente di sollevare e abbassare tende a rullo con un peso della tenda fino a 10 kg. Il microcontrollore DD3 controlla i motori attraverso un driver a due canali DA2 L298N, fornendogli tre segnali di controllo: il senso di rotazione, generato sulla linea PB6 contemporaneamente per entrambe le tende, e i permessi di funzionamento di ciascuno dei motori, generati sulla Linee OC1A e OC1B. Questi ultimi sono sequenze di impulsi modulati nella durata, che permettono di variare la velocità di movimento delle tende. La modalità di controllo della tenda viene impostata con l'interruttore SA1. In modalità manuale (interruttore aperto), l'utente controlla le tende utilizzando i pulsanti SB1 (giù a destra), SB2 (su a destra), SB3 (giù a sinistra) e SB4 (su a sinistra). In modalità automatica (l'interruttore SA1 è chiuso), i pulsanti SB1-SB4 sono bloccati e i comandi per controllare la posizione delle tende vengono inviati alle linee PD0 e PD1 del microcontrollore DD3 dal microcontrollore DD2. L'induttanza L2 è progettata per sopprimere le interferenze che entrano nel circuito di alimentazione del dispositivo provenienti dal funzionamento dei motori elettrici. Deve essere progettato per una corrente di almeno 2,5 A. Il dispositivo è alimentato con una tensione di 5 V da un alimentatore switching PS-15-5 (5 V, 2,8 A). Il suo consumo di corrente (con i motori di azionamento della tenda spenti) è di circa 90 mA. La tensione di 1 V necessaria per alimentare il sensore B3,3 è ottenuta utilizzando lo stabilizzatore integrato DA1 L78L33. Un disegno del circuito stampato principale del dispositivo è mostrato in Fig. 4. Il posizionamento delle parti su di esso è mostrato in Fig. 5. Per i microcontrollori DD2 e DD3, i pannelli sono installati sulla scheda poiché su di essa non sono presenti connettori per la programmazione dei microcontrollori. I pin 2 e 12 sono stati rimossi dal pannello del microcontrollore DD13.
Per installare il sensore HP03M (B1) sulla scheda, pezzi di filo unipolare stagnato con un diametro di 0,4...0,8 mm vengono saldati nelle scanalature sulle superfici laterali del suo substrato (Fig. 6), le loro estremità libere vengono inseriti nei fori del circuito stampato e saldati ai suoi contatti. Per il sensore SHT10 (B2) è consigliabile realizzare un piccolo circuito stampato adattatore secondo il disegno riportato in Fig. 7.
Il chip L298N (DA2) dovrebbe essere dotato di un piccolo dissipatore di calore con una superficie di raffreddamento di 20...30 cm2. I dissipatori di calore per i triac VS1-VS4 non sono forniti, quindi la potenza da essi commutata non deve superare i 200 VA. Per funzionare con un carico più potente, i triac devono disporre di dissipatori di calore adeguati. Il dispositivo è assemblato in un alloggiamento standard da quadro elettrico. All'esterno della scheda principale sono presenti i sensori B2-B6 e una sorgente di tensione di alimentazione da 5 V. L'indicatore HG1, l'interruttore SA1 e i pulsanti SB1-SB4 si trovano sul pannello frontale rimovibile del case e sono collegati alla scheda principale con connettori. Tieni presente che i pin del pannello a sfioramento dell'indicatore sono progettati come un cavo FPC ultrapiatto progettato per collegarsi al connettore FFC. Poiché l'indicatore si trova su un pannello rimovibile del case, la lunghezza di questo cavo (8 cm) non è sufficiente per collegarsi alla scheda. È collegato ad esso tramite una prolunga: un cavo piatto lungo 10 cm, i cui fili sono saldati su un lato ai pin del connettore FFC e sull'altro lato è installato un connettore BLS-4 per il collegamento a scheda a circuito stampato. I sensori magnetici B3-B6 sono installati a coppia su due circuiti stampati identici, realizzati secondo il disegno mostrato in Fig. 8. Queste schede si trovano vicino alle tende e sono collegate tramite cavi ai connettori X15 e X16 della scheda principale. Gli attuatori sono collegati ai connettori X4, X5, X10, X11, X13, X14. La sorgente di tensione da 5 V è un'unità separata situata sul proprio circuito stampato.
