Micro proiect.docx

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI FACULTATEA TRANSPORTURI – T.E.T

Profesor Îndrumător StudentS.I.dr.ing. Angel Ciprian Cormoș Tudor Nicoleta

2014

Proiect Microcontrolere


Microcontrolere Pag.2

Cuprins:

1. Prezentare generală.........................................................................3 1.1 Scurt istoric.................................................................................4 1.2 Specificații tehnice......................................................................5

2. Proiectare conceptuală....................................................................6

2.1 Schemă bloc................................................................................6 2.2 Descrierea blocurilor...................................................................7

3. Scurtă descriere microcontroler Atmega16.....................................9

4. Proiectare Hardware......................................................................11

4.1 Schemă electrica placa emisie.................................................114.2 Schemă electrica placa receptie..............................................13

5. Cablaj imprimat..............................................................................15 5.1 Placă emisie............................................................................15 5.2 Placă recepție........................................................................15

6. Proiectare Software.......................................................................16

6.1 Organigrama codului...............................................................16 6.2 Cod placă emisie.....................................................................18 6.3 Cod placă recepție..................................................................19

7.Măsuri de mentenanță....................................................................21

8. Bibliografie.....................................................................................22

2014



1. Prezentare generală

• Un detector de gaze este un aparat dotat cu senzori care permit detectarea prezenței unor gaze într-o anumită zona (incinta, mediu ambiant). Detectoarele de gaze sunt folosite frecvent în echipamente de siguranță, pentru a detecta apariția (scăpări) de gaze toxice, inflamabile etc.. Ele au în alcătuire un senzor chimic

care poate sesiza prezența eventualului gaz şi că urmare scoate la ieşire un semnal electric corespunzător, ce este afişat.

• Detectoarele de gaze sunt obligatorii pentru încăperi care au geamuri termopan sau securizate cu o grosime mai mare de 4 mm, conform normelor tehnice privind proiectarea, executarea şi exploatarea sistemelor de alimentare cu gaze naturale.

• Pe scurt, detectoarele de gaze au rolul de avertiza în cazul unor scăpări de gaze naturale, pentru a preveni intoxicarea, exploziile sau incendiile.

• Alarmă se face optic şi/sau acustic iar, în cazul în care nu se intervine, un sistem complet activează cea de-a două componentă, electrovana, montată cât mai aproape de contorul de gaze, care închide automat furnizarea de gaze naturale.

• Sistemele existente în comerț şi recomandate de către regulatori sunt alcătuite dintr-un detector sau senzor care se montează în încăperea în care se află gură de gaz şi care înregistrează eventualele scăpări.

• Funcționarea senzorului de gaze se face pe baza de baterii sau conectare la rețeaua de curent electric, având baterii de rezervă. Butonul de test cu care este prevăzut detectorul este util pentru a verifică periodic dacă funcționează corect. În egală măsură, trebuie verificat şi dacă senzorul este prea uzat şi trebuie să se ştie, de la început, care este durata medie de funcționare şi la cât timp trebuie înlocuit.

2014



1.1 Scurt istoric

Metodele de detectare a scurgerilor de gaz au devenit o preocupare dupe efectele nocive ale gazelor asupra sănătății umane. Înaintea senzorilor electronici moderni, metodele de detecție precoce s-au bazat pe detectoarele precise. În timpul secolului al 19-lea şi la începutul secolului al 20-lea minerii aduceau canari cu ei, jos în tuneluri, că un sistem de detecție timpuriu împotriva gazelor că dioxid de carbon, monozid de carbon şi metan.

Canarul este o pasăre cântătoare dar care se opreşte sau eventual moare dacă nu este înlăturată din prezența gazelor avertizându-i pe mineri să iasă cât mai repede din mînă.

Înainte de dezvoltarea detectoarelor de monoxid de carbon pentru electronicele de uz casnic în anii 1980-1990 , prezența monoxidului de carbon a fost detectată cu o hârtie îmbibată chimic ce devine maro când este expusă la gaz. De atunci,majoritatea dispozitivelor şi tehnologiilor electronice au fost dezvoltate să detecteze, monitorizeze şi să alerteze cu privire la o gama largă de scurgeri de gaze.

