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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA O dispositivo para manter o microclima no jardim de inverno é uma estação meteorológica doméstica. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Reguladores de potência, termômetros, estabilizadores de calor O dispositivo proposto foi projetado para manter o microclima em um jardim de inverno onde são cultivadas plantas subtropicais. Com a sua ajuda, são mantidas as condições necessárias ao seu normal desenvolvimento: temperatura, humidade do ar e horário de verão. Além disso, pode medir a temperatura externa e a pressão atmosférica, acumular e exibir em forma de gráficos informações sobre suas variações ao longo do ano. O dispositivo permite o controle automático do sistema de aquecimento de água da sala, umidificadores de ar, dispositivos de ventilação forçada, acionamentos elétricos para duas persianas e meios de iluminação complementar para plantas. Na verdade, implementa algumas das funções da chamada “casa inteligente” e pode ser utilizada para controlar o microclima de qualquer divisão. Ao mesmo tempo, o dispositivo funciona como uma estação meteorológica doméstica. Registra temperatura externa e pressão atmosférica (horária), mínimos e máximos absolutos de temperatura externa e pressão atmosférica para o dia atual, valores médios diários de temperatura externa e pressão atmosférica durante o ano corrente, mínimos e máximos absolutos de temperatura externa e pressão atmosférica para cada trimestre do ano, indicando suas datas. A tela do indicador exibe gráficos de mudanças nos parâmetros climáticos para o dia atual ou para qualquer trimestre anterior do ano atual. Principais características técnicas
A aparência do painel de controle do dispositivo é mostrada na Fig. 1. Possui dois microcontroladores trabalhando juntos: ATmega32-16PU (principal) e ATtiny2313A-PU (controle de cortina). Na Fig. A Figura 2 mostra a parte principal do seu diagrama de circuito, que implementa todas as funções, exceto o controle de cortinas.
O relógio de tempo real no chip DD1 (DS1307) fornece ao programa do microcontrolador DD2 informações sobre a data e hora atuais. Este chip contém 56 bytes de RAM de uso geral, que o programa do microcontrolador DD2 usa para armazenar informações sobre as mudanças diárias na temperatura do ar externo e na pressão atmosférica, bem como sobre os parâmetros especificados do dispositivo. Para o chip DD1, é fornecida uma fonte de alimentação de backup - uma célula de lítio G1 CR2032, que permite salvar o progresso do relógio e as informações na RAM na ausência da alimentação principal. O elemento é instalado em um suporte “vertical” CH74-2032. As informações sobre o estado do ambiente são fornecidas ao programa do microcontrolador DD2 a partir dos sensores de pressão atmosférica B1 HP03M [1], temperatura e umidade da sala B2 SHT10 [2] e temperatura do ar externo BK1 DS18B20. Chip DD1 e sensor B1 são conectados ao microcontrolador DD2 via interface I2C, formada pelas linhas SCL (PD4) e SDA (PD3). Ao mesmo tempo, para o sensor B1, que opera com níveis lógicos de três volts, são fornecidos conversores desses níveis. Nas linhas SCL e SDA são bidirecionais (5 V↔1 V) nos transistores VT2 (VT9) e resistores R17, R10 (R18, R5). Os conversores de nível de sinal MCLK e XCLR são unidirecionais (6 V→5 V) na forma de divisores de tensão R1R2 e RXNUMXRXNUMX, respectivamente. O microcontrolador se comunica com o sensor de temperatura e umidade B2 através das linhas PD1 e PD2. O sensor de temperatura do ar externo BK1 possui interface de 1 fio, a troca com ele é organizada através da linha PD0 do microcontrolador. Para gerar sinais sonoros quando necessário, é utilizado um emissor piezocerâmico HA1, cujo sinal de controle é gerado pelo microcontrolador na linha PD7. Para exibição das informações foi utilizado um LCD gráfico WG240128B-TML-TZ#000 (HG1) com resolução de tela de 240x128 pixels. É servido pelas portas B e C do microcontrolador DD2. Uma vantagem significativa deste indicador é o painel de toque resistivo integrado, que simplifica bastante a implementação dos controles. O painel é atendido pelas linhas PA0-PA3 do microcontrolador DD2. Para minimizar a penetração de ruído no circuito de alimentação, ele é fornecido aos nós analógicos do microcontrolador DD2 através do filtro L1C3. O resistor de corte R24 define o contraste de imagem necessário na tela LCD e a seleção do resistor R21 define o brilho de sua luz de fundo. Os atuadores são controlados por meio de chaves triac, que proporcionam isolamento galvânico de seus circuitos de controle da rede de alimentação. Essas chaves são idênticas, portanto consideraremos a operação de apenas uma delas. O sinal de controle da saída PA5 do microcontrolador DD2 através do resistor R3 é fornecido ao diodo emissor do optoacoplador triac U1 MOC3063. Este optoacoplador possui uma unidade para determinar o momento em que a tensão aplicada ao fototriac passa por zero, de forma que a abertura do fototriac e do triac de potência VS1 por ele controlado ocorre justamente neste momento. Isso garante um nível mínimo de ruído de comutação. Para manter as condições de iluminação exigidas na sala, o programa do microcontrolador DD2 gera comandos para controlar a posição das persianas enroláveis. A parte do circuito do dispositivo responsável pelo controle das cortinas é mostrada na Fig. 3. Há um segundo microcontrolador aqui (DD3). A troca de informações entre microcontroladores ocorre através das linhas PA6 e PA7 (DD2) e PD0, PD1 (DD3).