Caratteristiche costruttive degli attuatori L'illuminazione delle piante può essere effettuata con phytolight speciali o con quelli ordinari destinati all'illuminazione ambientale, se l'intensità e lo spettro della loro radiazione sono adatti alle piante. In quest'ultimo caso è necessario considerare attentamente il circuito di accensione delle lampade in modo che non accada che lo stesso filo della lampada venga collegato tramite il suo interruttore a muro al filo di fase della rete, e tramite il connettore X4 - al filo neutro, che causerà un incidente. Per garantire l'umidità dell'aria richiesta nella stanza, è possibile utilizzare umidificatori domestici (uno o più a seconda della zona della stanza). L'umidificatore dovrebbe essere il più semplice possibile, senza controlli di umidità integrati. L'interruttore sul corpo dell'umidificatore deve essere costantemente acceso, il cavo di alimentazione è collegato al connettore X5. Il dispositivo accenderà e spegnerà automaticamente l'umidificatore. Per controllare il riscaldamento dell'acqua, nell'intercapedine del tubo che fornisce acqua calda al sistema è installata una valvola Danfoss RAV8 con un attuatore termoelettrico Danfoss TWA-V NO 230 V normalmente aperto. La tensione di alimentazione del convertitore è 230 V, il consumo energetico è solo 1 W. Dato che la valvola è normalmente aperta, se non è presente tensione di controllo sull'azionamento, il sistema di riscaldamento verrà acceso. Ciò eviterà il congelamento delle piante in inverno a causa di un malfunzionamento del dispositivo o della mancanza di tensione nella rete elettrica. Il sistema di ventilazione della stanza può contenere sia ventilatori di mandata che di scarico o una combinazione di entrambi. La potenza totale del ventilatore non deve superare i 200 VA. L'autore ha utilizzato tende realizzate sulla base di tende a rullo con azionamento manuale a catena (Fig. 9). Sono prodotti in diverse dimensioni e con diversi colori della tela e sono venduti in molti negozi. Poiché il compito principale delle tende in un giardino estivo è quello di ridurre il flusso di calore nell'ambiente schermando la radiazione solare, è consigliabile sceglierle con un tessuto leggero (altamente riflettente), ma allo stesso tempo denso (con scarsa trasmissione luminosa ) tessuto. In questo caso, le tende saranno più efficaci. La larghezza della tenda viene scelta in base a come copre completamente l'apertura della finestra e la lunghezza è 40...50 cm maggiore dell'altezza della finestra.
La tenda è costituita da un'asta metallica del diametro di 25 mm, sulla quale è avvolto il tessuto della tenda. Nei fori dell'albero su entrambi i lati sono inserite boccole di plastica, i cui assi ruotano liberamente nei fori delle staffe, con l'aiuto delle quali l'intera struttura è fissata al muro. La boccola destra contiene un meccanismo di azionamento della tenda, che consente di alzare e abbassare la tenda utilizzando una catena a sfera. Per dotare la tenda di un azionamento elettrico, è necessario modificare questo manicotto. Da esso viene rimosso il coperchio fissato con i fermi, dopodiché la catena a sfere viene rimossa dalla puleggia. Dall'estremità esterna della boccola viene rimosso l'albero metallico con gli elementi dell'impianto frenante, con cui è fissato nel foro della staffa. Il sistema frenante impedisce al telo di svolgersi sotto il proprio peso. In una tenda con azionamento elettrico, la funzione frenante è svolta da un riduttore del motore elettrico che, grazie al suo ampio rapporto di trasmissione, crea una coppia frenante significativa durante la trasmissione della forza nella direzione dalla tenda al motore. I motoriduttori Gekko MR25-275 sono venduti nei negozi di robotica. Lì sono state acquistate anche boccole adattatrici per collegare gli alberi dei motoriduttori con i meccanismi da essi azionati, nonché magneti cilindrici con diametro 3 e altezza 3 mm e magneti rettangolari con dimensioni da 10x10 a 20x20 mm e spessore 3 ...4 mm. Le staffe per il fissaggio a muro dei motoriduttori sono state realizzate con angolari metallici 40x60 mm, lunghi 40 mm, con ripiani di spessore 2,5 mm. È stato necessario modificare la boccola con la puleggia per la catena di trasmissione smontata dal telo secondo la Fig. 10. Nella sua estremità esterna sono praticati due fori con filettatura M3 per viti a testa svasata, che fissano la bussola di trazione per l'albero del motoriduttore. Nella scanalatura della puleggia, in cui precedentemente si trovava la catena a sfere, vengono praticati due fori con un diametro di 3,5 e una profondità di 6 mm diametralmente opposti.
