Разработка микропроцессорной системы климат-контроля

      Обмен данными и командами начинается с младшего бита. Формат регистров термодатчика показан на рисунке 2.9.

Младший регистр температуры LS

Старший регистр температуры MS (знаковый)

Регистры  установки ограничения температуры T_H, T_L

 

Рисунок 2.9 – Формат регистров термодатчика DS 1820

      Младший регистр температуры (LS) несет информацию о температуре. В нулевой бит записана информация о десятых долях температуры. Если нулевой бит единичный, то десятые доли равны 0,5°С.

      Старший регистр температуры (MS) содержит информацию о знаке температуры, Дели значения регистра нулевые, то знак температуры положительный, и наоборот.

      Поскольку все биты регистра MS одинаковы, то достаточно считать только младший бит, т.е. длина слова от термодатчика составляет 9 бит = 8 бит (температура LS) + 1 бит знаковый (MS).

      Регистры  установки ограничения температуры  Т_н, T_L несут информацию только о целых значениях температуры. В седьмом бите записывают информацию знаке температуры. При отрицательной температуре в седьмой бит необходимо записать единицу.

      Таблица 2.5 – Значения кодов термодатчика при различной температуре

 
 

      В таблице 2.5 приведен пример принимаемых кодов при различных температурах. Для того чтобы получить значение температуры при минусовых температурах, необходимо принятую информацию перевести в дополнительный код. Для перевода в дополнительный код необходимо принятый код инвертировать и прибавить единицу. Например, для значения 1111 1111 получим 0000 0001, т. е. 0.5°С, но со знаком минус.

      Последовательность  действий управляющего микроконтроллера PIC при считывании температуры с одного термодатчика DS 1820: 

1) послать  сигнал обнуления линии (480…960 мкс);

2) принять  импульс присутствия или заполнить  паузой (60…240 мкс);

3) послать  команду пропуска идентификации  0хССh;

4) послать  команду начала преобразования 0х44h;

5) пауза  не менее 500 мкс для завершения  процесса преобразования;

6) обнулить линию;

7) послать  команду пропуска идентификации  0хССh;

8) послать  команду считывания блокнота 0х0Вh;

9) принять  9 байт;

10) проанализировать  бит знака;

11) если  знак отрицательный, то перевести  значение температуры в      дополнительный код.

      Программа управления термодатчиком приведена в параграфе 3.2. 

      2.3 Схема стабилизатора напряжения питания 

      Предлагается  схема стабилизации напряжения питания в допустимых пределах изменения рабочих напряжений от 180 до 250 В, т.е. ± 10% от 220В. Необычность и оригинальность схемы состоит в отсутствии понижающего трансформатора, что, естественно, приводит к уменьшению размеров схемы, но приводит к ограничению температурных условий эксплуатации из-за наличия электролитических конденсаторов.

      Схема устройства показана на рисунке 2.10. Источник питания для микроконтроллера, термодатчика и ЖКИ построен по схеме, предложенной О. Ховайко. Конденсаторы С1 и С2, СЗ выполняют роль делителя входного переменного напряжения. Напряжение на электролитических конденсаторах С2, СЗ будет равно 5,5 В, а после диодного моста VD1—VD4 и фильтрации конденсатором С4 повышается до 11 В, подаваемое на регулируемый стабилизатор тока и напряжения ДА1 (КР 142ЕН12А). Стабилизатор с регулируемым выходным напряжением на микросхеме КР142ЕН12А установлен для того, чтобы была возможность точно выставить напряжение питания, равное 5,12 В. Точную регулировку напряжения выполняют переменным резистором R5.

Рисунок 2.10 – Схема стабилизации напряжения и тока источника питания 

      2.4 Схема системы  климат-контроля 

      На  основании структурной схемы, полученной в первой главе, выбранных элементов  и схемы источника питания  можно приступить к разработке системы  климат-контроля. Будем считать заданным электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением и  жидкокристаллический индикатор типа МТ-16S2H.