A unidade de controle de cortina permite alterar a posição de duas persianas por meio de acionamento elétrico, seja automaticamente de acordo com comandos gerados pelo microcontrolador DD2, ou manualmente de acordo com comandos do operador. Neste caso, no modo automático, a posição de ambas as cortinas muda de forma síncrona e, no modo manual, é possível o controle separado de cada uma delas. No modo automático, o passo de movimento da cortina é igual a meia volta do seu eixo, no modo de controle manual o usuário coloca a cortina na posição desejada através dos botões SB1-SB4. O acionamento elétrico da cortina esquerda é composto por um motor elétrico M2, um sensor de posição superior para esta cortina B3 e um sensor de velocidade para seu eixo B4. O acionamento da cortina direita possui motor elétrico M1 e sensores B5 e B6 respectivamente. Os sensores B3-B6 são microcircuitos de efeito Hall SS441A magneticamente sensíveis [3]. Ímãs permanentes são instalados nos rolos e painéis de cortina para atuar sobre eles. Os LEDs HL1-HL4 servem como indicadores de resposta do sensor, o que simplifica bastante a instalação da unidade. Se desejado, após a conclusão da instalação, esses LEDs podem ser substituídos por jumpers, e a resistência dos resistores R35-R38 pode ser aumentada para que a corrente que flui através de cada um deles não exceda 5...10 mA. Os motoredutores Gekko MR1-2 DC, amplamente utilizados em robótica, são usados como motores elétricos M25 e M275. A caixa de engrenagens integrada com relação de transmissão de 1:275 fornece um torque no eixo de saída de 330 Ncm, o que permite levantar e abaixar cortinas de enrolar com peso de cortina de até 10 kg. O microcontrolador DD3 controla os motores através de um driver de dois canais DA2 L298N, fornecendo-lhe três sinais de controle: o sentido de rotação, gerado na linha PB6 simultaneamente para ambas as cortinas, e as permissões de operação de cada um dos motores, geradas na linha PB1 Linhas OC1A e OCXNUMXB. Estas últimas são sequências de pulsos modulados em duração, o que permite alterar a velocidade de movimento das cortinas. O modo de controle da cortina é definido com o interruptor SA1. No modo manual (interruptor aberto), o usuário controla as cortinas através dos botões SB1 (direita para baixo), SB2 (direita para cima), SB3 (esquerda para baixo) e SB4 (esquerda para cima). No modo automático (a chave SA1 está fechada), os botões SB1-SB4 são bloqueados e os comandos para controlar a posição das cortinas são enviados para as linhas PD0 e PD1 do microcontrolador DD3 do microcontrolador DD2. O Choke L2 foi projetado para suprimir a interferência que entra no circuito de alimentação do dispositivo devido à operação de motores elétricos. Deve ser projetado para uma corrente de pelo menos 2,5 A. O dispositivo é alimentado com uma tensão de 5 V a partir de uma fonte de alimentação chaveada PS-15-5 (5 V, 2,8 A). O consumo de corrente dele (com os motores de acionamento da cortina desligados) é de cerca de 90 mA. A tensão de 1 V necessária para alimentar o sensor B3,3 é obtida usando o estabilizador integrado DA1 L78L33. Um desenho da placa de circuito impresso principal do dispositivo é mostrado na Fig. 4. A colocação das peças nele é mostrada na Fig. 5. Para os microcontroladores DD2 e DD3, os painéis são instalados na placa devido ao fato de não possuir conectores para programação de microcontroladores. Os pinos 2 e 12 foram removidos do painel do microcontrolador DD13.
Para instalar o sensor HP03M (B1) na placa, pedaços de fio monopolar estanhado com diâmetro de 0,4...0,8 mm são soldados nas ranhuras nas superfícies laterais de seu substrato (Fig. 6), suas extremidades livres são inseridos nos orifícios da placa de circuito impresso e soldados às suas placas de contato. Para o sensor SHT10 (B2) é aconselhável fazer uma pequena placa de circuito impresso adaptador conforme desenho da Fig. 7.