I magneti con diametro 3 e lunghezza 3 mm sono costituiti da coppie di barre magnetiche lunghe 6 mm. Ogni coppia di aste è collegata ai poli opposti e su di essa viene posizionato un pezzo di tubo termoretraibile del diametro di 3 mm e leggermente riscaldato. Purtroppo non è stato possibile trovare magneti già pronti della dimensione richiesta, quindi abbiamo dovuto assemblare ciascuno dei due più piccoli. I magneti risultanti vengono incollati nei fori della puleggia a filo con la sua superficie esterna. Quando l'albero della tenda ruota, devono agire sul sensore magnetico dei suoi semigiri. Da un angolo in metallo è ricavata una staffa per il fissaggio del motoriduttore alla parete. Sulla mensola angolare devono essere praticati i fori per l'albero del motoriduttore e le relative viti di fissaggio. Il foro per l'albero deve trovarsi alla stessa distanza dalla superficie dell'angolo fissato al muro della staffa di fabbrica sull'estremità opposta dell'albero. Nella base dell'angolo sono praticati due fori per il fissaggio al muro. Dovrebbero essere posizionati lontano dall'asse longitudinale del motoriduttore, altrimenti potrebbero sorgere difficoltà nell'installazione della staffa a muro. La tenda deve essere fissata al muro a circa 15 cm sopra la parte superiore dell'apertura della finestra. Si consiglia di farlo nella seguente sequenza: - fissare il motoriduttore sull'apposita staffa; - installare le boccole destra e sinistra (modificate) nei fori dell'albero della tenda. Va tenuto presente che il tessuto della tenda deve essere avvolto sull'asta dal lato del muro e della finestra; - montare il telo su un piano orizzontale (ad esempio a terra) inserendo l'albero della boccola destra nel foro della staffa di fabbrica, e l'albero del motoriduttore nel foro centrale del manicotto adattatore installato sul boccola sinistra modificata, e fissarla con la vite presente nel manicotto adattatore; - misurare le distanze dei fori destinati al fissaggio delle staffe al muro; - in base ai risultati della misurazione, segnare i fori sul muro, forarli e inserire i tasselli nei fori; - rimuovere la staffa destra dalla struttura assemblata e fissarla al muro utilizzando i fori predisposti; - sollevare con attenzione la restante parte della tenda assemblata, inserire l'asta della boccola destra nel foro della staffa installata a muro; - fissare la staffa con motoriduttore al muro utilizzando i fori predisposti. La vista della tenda installata dal lato dell'azionamento elettrico è mostrata in Fig. 11. Ora è possibile applicare al motoriduttore una tensione costante di 5 V con diverse polarità e verificare il movimento della tenda in entrambe le direzioni.
Installare il circuito stampato con sensori magnetici sulla parete sotto l'albero della tenda, come mostrato in Fig. 12. Il sensore di velocità dell'albero (B4 o B6) deve essere posizionato sotto la puleggia con magneti. La distanza minima dal magnete al corpo del sensore deve essere 3...5 mm. Dopo aver alimentato la scheda, ruotare l'albero della tenda. Se il passaggio di ciascun magnete sul sensore è accompagnato da un flash LED, tutto va bene. Altrimenti è necessario ridurre la distanza dal magnete al sensore piegandone i cavi.