Рисунок 2.11 – Схема системы климат-контроля 

      Микроконтроллер DD2 через вывод 5 порта А соединен с микросхемой DD1 термодатчика на вывод 2, по которому передаются данные о температуре. Соединение с микросхемой DD3 жидкокристаллического индикатора осуществляется через выводы RB0-RB7 порта В, а управление индикатором через выводы RE0-RE2 порта Е. Регистр R1 индикатора служит для изменения подсветки табло. Микроконтроллер осуществляет управление включением кондиционера через гальваническую связь – оптронную пару U1 типа MOC 3043. Замыкание якорной цепи двигателя происходит с помощью контактов управляющего пускового реле К1 типа РПУ-2. Система начинает функционировать после нажатия кнопки «Пуск». Программы измерения температуры, управление индикацией и двигателем постоянного тока (ДПТ) приведены в третьей главе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      3 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 

      3.1 Программа управления  ЖКИ типа MT-16S2DH 

      Жидкокристаллические  индикаторы (ЖКИ), иначе, жидкокристаллические дисплеи (ЖКД) или LCD-индикаторы (liquid crystal display) практически полностью заменили светодиодные индикаторы во многих устройствах. Единственным недостатком ЖКИ является то, что им трудно пользоваться при малой освещенности.

      В настоящее время широко применяется двухстрочный ЖКИ MT-16S2DH с контроллером HD44780 фирмы Hitachi. Если необходим дисплей на четыре строки по 40 символов, то можно включить блок управления М50530 или пару контроллеров HD44780. Индикатор имеет 14 выводов.

      Таблица 3.1 - Выводы подключения ЖКИ

 

      Напряжение питание нормировано и составляет 5В. На вывод V₀ подается напряжение регулировки контрастности табло через подстроечный резистор 10 кОм, включенный между «землей» и выводом V_dd. Модуль HD44780 содержит два регистра: регистр команд IR (Instraction Register) и регистр данных DR (Data Register).

      Выбор регистров осуществляется путем  подачи сигнала управления от микроконтроллера  на вывод RS: если RS = 0, то будет подключен регистр команд, а если RS = 1, то регистр данных. Вывод R/W – чтение - 1/запись - 0, а вывод Е (Enable) – для строб-сигнала положительной полярности (+5В) длительностью не менее 450 нс, в течение которого записываются передаваемые биты.

Рисунок 3.1 – Схема подключения ЖКИ к микроконтроллеру

      Как правило, в микроконтроллерных системах управления для задания режимов функционирования ЖКИ используется порт Е (Е0, Е1 и Е2),  питание и подсветка подключаются напрямую - +5В, а данные или команды подаются от любого свободного порта.

      Регистр команд IR выполняет следующие функции: смещение курсора, гашение табло или установку адреса индикатора. Регистр данных DR служит для промежуточного хранения данных, которые затем с помощью внутренних операций автоматически передаются в память отображаемых данных (DD — Display Data) или в память знакогенератора (CG — Character Generator).

      В начале каждого сброса данных на ЖКИ  необходимо убедится в его свободности  по флагу занятости (разряд 7). Установленный флаг занятости (лог. 1) означает, что модуль HD44780 занят выполнением внутренней операции и в данный момент к приему не готов.

      Считывание  данных из памяти DD или CG выполняется через регистр данных DR. После того как микроконтроллер записывает некоторый адрес в регистр IR, байт данных, расположенный в памяти по этому адресу, с помощью внутренней операции переписывается в регистр DR. Процесс чтения завершается считыванием байта данных из этого регистра. Когда текущая операция чтения завершена, с помощью функции автоинкремента в регистр данных DR записывается байт данных, извлеченный из памяти по следующему адресу, который будет использован при очередном считывании.

      Счетчик адреса, по сути, состоит из двух частей и содержит текущий адрес как в памяти DD-RAM, так и в памяти CG-RAM. После того как в регистр IR записана команда установки адреса DD-RAM или CG-RAM, этот адрес с помощью внутренней операции автоматически переносится в соответствующий счетчик. Когда запись в память DD/CG (или чтения из нее) завершена, соответствующий счетчик автомата инкрементируется.

      В модуле HD44780 используется две разные памяти:

- DD-RAM - для хранения отображаемых данных;

- CG-RAM - для хранения битовых комбинаций, которые соответствуют матрице размером 5x8 или 5x10 (определяет форму символа).

     Доступ  как к одной, так и к другой памяти осуществляется по текущему адресу, хранимому в счетчике адреса.

     Емкость памяти  DD-RAM составляет 80 знаков, представленных в 8-разрядной ASCII-кодировке. Из них на двухстрочном табло могут быть одновременно отображены 16 символов в каждой строке, однако с помощью операции сдвига последующие символы также могут оказаться в отображаемой области (выделено жирным).

      Таблица 3.2 – Двухстрочное табло ЖКИ