O chip L298N (DA2) deve ser equipado com um pequeno dissipador de calor com área de superfície de resfriamento de 20...30 cm2. Dissipadores de calor para triacs VS1-VS4 não são fornecidos, portanto a potência comutada por eles não deve exceder 200 VA. Para operar com uma carga mais potente, os triacs devem ter dissipadores de calor apropriados. O dispositivo é montado em uma caixa de painel elétrico padrão. Fora da placa principal existem sensores B2-B6, além de uma fonte de tensão de alimentação de 5 V. O indicador HG1, a chave SA1 e os botões SB1-SB4 estão localizados no painel frontal removível do gabinete e são conectados à placa principal com conectores. Observe que os pinos do painel de toque do indicador são projetados como um cabo FPC ultraplano projetado para conectar ao conector FFC. Como o indicador está localizado em um painel removível do gabinete, o comprimento deste cabo (8 cm) não é suficiente para conectar à placa. Ele é conectado a ele por meio de um cabo de extensão - um cabo plano de 10 cm de comprimento, cujos fios são soldados de um lado aos pinos do conector FFC, e do outro lado é instalado um conector BLS-4 para conexão ao placa de circuito impresso. Os sensores magnéticos B3-B6 são instalados aos pares em duas placas de circuito impresso idênticas, confeccionadas conforme desenho da Fig. 8. Estas placas estão localizadas próximas às cortinas e são conectadas por cabos aos conectores X15 e X16 da placa principal. Os atuadores são conectados aos conectores X4, X5, X10, X11, X13, X14. A fonte de tensão de 5 V é uma unidade separada localizada em sua própria placa de circuito impresso.
Características de design dos atuadores A iluminação das plantas pode ser feita com fitoluzes especiais ou comuns destinadas à iluminação de ambientes, se a intensidade e o espectro de sua radiação forem adequados para as plantas. Neste último caso, é necessário considerar cuidadosamente o circuito de acendimento das lâmpadas para que não aconteça que o mesmo fio da lâmpada seja conectado pelo seu interruptor de parede ao fio de fase da rede, e através do conector X4 - ao fio neutro, o que poderá causar um acidente. Para garantir a umidade necessária do ar no ambiente, você pode usar umidificadores domésticos (um ou mais dependendo da área do ambiente). O umidificador deve ser o mais simples possível, sem controles de umidade integrados. O interruptor do corpo do umidificador deve estar constantemente ligado, o cabo de alimentação está conectado ao conector X5. O dispositivo ligará e desligará automaticamente o umidificador. Para controlar o aquecimento da água, uma válvula Danfoss RAV8 com um atuador termoelétrico Danfoss TWA-V NO 230 V normalmente aberto é instalada na abertura da tubulação que fornece água quente ao sistema. A tensão de alimentação do acionamento é de 230 V, o consumo de energia é de apenas 1 C. Devido ao fato da válvula estar normalmente aberta, se não houver tensão de controle no acionamento, o sistema de aquecimento será ligado. Isso evitará que as plantas congelem no inverno como resultado de mau funcionamento do dispositivo ou falta de tensão na fonte de alimentação. O sistema de ventilação da sala pode conter ventiladores de alimentação e exaustão ou uma combinação de ambos. A potência total do ventilador não deve exceder 200 VA. O autor utilizou cortinas feitas a partir de persianas com acionamento manual por corrente (Fig. 9). Eles são produzidos em diversos tamanhos e com diferentes cores de tela e são vendidos em diversas lojas. Como a principal tarefa das cortinas em um jardim de verão é reduzir o fluxo de calor para o ambiente, protegendo a radiação solar, é aconselhável escolhê-las com um tecido leve (altamente refletivo), mas ao mesmo tempo denso (com baixa transmissão de luz). ) tecido. Neste caso, as cortinas serão mais eficazes. A largura da cortina é escolhida com base em como ela cobre completamente a abertura da janela, e o comprimento é 40...50 cm maior que a altura da janela.