Successivamente, regolare il sensore di posizione della tenda sollevata. Per fare ciò, sposta il tessuto della tenda in una posizione che sarà considerata in alto. Solitamente corrisponde all'apertura di una finestra completamente aperta. Sul lato parete della tenda, posizionare un magnete rettangolare di fronte al sensore. Nella fig. 11 puoi vedere un anello magnetico (va bene anche un altro) che ne sostiene uno rettangolare sulla tela durante il processo di regolazione. Il punto luminoso sopra di esso è un LED che brilla attraverso la tela. Se il LED non si accende, piegando i cavi del sensore, ridurre la distanza tra lo stesso ed il magnete. Successivamente abbassare la tenda fino allo spegnimento del led e rialzarla fino all'accensione. Se la posizione della tenda al momento dell'accensione del LED non coincide con la posizione superiore richiesta, è necessario correggere la posizione del magnete sulla tenda. Una volta completata la regolazione, incollare il magnete sulla tela nel punto trovato con la colla “Moment”. L'ultima azione consiste nel contare il numero di mezzi giri dell'albero della tenda durante i quali la tenda si sposterà dalla posizione superiore (aperta) a quella inferiore (chiusa). Dipende dall'altezza della finestra e i suoi valori in ogni caso specifico possono variare. La tecnica qui è semplice: contare il numero di flash del LED durante il processo di chiusura della tenda. Ricorda questo numero, in futuro dovrai inserirlo nel programma del microcontrollore. Successivamente è possibile collegare il motoriduttore e la scheda sensore alla scheda principale del dispositivo. Informazioni generali sugli algoritmi del dispositivo Per il normale sviluppo delle piante subtropicali è necessario un periodo di luce diurna di circa 12 ore, ma in molte regioni del nostro paese durante una parte significativa dell'anno è molto più breve. Ad esempio, alla latitudine di Mosca, la sua durata minima è di circa 7 ore. Per controllare l'illuminazione aggiuntiva delle piante, all'inizio di ogni giornata, il dispositivo calcola l'ora dell'alba Tv e del tramonto Tz del Sole nel punto in cui è posizionato (la latitudine e la longitudine di questo punto sono registrate nel programma) e , sulla base di queste informazioni, calcola la durata attuale della luce del giorno Tsv. Il programma memorizza anche il valore specificato dall'utente delle ore diurne richieste Tsv.tr. Se Tsv < Tsv.tr, viene calcolata la differenza tra loro: Δ = Tsv.tr - Tsv. Questo è il periodo di tempo entro il quale le ore diurne attuali dovrebbero essere aumentate. Al mattino l'apparecchio accende l'illuminazione supplementare Δ/2 prima dell'alba e la spegne all'alba. Di sera accende la retroilluminazione al tramonto e la spegne Δ/2 dopo il tramonto. È stato utilizzato un algoritmo per il calcolo dell'alba e del tramonto, basato su quello riportato in [4]. L'utente imposta l'umidità dell'aria richiesta nella stanza utilizzando il menu entro l'intervallo compreso tra 40 e 70%. Se l'umidità diventa del 5% inferiore al valore richiesto, il dispositivo accende l'umidificatore e lo spegne quando raggiunge il valore impostato. Per il normale sviluppo delle piante, è necessario mantenere una certa temperatura nella stanza. Allo stesso tempo, è impossibile mantenere una temperatura costante durante tutto l'anno: anche le piante hanno un "concetto" di stagioni e ogni stagione deve avere la propria temperatura media dell'aria, corrispondente al clima subtropicale. Per soddisfare questo requisito, la EEPROM del microcontrollore DD2 contiene la legge delle variazioni della temperatura ambiente per mese durante tutto l'anno. Contiene i valori di temperatura confortevole e minima consentita per ciascun mese secondo la tabella. 1. Tabella 1
Controllando il funzionamento del sistema di riscaldamento, della ventilazione e delle tende delle finestre, il dispositivo cerca di mantenere una temperatura nella stanza che differisce dalla temperatura confortevole di non più di 1 оC. In pratica, però, questa tolleranza può essere mantenuta solo nella stagione fredda, quando è in funzione il sistema di riscaldamento generale dell'edificio. Nel resto del tempo, quando il flusso di calore nella stanza è eccessivo, il dispositivo cerca di impedire il superamento della temperatura confortevole. Se per qualsiasi motivo la temperatura ambiente scende al di sotto del livello minimo consentito, il dispositivo emette una serie di tre brevi segnali acustici circa una volta al minuto. Lo scambio di informazioni tra i due microcontrollori avviene lungo le linee che collegano il pin 34 (PA6) di DD2 al pin 2 (PD0) di DD3 e il pin 33 (PA7) di DD2 al pin 3 (PD1) di DD3. Il microcontrollore DD2 è il master e DD3 è lo slave. Nello stato iniziale i pin master PA7 e PA6 sono configurati come ingressi e le linee slave PD1 e PD0 possono trovarsi in uno degli stati riportati in tabella. 2. Quando lo slave è pronto a ricevere, le linee PD1 e PD0 sono configurate come ingressi e i resistori R30 e R31 supportano i loro livelli logici uno. Tabella 2
