Разработка микропроцессорной системы климат-контроля

      САУ должна обеспечивать требуемое качество работы установки в переходных режимах при изменении задающего или возмущающего воздействия. Качество регулирования оценивается следующими показателями: перерегулирование, быстродействие (время регулирования) и число колебаний регулируемой величины за время переходного процесса.

      Перерегулированием  называется отношение разности между максимальным и установившимся отклонениями регулируемой величины к установившемуся отклонению. На рисунке 1.3 показано изменение регулируемой величины при ступенчатом воздействии. Перерегулирование равно

                                                 

                                   (1.5)

где Δx_max – максимальное отклонение регулируемой величины;

Δx(∞) – установившееся отклонение регулируемой величины.

Рисунок 1.3 – Показатели качества регулирования

      Допустимое  перерегулирование обычно равно  σ_m = 18…25%.

      Быстродействие  или время регулирования t_p представляет время, в течение которого отклонение регулируемой величины от Δx(t) превышает некоторое допустимое значение, обычно принимаемое δ = 5%.

      Число колебаний регулируемой величины N за время переходного процесса t_p должно быть ограниченным. Обычно принимают N < 3.

      Работа  САУ характеризуется точностью, под которой понимается степень приближения действительного выходного сигнала x к его заданному значению х₀.

      Величина  Δx = х₀ – х называется ошибкой САУ. Установившаяся ошибка отработки постоянного сигнала называется статической ошибкой. Текущая ошибка отработки переменного сигнала называется динамической ошибкой САУ. Динамическая ошибка изменяется в течении времени и зависит от структуры, параметров и характера изменения воздействия. Статическая ошибка определяется структурой, параметрами и величиной постоянного воздействия. 

      1.3 Структурная схема системы климат-контроля 

      Учитывая  условия функционирования с заданными показателями качества переходных процессов, а также требуемые выходные характеристики системы можно представить структурную схему системы климат-контроля (СКК) в строгом соответствии с техническим заданием и техническими условиями эксплуатации.

      

      Рисунок 1.4 – Структурная схема цифровой системы  

      Структурная схема состоит из следующих основных элементов: Д - датчик температуры; АЦП – аналого-цифровой преобразователь; Н – норма (допустимая величина температуры); СМР – компаратор; СУ – схема управления кондиционером; ИМ – исполнительный механизм (кондиционер); ОУ – объект управления (помещение); И – жидко-кристаллический индикатор.

      Датчик  температуры осуществляет преобразование температуры в помещении в  электрический сигнал аналоговой формы.. Прием сигнала и преобразование аналогового в цифровой и сравнение с допустимой величиной производится микроконтроллером, который в свою очередь управляет цепью включения кондиционера и контроллером жидко-кристаллического дисплея LCD.

      Таким образом, разработав структурную схему  системы улимат-контроля на первом этапе, далее необходимо выбрать ее элементы, согласовать уровни сигналов между ними, осуществить разработку схему управления электроприводом и программу управления внешними устройствами.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 КОНСТРУКТОРСКАЯ  ЧАСТЬ 

      2.1 Микроконтроллер  как основной элемент

    

      Характеристика  микроконтроллера PIC16F877:

-    высокоскоростная RISC архитектура;

-    35 инструкций;

-    команды  выполняются  за  один  цикл, выполняемых за два цикла.

-     тактовая частота: DC - 20МГц, тактовый сигнал DC - 200нс;

-     до 8к х 14 слов FLASH памяти программ, до 368 х 8 байт памяти данных (ОЗУ) До 256 х 8 байт EEPROM памяти данных;

-      система прерываний (до 14 источников);

-      8-уровневый аппаратный стек;

-      прямой, косвенный и относительный режим адресации;

-       выбор параметров тактового генератора;

-     программирование    в    готовом    устройстве;

-       широкий     диапазон     напряжений     питания от 2.0В до 5.5В.

Рисунок 2.1 - Внешний вид микроконтроллера PIC16F877 

      2.1.1 Характеристика периферийных модулей.

      Микроконтроллер имеет следующие периферийные модули:

-     таймер     0:     8-разрядный     таймер/счетчик     с 8-разрядным программируемым предделителем;

-     таймер   1:   16-разрядный   таймер/счетчик   с возможностью подключения        внешнего резонатора;

-     таймер     2:     8-разрядный     таймер/счетчик     с 8-разрядным программируемым предделителем и выходным делителем;

-  два модуля ССР;

-      многоканальное 10-разрядное АЦП.

-  последовательный синхронный порт MSSP;

-      последовательный      синхронно-асинхронный приемопередатчик    USART    с    поддержкой детектирования адреса.

Рисунок 2.2 - Структурная схема микроконтроллера PIC16F877 

      2.1.2 Организация памяти.