A cortina é constituída por uma haste metálica com diâmetro de 25 mm, sobre a qual é enrolado o tecido da cortina. Nos furos do eixo são inseridas buchas plásticas em ambos os lados, cujos eixos giram livremente nos furos dos suportes, com o auxílio dos quais toda a estrutura é fixada à parede. A bucha direita contém um mecanismo de acionamento da cortina, que permite levantar e abaixar a cortina usando uma corrente esférica. Para equipar a cortina com acionamento elétrico, esta manga deve ser modificada. A tampa fixada com travas é removida dela, após o que a corrente esférica é removida da polia. Da extremidade externa da bucha é retirado o eixo metálico com os elementos do sistema de freio, com os quais ela é fixada no orifício do suporte. O sistema de travagem evita que a lona se desenrole com o seu próprio peso. Numa cortina com acionamento elétrico, a função de freio é desempenhada por um motor redutor elétrico que, graças à sua grande relação de transmissão, cria um torque de frenagem significativo ao transmitir força no sentido da cortina para o motor. Os motoredutores Gekko MR25-275 são vendidos em lojas de robótica. Ali também foram adquiridas buchas adaptadoras para conexão dos eixos dos motoredutores aos mecanismos que eles acionam, além de ímãs cilíndricos com diâmetro de 3 e altura de 3 mm e ímãs retangulares com dimensões de 10x10 a 20x20 mm e espessura de 3 ...4mm. Os suportes para fixação dos motorredutores na parede foram confeccionados em cantos metálicos de 40x60 mm, 40 mm de comprimento, com prateleiras de 2,5 mm de espessura. A bucha com a polia da corrente de transmissão retirada da cortina teve que ser modificada conforme Fig. 10. Em sua extremidade externa são feitos dois furos com rosca M3 para parafusos com cabeça escareada, que fixam a bucha de fixação ao eixo do motorredutor. Na ranhura da polia, onde anteriormente estava localizada a corrente esférica, são feitos dois furos com diâmetro de 3,5 e profundidade de 6 mm, diametralmente opostos.
Os ímãs com diâmetro de 3 e comprimento de 3 mm são feitos de pares de barras magnéticas de 6 mm de comprimento. Cada par de hastes é conectado em pólos opostos, e sobre ele é colocado um pedaço de tubo termorretrátil com diâmetro de 3 mm e levemente aquecido. Infelizmente não foi possível encontrar ímãs prontos com o tamanho desejado, então tivemos que montar cada um dos dois menores. Os ímãs resultantes são colados nos orifícios da polia rente à sua superfície externa. Quando o eixo da cortina gira, eles devem atuar no sensor magnético de suas meias voltas. Um suporte para fixação do motorredutor na parede é feito de um canto de metal. Os furos para o eixo do motorredutor e seus parafusos de fixação devem ser feitos na prateleira angular. O orifício para o eixo deve estar à mesma distância da superfície do ângulo fixado na parede que o suporte de fábrica na extremidade oposta do eixo. Dois furos são feitos na base do ângulo para fixá-lo na parede. Devem ficar afastados do eixo longitudinal do motorredutor, caso contrário poderão surgir dificuldades na instalação do suporte na parede. A cortina deve ser fixada na parede aproximadamente 15 cm acima do topo da abertura da janela. É aconselhável fazer isso na seguinte sequência: - fixe o motorredutor no suporte feito para ele; - instale as buchas direita e esquerda (modificadas) nos orifícios do eixo da cortina. Deve-se ter em mente que o tecido da cortina deve ser enrolado no fuste pela lateral da parede e da janela; - monte a cortina em uma superfície horizontal (por exemplo, no chão) inserindo o eixo da bucha direita no orifício do suporte de fábrica e o eixo do motorredutor no orifício central da bucha adaptadora instalada no bucha esquerda modificada e fixá-la com o parafuso presente na bucha adaptadora; - medir as distâncias entre os furos destinados à fixação dos suportes na parede; - com base nos resultados da medição, marque os furos na parede, faça-os e insira buchas nos furos; - retire o suporte direito da estrutura montada e fixe-o na parede através dos furos preparados; - levante com cuidado o restante da cortina montada, insira o eixo da bucha direita no orifício do suporte instalado na parede; - fixar o suporte com o motorredutor à parede através dos furos preparados. A vista da cortina instalada do lado do acionamento elétrico é mostrada na Fig. 11. Agora você pode aplicar uma tensão constante de 5 V ao motorredutor em diferentes polaridades e verificar o movimento da cortina nos dois sentidos.
Instale a placa de circuito impresso com sensores magnéticos na parede abaixo do eixo da cortina, conforme mostra a Fig. 12. O sensor de velocidade do eixo (B4 ou B6) deve estar localizado sob a polia com ímãs. A distância mínima do ímã ao corpo do sensor deve ser de 3...5 mm. Depois de aplicar energia à placa, gire o eixo da cortina. Se a passagem de cada ímã sobre o sensor for acompanhada de um flash de LED, está tudo bem. Caso contrário, você deve reduzir a distância do ímã ao sensor dobrando seus cabos.