Se lo slave è nello stato pronto, il master può generare una richiesta di lettura della posizione attuale delle tende o un comando per modificare la posizione delle tende. In entrambi i casi viene inviato un byte. Quando si risponde a una richiesta, questo byte codifica la posizione attuale della tenda: quanti mezzi giri, contando dalla posizione superiore, viene abbassata. Nel byte di comando per modificare la posizione delle tende, la parte più significativa del byte indica la direzione del movimento (1 - abbassa, 0 - alza) e il resto - il numero di mezzi giri di movimento. Il master, quando richiede la lettura della posizione delle tende, configura i suoi pin PA7 e PA6 come uscite e imposta su di essi il codice 20 per 01 ms, dopodiché riconfigura i pin in modalità ingresso (mentre quello logico si livella sulla le linee sono trattenute dai resistori R30 e R31) e attende un byte di informazioni dallo slave. Lo slave, dopo aver atteso che il pin PD0 ritorni allo stato singolo, configura i suoi pin PD1 e PD0 come uscite e inizia la trasmissione. Trasmette le informazioni in un codice seriale tramite la linea PD0, accompagnando ogni cifra con un impulso di clock tramite la linea PD1. Una volta completato il trasferimento, lo slave configura i suoi pin PD1 e PD0 come ingressi. Per inviare un comando di modifica della posizione delle tende, il master configura i pin PA7 e PA6 come uscite e imposta su di essi il codice 20 per 00 ms, dopodiché inizia a trasmettere il byte di comando, formando il proprio codice seriale sul pin PA6 e relativo ogni cifra con un impulso di clock sul pin PA7. Una volta completata la trasmissione, il master configura i suoi pin PA7 e PA6 come ingressi. Lo slave, dopo aver ricevuto la combinazione di codici 00, entra in modalità di ricezione comandi. Terminata la ricezione, configura i suoi pin PD1 e PD0 come uscite, imposta su di essi il codice 10 ("Non pronto a ricevere") e inizia ad eseguire il comando, dopo averne prima verificato la validità. Se durante la convalida viene trovato un valore non valido in un comando, verrà sostituito con uno che rientra nei limiti accettabili. Dopo aver eseguito il comando, lo slave ritorna allo stato pronto. L'algoritmo di funzionamento del microcontrollore DD2 in forma semplificata può essere rappresentato come costituito da cicli annidati: annuale, giornaliero, orario, controllo della temperatura e principale. All'inizio dell'anno successivo viene verificata la correttezza della sua modifica. Il fatto è che il valore nel registro annuale può cambiare non solo a causa del suo cambiamento naturale, ma anche per una serie di altri motivi. Ad esempio, se il chip dell'orologio in tempo reale si guasta o non funziona correttamente. Un "Capodanno" prematuro minaccia che i dati meteorologici accumulati nella EEPROM per tutto il tempo trascorso dall'inizio dell'anno in corso verranno distrutti. La verifica della correttezza del cambio anno è considerata riuscita se il nuovo anno è uno in più rispetto al precedente. Per poterlo verificare, durante il processo di impostazione della data, il valore dell'anno viene caricato sia nel registro del chip dell'orologio in tempo reale che nella EEPROM del microcontrollore, da dove viene selezionato come riferimento durante il test. Se il test ha esito positivo, il programma aggiorna il valore di controllo dell'anno nella EEPROM e cancella i dati meteorologici dell'anno precedente. Altrimenti, il contenuto della EEPROM rimane invariato e invece del nome del giorno della settimana, il programma visualizza il messaggio "ANNO ERRORE" sull'indicatore e continua a funzionare. All'inizio di ogni giornata il programma calcola i valori della temperatura dell'aria esterna e della pressione atmosferica mediati nel corso della giornata passata. Queste informazioni vengono inserite nelle celle successive dell'area EEPROM, che memorizza i dati meteorologici per l'anno in corso. Controlla se è necessario aggiornare i valori massimi e minimi della temperatura esterna e della pressione barometrica del trimestre corrente. Se necessario, i valori memorizzati nella EEPROM verranno aggiornati. Le celle RAM dell'orologio in tempo reale, che memorizzano informazioni sulla variazione giornaliera della temperatura esterna e della pressione atmosferica, vengono ripristinate. Le informazioni sulla temperatura ambiente consentita vengono lette dalla EEPROM. Successivamente vengono calcolati i momenti dell'alba e del tramonto, la durata attuale delle ore diurne e i momenti