     В микроконтроллерах PIC16F87X имеется три вида памяти. Память программ и память данных имеют раздельные шины данных и адреса, что позволяет выполнять параллельный доступ.

Рисунок 2.3 - Организация памяти в микроконтроллере PIC16F877

      Микроконтроллеры  PIC16F87X имеют 13-разрядный счетчик команд PC, способный адресовать 8К х 14 слов памяти программ. Физически реализовано FLASH памяти программ 8К х 14 в PIC16F877. Обращение к физически не реализованной памяти программ приведет к адресации реализованной памяти.

      Адрес вектора сброса – 0000h. Адрес вектора прерываний – 0004h.

     Память  данных разделена  на четыре банка,  которые содержат регистры  общего  и  специального  (SFR) назначения. Биты RP1 (STATUS<6>) и RPO (STATUS<5>) предназначены для управления банками данных. В таблице показано состояние управляющих битов при обращении к банкам памяти данных.

     Таблица 2.1 – Банки памяти

      Объем банков памяти данных до 128 байт (7Fh). В начале банка размещаются регистры специального назначения, затем регистры общего назначения выполненные как статическое ОЗУ. Все реализованные банки содержат регистры специального назначения. Некоторые, часто используемые регистры специального назначения могут отображаться и в других банках памяти. 

      2.1.3 Регистры.

      Обратиться  к регистрам общего назначения можно прямой или косвенной адресацией, через регистр FSR.

      С помощью регистров специального назначения выполняется управление функциями ядра и периферийными  модулями микроконтроллера. Регистры специального назначения реализованы  как статическое ОЗУ.

      В регистре STATUS содержатся флаги состояния АЛУ, флаги причины сброса микроконтроллера и биты управления банками памяти данных.

      Регистр STATUS может быть адресован любой командой, как и любой другой регистр памяти данных. Если обращение к регистру STATUS выполняется командой, которая воздействует на флаги Z, DC и С, то изменение этих трех битов командой заблокирована. Эти биты сбрасываются или устанавливаются согласно логике ядра микроконтроллера. Команды изменения регистра STATUS также не воздействуют на биты -ТО и -PD. Поэтому, результат выполнения команды с регистром STATUS может отличаться от ожидаемого. Например, команда CLRF STATUS сбросит три старших бита и установит бит Z (состояние регистра STATUS после выполнения команды 000uu1uu, где u - не изменяемый бит).

      При изменении битов регистра STATUS рекомендуется использовать команды, не влияющие на флаги АЛУ (SWAPF, MOVWF, BCF и BSF).

      Таблица 2.2 - Регистр STATUS

 
 
 
 

бит 7:        IRP: Бит выбора банка при косвенной адресации

1 = банк 2, 3(100h-1FFh)

0  = банк 0, 1 (000h - 0FFh)

биты 6-5: RP1:RP0: Биты выбора банка при непосредственной адресации

11 = банк 3(180h-1FFh) 
10 = банк 2(100h-17Fh)

01 = банк 1 (080h - 0FFh)

00 = банк 0 (000h - 07Fh)

бит 4:       -ТО: Флаг переполнения сторожевого  таймера

1 = после POR или выполнения команд CLRWDT, SLEEP

0 = после переполнения WDT

бит 3:        -PD: Флаг включения питания

1 = после POR или выполнения команды CLRWDT

0 = после выполнения команды SLEEP

бит 2:       Z: Флаг нулевого результата

1 = нулевой результат выполнения арифметической или логической операции

0 = не нулевой результат выполнения арифметической или логической операции

бит 1:       DC: Флаг десятичного переноса/заема (для команд ADDWF, ADDWL, SUBWF, SUBWL), заем имеет инверсное значение

1 = был перенос из младшего полубайта

0 = не было переноса из младшего полубайта

бит 0:       С: Флаг переноса/заема (для команд ADDWF, ADDWL, SUBWF, SUBWL), заем имеет инверсное значение

1 = был перенос из старшего бита

0 = не было  переноса из старшего бита

Рисунок 2.4 - Запись значения в счетчик команд PC

      13-разрядный  регистр счетчика команд PC указывает адрес выполняемой инструкции. Младший байт счетчика команд PCL доступен для чтения и записи. Старший байт РСН, содержащий <12:8> биты счетчика команд PC, не доступен для чтения и записи. Все операции с регистром РСН происходят через дополнительный регистр PCLATH. При любом виде сброса микроконтроллера счетчик команд PC очищается. На рисунке 2-5 показано две ситуации загрузки значения в счетчик команд PC. Пример сверху, запись в счетчик команд PC происходит при записи значения в регистр PCL (PCLATH <4:0> —> РСН).  

     2.1.4 Порты ввода/вывода.

     Некоторые каналы портов ввода/вывода мультиплицированы с периферийными модулями микроконтроллера. Когда периферийный модуль включен, вывод не может использоваться как универсальный канал ввода/вывода.