Em seguida, ajuste o sensor de posição da cortina levantada. Para isso, mova o tecido da cortina para uma posição que será considerada superior. Geralmente corresponde a uma abertura de janela totalmente aberta. No lado da parede da cortina, coloque um ímã retangular oposto ao sensor. Na Fig. 11 você pode ver um anel magnético (qualquer outro serve) segurando um retângulo na tela durante o processo de ajuste. O ponto de luz acima é um LED brilhando através da tela. Se o LED não acender, dobrando os cabos do sensor, reduza a distância entre ele e o ímã. Em seguida, abaixe a cortina até que o LED apague e levante-a novamente até acender. Se a posição da cortina no momento do acendimento do LED não coincidir com a posição superior exigida, a posição do imã na cortina deverá ser corrigida. Ao finalizar o ajuste, cole o ímã na tela no local encontrado com cola “Moment”. A última ação é contar o número de meias voltas do eixo da cortina durante as quais a cortina se moverá da posição superior (aberta) para a posição inferior (fechada). Depende da altura da janela, e seus valores em cada caso específico podem variar. A técnica aqui é simples - contar o número de flashes do LED durante o processo de fechamento da cortina. Lembre-se deste número, no futuro você precisará inseri-lo no programa do microcontrolador. Depois disso, o motorredutor e a placa do sensor podem ser conectados à placa principal do dispositivo. Informações gerais sobre os algoritmos do dispositivo Para o desenvolvimento normal das plantas subtropicais é necessário um período de luz do dia de aproximadamente 12 horas, porém, em muitas regiões do nosso país, durante uma parte significativa do ano é muito mais curto. Por exemplo, na latitude de Moscou, sua duração mínima é de cerca de 7 horas. Para controlar a iluminação adicional das plantas, no início de cada dia, o aparelho calcula a hora do nascer do sol Tv e do pôr do sol Tz do Sol no ponto de sua colocação (a latitude e longitude deste ponto são registradas no programa) e , com base nessas informações, calcula a duração atual do horário de verão Tsv. O programa também armazena o valor especificado pelo usuário das horas de luz do dia necessárias Tsv.tr. Se Tsv < Tsv.tr, então a diferença entre eles é calculada: Δ = Tsv.tr - Tsv. Este é o período de tempo pelo qual as atuais horas de luz do dia devem ser aumentadas. De manhã, o aparelho liga a iluminação adicional Δ/2 antes do nascer do sol e desliga ao nascer do sol. À noite, liga a luz de fundo ao pôr do sol e desliga Δ/2 após o pôr do sol. Foi utilizado um algoritmo para cálculo do nascer e do pôr do sol, baseado no dado em [4]. O usuário define a umidade necessária do ar na sala usando o menu na faixa de 40...70%. Se a umidade ficar 5% menor que o valor requerido, o aparelho liga o umidificador e desliga quando atingir o valor configurado. Para o desenvolvimento normal das plantas, uma certa temperatura deve ser mantida no ambiente. Ao mesmo tempo, é impossível manter nela uma temperatura constante ao longo do ano - as plantas também têm um “conceito” sobre as estações, e cada estação deve ter sua própria temperatura média do ar, correspondente ao clima subtropical. Para cumprir este requisito, a EEPROM do microcontrolador DD2 contém a lei das mudanças de temperatura ambiente mês a mês ao longo do ano. Contém os valores de temperatura confortável e mínima permitida para cada mês conforme tabela. 1. Tabela 1
Ao controlar o funcionamento do sistema de aquecimento, ventilação e cortinas das janelas, o aparelho se esforça para manter uma temperatura no ambiente diferente da temperatura confortável em não mais que 1 оC. Na prática, porém, esta tolerância só pode ser mantida na estação fria, quando o sistema geral de aquecimento do edifício está em funcionamento. No resto do tempo, quando há fluxo excessivo de calor na sala, o aparelho tenta evitar que a temperatura confortável seja ultrapassada. Se a temperatura ambiente, por qualquer motivo, cair abaixo do nível mínimo permitido, o dispositivo emite uma série de três bipes curtos aproximadamente uma vez por minuto. A troca de informações entre os dois microcontroladores ocorre ao longo das linhas que conectam o pino 34 (PA6) do DD2 ao pino 2 (PD0) do DD3 e o pino 33 (PA7) do DD2 ao pino 3 (PD1) do DD3. O microcontrolador DD2 é o mestre e DD3 é o escravo. No estado inicial, os pinos mestres PA7 e PA6 estão configurados como entradas, e as linhas escravas PD1 e PD0 podem estar em um dos estados mostrados na tabela. 2. Quando o escravo está pronto para receber, as linhas PD1 e PD0 são configuradas como entradas, e os resistores R30 e R31 suportam seus níveis lógicos um. Tabela 2