di accensione e spegnimento dei mezzi di illuminazione supplementare per le piante. Quando arriva l'ora successiva, il programma inserisce nelle celle RAM dell'orologio in tempo reale i valori della temperatura esterna e della pressione atmosferica misurati alla fine dell'ora precedente. Aggiorna i grafici della temperatura giornaliera e della pressione atmosferica. Nel ciclo di controllo della temperatura, il programma controlla il funzionamento dei sistemi di riscaldamento e ventilazione e la posizione delle tende delle finestre. I dati iniziali per la regolazione sono la temperatura ambiente, la sua pendenza, lo stato e l'accessibilità per il controllo dei sistemi di riscaldamento e ventilazione, nonché delle tende delle finestre. A differenza dei cicli sopra discussi, che vengono eseguiti dal programma con frequenza costante, l'utente può modificare il periodo di ripetizione del ciclo di controllo entro un intervallo compreso tra 2 e 30 minuti. Il fatto è che il cambiamento di temperatura in una stanza sotto l'influenza dei mezzi di regolazione non avviene istantaneamente, ma con un certo ritardo, a seconda di una serie di fattori, ad esempio, dalla capacità termica della stanza e dall'efficacia di i mezzi di regolamentazione. Pertanto, in ciascun caso specifico, il periodo ottimale per l'esecuzione di questo ciclo deve essere selezionato sperimentalmente. E infine il ciclo principale, che il programma ripete con un periodo di circa un secondo. In questo ciclo legge e visualizza le informazioni provenienti dai sensori di temperatura, umidità, pressione e da un orologio in tempo reale, controlla l'umidificatore, accende e spegne l'illuminazione supplementare dell'impianto e interroga i controlli. Quando vengono soddisfatte le condizioni appropriate, i cicli discussi sopra vengono chiamati dal ciclo principale. All'accensione, il programma del microcontrollore DD3, prima di tutto, alza le tende nella posizione più alta. Si ritiene che la loro posizione fosse arbitraria e sconosciuta al programma, e per un controllo corretto deve avere un punto di riferimento, che è la posizione superiore delle tende. La stessa azione viene eseguita quando si commuta il sistema di controllo delle tende dalla modalità manuale a quella automatica, poiché in questo caso il programma considera sconosciuta la posizione attuale delle tende. Nella modalità di controllo manuale, il programma imposta il codice 2 (segno di controllo manuale) sulle linee di comunicazione con il microcontrollore DD00 e quindi controlla costantemente lo stato dei pulsanti SB1-SB4. A seconda di esso, genera segnali di controllo per i motori degli azionamenti per tende elettriche. Quando le tende si muovono, il programma monitora lo stato dei sensori di posizione superiore. Se la tenda viene alzata il sensore ne bloccherà l'ulteriore risalita. Ma quando si abbassa la tenda, non c'è alcun controllo software della sua posizione (non può essere organizzata in modo affidabile con il set di sensori esistente), quindi l'utente effettua questo controllo visivamente, fermando la tenda al momento giusto. Nella modalità di controllo automatico, il programma configura i pin PD0 e PD1 come ingressi e ne verifica costantemente lo stato. Quando viene rilevata una richiesta dall'host, il programma ne identifica il tipo e trasmette informazioni sulla posizione attuale delle tende o riceve un comando per modificarne la posizione. Se un comando ricevuto richiede l'abbassamento del sipario, viene innanzitutto verificata l'ammissibilità. Lo scopo del controllo è impedire che la tenda venga abbassata al di sotto del livello consentito - come notato sopra, nel dispositivo non sono presenti sensori per la posizione inferiore delle tende. L'algoritmo di controllo è semplice: il programma somma la posizione attuale della tenda (il numero di mezzi giri dell'albero dalla posizione alta) con il numero di mezzi giri contenuti nel comando. Se il risultato supera il valore massimo memorizzato nel programma, il valore accettato è limitato. Durante il sollevamento del telo non è necessario alcun controllo poiché verrà comunque fermato dal segnale proveniente dal sensore di posizione superiore. Il programma prevede l'alzata obbligatoria delle tende dopo il tramonto, poiché di notte non svolgono funzioni di protezione dal calore. Informazioni visualizzate sull'indicatore Quando è acceso, il dispositivo funziona nella modalità di visualizzazione delle informazioni di base (Fig. 13). L'indicatore visualizza la data, l'ora e il giorno della settimana correnti, le ore diurne del giorno corrente, la pressione atmosferica, la temperatura interna ed esterna e l'umidità interna. Vengono visualizzate le modalità di riscaldamento, ventilazione e controllo delle tende impostate dall'utente.
In alto a destra viene visualizzato lo stato attuale dei dispositivi controllati: “Vn” - ventilazione, “Da” - riscaldamento, “Sv” - mezzi di illuminazione supplementare per piante, “Uv” - umidificatore d'aria. Se un dispositivo è attualmente acceso, la sua designazione è circondata da una cornice. Nella fig. 13 è destinato al riscaldamento e all'illuminazione aggiuntiva per gli impianti. Nella parte inferiore destra dello schermo viene visualizzato un grafico della variazione giornaliera della temperatura esterna o della pressione atmosferica (a scelta dell’utente). A destra del grafico, in cornici rettangolari, sono riportati i valori massimo (sopra) e minimo (sotto) del parametro visualizzato sul grafico nell'ultima parte della giornata. Tre aree dello schermo fungono da pulsanti di controllo touch. Nella fig. 13 sono circondati da cornici rosse (non ci sono cornici di questo tipo sullo schermo). Premendo il pulsante centrale è possibile selezionare il parametro visualizzato sul grafico (pressione atmosferica o temperatura esterna) e premendo il pulsante destro è possibile passare l'indicatore alla modalità di visualizzazione dei dati meteorologici accumulati nell'ultima parte dell'anno in corso. La schermata dell'indicatore in questa modalità è mostrata in Fig. 14. Poiché la risoluzione dello schermo non è sufficiente per visualizzare le informazioni per l'intero anno, queste vengono visualizzate trimestralmente. Nella parte superiore dello schermo vengono visualizzati il numero del trimestre (in un riquadro) e i valori di massimi e minimi assoluti della temperatura esterna e della pressione atmosferica per il trimestre selezionato, indicando le date in cui sono stati registrati.
Nella parte centrale dello schermo è presente un grafico dell'evoluzione dei valori medi giornalieri della temperatura esterna e della pressione atmosferica durante il trimestre. La curva della pressione è rappresentata con una linea spessa, la curva della temperatura con una linea sottile. Per impostazione predefinita, quando si accede a questa modalità, vengono visualizzati i dati del trimestre corrente. Si spostano ad altri blocchi utilizzando i pulsanti sullo schermo “PREV” e “NEXT” e premendo il pulsante sullo schermo “EXIT” ritornano alla modalità di visualizzazione delle informazioni di base. Se nella memoria del dispositivo non sono presenti dati per il trimestre selezionato, sullo schermo verrà visualizzato il messaggio "NO DATA". Menu di servizio Utilizzando questo menu è possibile impostare i parametri utilizzati durante il funzionamento del dispositivo. Ti permette di installare: - data, ora e giorno della settimana correnti; - fuso orario in cui si trova il dispositivo in ore rispetto a UTC. Questa informazione è necessaria per calcolare l'ora dell'alba e del tramonto; - la durata richiesta delle ore diurne nell'intervallo da 10 a 20 ore con incrementi di 1 ora; - l'umidità dell'aria richiesta nella stanza compresa tra 40 e 70% con una discrezionalità dell'1%; - modalità di utilizzo del sistema di riscaldamento “Manuale” o “Automatico”. Nella modalità "Automatica" l'impianto di riscaldamento funziona secondo il programma, nella modalità "Manuale" la regolazione non viene eseguita, l'attuatore termoelettrico è diseccitato e la valvola di regolazione è aperta. I radiatori del riscaldamento dei locali sono permanentemente collegati all'impianto di riscaldamento generale della casa. Si consiglia di attivare questa modalità nel periodo estivo, quando non è necessario il riscaldamento; - modalità di utilizzo del sistema di ventilazione "Off" o "Automatico"; - periodo di ripetizione del ciclo di termoregolazione entro 2...30 minuti con discrezionalità di 1 minuto. Inoltre, il menu offre la possibilità di cancellare dalla memoria le informazioni sull'andamento giornaliero della temperatura esterna e della pressione atmosferica. Questa operazione deve essere eseguita quando il dispositivo viene acceso per la prima volta, nonché