Se o escravo estiver no estado pronto, o mestre pode gerar uma solicitação para ler a posição atual das cortinas ou um comando para alterar a posição das cortinas. Em ambos os casos, um byte é enviado. Ao responder a uma solicitação, este byte codifica a posição atual da cortina - quantas meias voltas, contadas a partir da posição superior, ela está abaixada. No byte de comando para alteração da posição das cortinas, o bit mais significativo do byte indica a direção do movimento (1 - abaixar, 0 - levantar), e o restante - o número de meias voltas do movimento. Ao emitir uma solicitação de leitura da posição das cortinas, o mestre configura seus pinos PA7 e PA6 como saídas e coloca neles o código 20 por 01 ms. Após isso, ele reconfigura os pinos para modo de entrada (enquanto o lógico nivela no as linhas são mantidas pelos resistores R30 e R31) e aguarda byte de informação do escravo. O escravo, após aguardar o retorno do pino PD0 ao estado único, configura seus pinos PD1 e PD0 como saídas e inicia a transmissão. Ele transmite informações em código serial através da linha PD0, acompanhando cada dígito com um pulso de clock através da linha PD1. Concluída a transferência, o escravo configura seus pinos PD1 e PD0 como entradas. Para enviar um comando de mudança de posição das cortinas, o mestre configura os pinos PA7 e PA6 como saídas e coloca neles o código 20 por 00 ms, após o qual começa a transmitir o byte de comando, formando seu código serial no pino PA6 e acompanhando cada dígito com um pulso de clock no pino PA7. Terminada a transmissão, o mestre configura seus pinos PA7 e PA6 como entradas. O escravo, tendo recebido a combinação de código 00, entra no modo de recebimento de comandos. Terminada a recepção, configura seus pinos PD1 e PD0 como saídas, coloca neles o código 10 ("Não pronto para receber") e inicia a execução do comando, tendo primeiro verificado a validade de seu conteúdo. Se um valor inválido for encontrado em um comando durante a validação, ele será substituído por um que esteja dentro dos limites aceitáveis. Após executar o comando, o escravo retorna ao estado pronto. O algoritmo de operação do microcontrolador DD2 de forma simplificada pode ser representado como consistindo em ciclos aninhados: anual, diário, horário, controle de temperatura e principal. No início do próximo ano, é verificada a exatidão de sua alteração. O facto é que o valor do registo anual pode mudar não só pela sua alteração natural, mas também por uma série de outros motivos. Por exemplo, se o chip do relógio em tempo real falhar ou funcionar mal. Um “Ano Novo” prematuro ameaça que os dados meteorológicos acumulados na EEPROM durante todo o tempo decorrido desde o início do ano em curso sejam destruídos. A verificação da exatidão da mudança de ano é considerada bem-sucedida se o novo ano for um a mais que o anterior. Para poder verificar isso, durante o processo de configuração da data, o valor do ano é carregado tanto no registro do chip do relógio de tempo real quanto na EEPROM do microcontrolador, de onde é selecionado como referência durante o teste. Se o teste for bem-sucedido, o programa atualiza o valor de controle do ano na EEPROM e apaga os dados meteorológicos do ano anterior. Caso contrário, o conteúdo da EEPROM permanece inalterado e, em vez do nome do dia da semana, o programa exibe a mensagem “YEAR ERROR” no indicador e continua funcionando. No início de cada dia, o programa calcula os valores médios da temperatura do ar externo e da pressão atmosférica do dia anterior. Essas informações são inseridas nas próximas células da área EEPROM, que armazena os dados meteorológicos do ano corrente. Verifica se os valores máximos e mínimos de temperatura externa e pressão barométrica do trimestre atual precisam ser atualizados. Se necessário, os valores armazenados na EEPROM serão atualizados. As células RAM do relógio de tempo real, que armazenam informações sobre a variação diária da temperatura externa e da pressão atmosférica, são zeradas. As informações sobre a temperatura ambiente permitida são lidas na EEPROM. Em seguida, são calculados os momentos do nascer e do pôr do sol, a duração atual do dia e os momentos de ligar e desligar os meios de iluminação complementar das plantas. Quando chega a próxima hora, o programa insere nas células RAM do relógio de tempo real os valores de temperatura externa e pressão atmosférica medidos no final da hora anterior. Atualiza gráficos diários de temperatura e pressão atmosférica. No ciclo de controle de temperatura, o programa controla o funcionamento dos sistemas de aquecimento e ventilação e a posição das cortinas das janelas. Os dados iniciais para regulação são a temperatura ambiente, seu gradiente, o estado e acessibilidade para controle dos sistemas de aquecimento e ventilação, bem como das cortinas das janelas. Ao contrário dos ciclos discutidos acima, que são executados pelo programa em frequência constante, o usuário pode alterar o período de repetição do ciclo de controle na faixa de 2 a 30 minutos. O facto é que a mudança de temperatura numa divisão sob a influência dos meios da