dopo aver sostituito l'elemento di alimentazione di backup del chip dell'orologio in tempo reale. Altrimenti, le celle RAM di questo microcircuito conterranno valori casuali che non hanno nulla a che fare con i valori reali, sulla base dei quali il programma costruirà un programma giornaliero. A peggiorare le cose, questi valori imprevedibili verranno inclusi nelle statistiche annuali. Accedere al menu premendo il pulsante sullo schermo sinistro (vedere Fig. 13). La schermata dell’indicatore assumerà la forma mostrata in Fig. 15. Il nome del parametro e il suo valore corrente verranno visualizzati nel riquadro. Sono presenti pulsanti sullo schermo per selezionare i parametri “PREV” e “NEXT”, modificare i parametri correnti “+” e “-”, nonché per uscire dal menu salvando i parametri “EXIT”. Puoi uscire dal menu in qualsiasi momento; non è necessario passare attraverso tutti i parametri; devi solo regolare solo quelli che ti servono.
Caratteristiche della preparazione di programmi per microcontrollori A causa della mancanza di memoria di programma del microcontrollore DD2, non è stato possibile implementare tutte le funzioni di servizio del dispositivo tramite il menu. In altre parole è necessario specificare alcuni parametri nel testo del programma prima di compilarlo. È vero, esistono solo tre di questi parametri e non è necessario modificarli durante l'utilizzo del dispositivo. Queste sono le coordinate geografiche (latitudine e longitudine) del luogo in cui viene utilizzato il dispositivo, nonché il numero di impulsi del sensore di mezzo giro dell'albero della tenda necessari per spostare la tenda dalla posizione più alta a quella più bassa. L'ultimo numero deve essere inserito anche nel programma del microcontrollore DD3. Per questo motivo i file di programma boot (.hex) allegati dall'autore all'articolo possono essere utilizzati integralmente solo se il dispositivo si trova ad una distanza non superiore a 70...100 km da Mosca (le sue coordinate sono indicate in il programma) e le tende della finestra si abbassano in 25 mezzi giri dell'asta. In altri casi è necessario adattare i testi dei programmi. Per fare ciò, all'inizio del codice sorgente del programma del microcontrollore DD2 (file klimat_mega.bas), trova le righe dopo le dichiarazioni delle variabili: La = 55.5 'Latitudine (gradi) Lo = 37.5' Longitudine (gradi) Stepmax =25 'Numero di passi e sostituisci i valori delle variabili in essi contenuti con quelli che ti servono. All'inizio del testo sorgente del programma del microcontrollore DD3 (file klimat_tiny.bas), trova la riga Stepmax = 25 'Numero di passi e sostituisci il numero 25 con il numero di passi (mezzi giri) della tua tenda. Successivamente, compila entrambi i programmi e carica i codici dai file esadecimali risultanti nei microcontrollori. L'ordine di programmazione dei microcontrollori La programmazione del microcontrollore DD2 (ATmega32-16PU) deve essere eseguita nella seguente sequenza: 1. Programmare la configurazione del microcontrollore secondo la tabella. 3. 2. Caricare i codici dal file Init_Mega.hex nel microcontrollore ed eseguire questo programma. Preparerà la EEPROM del microcontrollore per il funzionamento: caricherà al suo interno le informazioni dalla tabella. 1 e cancellerà l'area dove sono memorizzati i dati meteorologici dell'anno (se il microcontrollore è già stato utilizzato potrebbero esserci informazioni registrate da programmi precedenti). 3. Dopo cinque-dieci secondi caricare il programma di lavoro compilato nel microcontrollore. La programmazione del microcontrollore DD3 non ha caratteristiche speciali. La sua configurazione deve corrispondere alla tabella. 4. Tabella 3
Tabella 4
I file PCB e i programmi del microcontrollore possono essere scaricati da ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/09/clim.zip. Letteratura
Autore: A. Savchenko
Un nuovo modo di controllare e manipolare i segnali ottici
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