sua regulação não ocorre instantaneamente, mas com algum atraso, dependendo de uma série de factores, por exemplo, da capacidade térmica da divisão e da eficácia de os meios de regulação. Portanto, em cada caso específico, o período ideal para a realização deste ciclo deve ser selecionado experimentalmente. E, finalmente, o loop principal, que o programa repete com um período de cerca de um segundo. Neste ciclo, ele lê e exibe informações dos sensores de temperatura, umidade, pressão e de um relógio em tempo real, controla o umidificador, liga e desliga a iluminação suplementar da planta e interroga os controles. Quando as condições apropriadas forem atendidas, os loops discutidos acima serão chamados a partir do loop principal. Quando ligado, o programa do microcontrolador DD3, em primeiro lugar, levanta as cortinas para a posição superior. Acredita-se que sua posição era arbitrária e desconhecida do programa, e para seu correto controle deve haver um ponto de referência, que é a posição superior das cortinas. A mesma ação é realizada ao passar o sistema de controle de cortinas do modo manual para automático, pois neste caso o programa considera a posição atual das cortinas desconhecida. No modo de controle manual, o programa define o código 2 (sinal de controle manual) nas linhas de comunicação com o microcontrolador DD00 e a seguir verifica constantemente o status dos botões SB1-SB4. Dependendo disso, gera sinais de controle para os motores dos acionamentos das cortinas elétricas. Quando as cortinas se movem, o programa monitora o estado dos sensores de posição superiores. Se a cortina for levantada, o sensor bloqueará sua subida. Porém, ao baixar a cortina, não há controle de software de sua posição (não pode ser organizado de forma confiável com o conjunto de sensores existente), portanto o usuário realiza esse controle visualmente, parando a cortina no momento certo. No modo de controle automático, o programa configura os pinos PD0 e PD1 como entradas e verifica constantemente o seu estado. Quando uma solicitação do host é detectada, o programa identifica seu tipo e transmite informações sobre a posição atual das cortinas ou recebe um comando para alterar sua posição. Se um comando recebido exigir o abaixamento da cortina, primeiro é verificada a admissibilidade. O objetivo da verificação é evitar que a cortina caia abaixo do nível permitido - conforme observado acima, não há sensores para a posição inferior das cortinas no aparelho. O algoritmo de verificação é simples - o programa soma a posição atual da cortina (o número de meias voltas do eixo a partir da posição superior) com o número de meias voltas contidas no comando. Se o resultado exceder o valor máximo armazenado no programa, o valor aceito será limitado. Ao levantar as cortinas não é necessária nenhuma verificação, pois em qualquer caso será interrompida pelo sinal do sensor de posição superior. O programa prevê o levantamento obrigatório das cortinas após o pôr do sol, pois à noite elas não desempenham funções de proteção térmica. Informações exibidas no indicador Quando ligado, o aparelho opera no modo de exibição de informações básicas (Fig. 13). O indicador exibe a data, hora e dia da semana atuais, horas de luz do dia atual, pressão atmosférica, temperaturas internas e externas e umidade interna. Os modos de aquecimento, ventilação e controle de cortina definidos pelo usuário são mostrados.
No canto superior direito é exibido o estado atual dos dispositivos controlados: “Vn” - ventilação, “From” - aquecimento, “Sv” - meio de iluminação complementar para plantas, “Uv” - umidificador de ar. Se um dispositivo estiver ligado, sua designação estará rodeada por uma moldura. Na Fig. 13 é aquecimento e iluminação adicional para plantas. Um gráfico da variação diária da temperatura externa ou da pressão atmosférica (à escolha do usuário) é exibido na parte inferior direita da tela. À direita do gráfico, em quadros retangulares, estão os valores máximo (acima) e mínimo (abaixo) do parâmetro exibido no gráfico para a última parte do dia. Três áreas da tela servem como botões de controle de toque. Na Fig. 13 eles são cercados por molduras vermelhas (não existem tais molduras na tela). Ao pressionar o botão do meio você pode selecionar o parâmetro exibido no gráfico (pressão atmosférica ou temperatura externa), e pressionando o botão direito você pode mudar o indicador para o modo de exibição de dados meteorológicos acumulados na última parte do ano atual. A tela do indicador neste modo é mostrada na Fig. 14. Como a resolução da tela é insuficiente para exibir as informações do ano inteiro, elas são exibidas trimestralmente. A parte superior da tela exibe o número do trimestre (em um quadro) e os valores dos máximos e mínimos absolutos de temperatura externa e pressão atmosférica do trimestre selecionado, indicando as datas em que foram registrados.
Na parte central da tela há um gráfico da evolução dos valores médios diários de temperatura externa e pressão atmosférica durante o trimestre. A curva de pressão é mostrada com uma linha grossa e a curva de temperatura com uma linha fina. Por padrão, ao entrar neste modo, os dados do trimestre atual são exibidos. Eles se movem para outros blocos usando os botões de tela “PREV” e “NEXT” e pressionando o botão de tela “EXIT” retornam ao modo de exibição de informações básicas. Caso não haja dados na memória do aparelho para o trimestre selecionado, a mensagem “SEM DADOS” será exibida na tela. Menu de serviço Usando este menu, você pode definir os parâmetros usados durante a operação do dispositivo. Ele permite que você instale: - data atual, hora e dia da semana; - fuso horário da localização do dispositivo em horas relativas ao UTC. Esta informação é necessária para calcular a hora do nascer e do pôr do sol; - a duração necessária do horário de verão no intervalo de 10 a 20 horas em incrementos de 1 hora; - a umidade necessária do ar na sala na faixa de 40...70% com discrição de 1%; - modo de utilização do sistema de aquecimento “Manual” ou “Automático”. No modo “Automático” o sistema de aquecimento funciona de acordo com o programa, no modo “Manual” o controle não é realizado, o atuador termoelétrico é desenergizado e a válvula de controle está aberta. Os radiadores de aquecimento das instalações estão permanentemente ligados ao sistema de aquecimento geral da casa. É aconselhável ativar este modo no verão, quando não é necessário aquecimento; - modo de utilização do sistema de ventilação "Desligado" ou "Automático"; - período de repetição do ciclo de controle de temperatura dentro de 2...30 minutos com discrepância de 1 minuto. Além disso, o menu oferece a oportunidade de apagar da memória informações sobre a evolução diária da temperatura externa e da pressão atmosférica. Esta operação deve ser realizada quando o dispositivo for ligado pela primeira vez, bem como após a troca do elemento de alimentação de reserva do chip do relógio de tempo real. Caso contrário, as células RAM deste microcircuito conterão valores aleatórios que nada têm a ver com valores reais, com base nos quais o programa construirá uma programação diária. Para piorar a situação, estes valores imprevisíveis serão incluídos nas estatísticas anuais. Entre no menu pressionando o botão esquerdo da tela (ver Fig. 13). A tela do indicador terá o formato mostrado na Fig. 15. O nome do parâmetro e seu valor atual serão exibidos no quadro. Existem botões na tela para selecionar os parâmetros “PREV” e “NEXT”, alterar o parâmetro atual “+” e “-”, bem como sair do menu salvando os parâmetros “EXIT”. Você pode sair do menu a qualquer momento; você não precisa passar por todos os parâmetros; você só precisa ajustar apenas aqueles que você precisa.
Características de preparação de programas para microcontroladores Devido à falta de memória de programa do microcontrolador DD2, não foi possível implementar todas as funções de serviço do dispositivo através do menu. Em outras palavras, alguns parâmetros devem ser especificados no texto do programa antes de compilá-lo. É verdade que existem apenas três desses parâmetros e eles não precisam ser alterados durante o uso do dispositivo. Estas são as coordenadas geográficas (latitude e longitude) do local onde o dispositivo é utilizado, bem como o número de pulsos do sensor de meia volta do eixo da cortina necessários para movimentar sua cortina da posição mais alta para a mais baixa. O último número também deve ser inserido no programa do microcontrolador DD3. Por esse motivo, os arquivos do programa boot (.hex) anexados pelo autor ao artigo só poderão ser totalmente utilizados se o dispositivo estiver localizado a uma distância não superior a 70...100 km de Moscou (suas coordenadas são indicadas em programa), e as cortinas da janela descem em 25 meias voltas do eixo. Noutros casos, os textos dos programas necessitam de ser ajustados. Para fazer isso, no início do código-fonte do programa do microcontrolador DD2 (arquivo klimat_mega.bas), encontre as linhas após as declarações das variáveis: La = 55.5 'Latitude (graus) Lo = 37.5 'Longitude (graus) Stepmax =25 'Número de etapas e substitua os valores das variáveis neles pelos que você precisa. No início do texto fonte do programa do microcontrolador DD3 (arquivo klimat_tiny.bas), encontre a linha Stepmax = 25 'Número de passos e substitua o número 25 pelo número de passos (meias voltas) da sua cortina. Depois disso, compile os dois programas e carregue os códigos dos arquivos hexadecimais resultantes nos microcontroladores. A ordem de programação de microcontroladores A programação do microcontrolador DD2 (ATmega32-16PU) deve ser realizada na seguinte sequência: 1. Programe a configuração do microcontrolador de acordo com a tabela. 3. 2. Carregue os códigos do arquivo Init_Mega.hex no microcontrolador e execute este programa. Ele preparará a EEPROM do microcontrolador para operação - carregará nela as informações da tabela. 1 e limpará a área onde estão armazenados os dados meteorológicos do ano (caso o microcontrolador já tenha sido utilizado, poderá haver informações registradas por programas anteriores). 3. Após cinco a dez segundos, carregue o programa de trabalho compilado no microcontrolador. A programação do microcontrolador DD3 não possui recursos especiais. Sua configuração deve corresponder à tabela. 4. Tabela 3
Tabela 4
Arquivos PCB e programas de microcontroladores podem ser baixados em ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/09/clim.zip. Literatura
Autor: A. Savchenko
Couro artificial para emulação de toque
15.04.2024 Areia para gatos Petgugu Global
15.04.2024 A atratividade de homens atenciosos
14.04.2024
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Comentários sobre o artigo: Alexander Alguém repetiu o dispositivo?
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