Cum costul şi performanță unui senzor de gaz electronic s-a îmbunătățit, acestea au fost introduse într-o gama largă de sisteme.

Utilizarea lor la automobile a fost inițial pentru controlul emisiilor de la motor, dar acum senzorii de gaz pot fi folosiți deasemenea pentru a asigura pasagerului confort şi siguranță. Senzorii de dioxid de carbon sunt instalați în clădiri făcând parte din sistemele de ventilație. Sistemele cu senzori de gaz sofisticate sunt cercetate pentru folosirea în diagnosticele medicale, monitorizare şi sisteme de tratament , precum şi dincolo în utilizarea sălilor de operație. Monitoarele de gaz şi alarmele pentru monoxid de carbon şi alte gaze nocive sunt valabile pentru utilizarea lor în birouri şi în uz casnic şi devin necesare legal în anumite jurisdicții. Inițial, detectoarele au fost produse să detecteze un singur gaz , dar unitățile moderne pot detecta mai multe gaze toxice sau combustibile , sau chiar o combinație de ambele tipuri.

2014



1.2 Specificații tehnice

Tens. Alimentare: 9V, 6x1,5 AAA baterii alcaline; Alimentare externă: 12 Vcc , 100 mA Durata de viață a bateriei: min. 4 ore de funcționare continuă Nivel baterie slabă : 6 V Nivel baterie descărcată: 5 V Domeniu de măsură: 0.00 ... 10.000 ppmCH4

0,00 ... 1 % VOL CH4 0.00 ... 20 % LEL CH4 0.00 ... 1.800 ppm GPL ( iso C4H10)

Rezoluție: 1 ppm Precizie: ± 20 % din valoarea măsurată la 20 grd. C ± 1 grd. C şi umiditate

65±5% RH Unități de măsură: ppm, %vol, %L.E.L. Tip Senzor: semiconductor Timp de preîncălzire: 45 sec. ( fix) Temporizare la autoinchidere: OFF, 1... 30 min.( programabil) Display: LCD Grad de protecție: IP 20 Temperatura de operare: 0 grd. C ... +40 grd. C Temperatura de depozitare: - 10 grd. C ... + 50 grd. C Limite de umiditate: 20% ... 80% RH, fără condens Dimensiuni: 72x151x37 mm Greutate: 312 grame Lungime sondă externă: 270 mm Accesorii: Alimentator 220Vca / 12 Vcc , 100 mA ,( disponibil la cerere)

In cazul în care tipul de senzor folosit nu se mai comercializează se pot folosi următorii senzori:

- Senzor de gaz metan - MQ-4- Senzor de gaz Figaro TGS 813, (Ø x I) 17 mm x 10 mm - Senzor de gaz Figaro TGS 800

2014

http://www.shopmania.ro/q-senzor-de-gaz

http://www.shopmania.ro/electronice-securitate/p-senzor-de-gaz-figaro-tgs-813-o-x-i-17-mm-x-10-mm-17835689



2.Proiectare conceptuala

2.1 Schema bloc

EMISIE RECEPTIE


2014

ALIMENTARE

SENZOR GAZE

CONVERTOR ANALOG DIGITAL

MICROCONTROLER

ATMEGA 16

CODARE

MUFARS232

MUFARS232

DECODARE

MICROCONTROLER

ATMEGA 16

CONVERTOR NUMERIC

ALARMA SONORA AFISAJ LCD

CONVERTOR MAX232

CONVERTOR MAX232


2.2 Descriere blocuri

1. Senzor pentru gaze LP Figaro TGS 2611-C00 metan : senzorul de gaz din seria 2600 este un senzor ce foloseşte tehnologia MOS si prezintă o sensibilitate Înaltă şi o durată lungă de viață, dar şi un consum de putere minim. Domeniile preferate de utilizare sunt supravegherea aerului si tehnica de climatizare.

2. Convertorul analog digital : reprezintă un bloc sau un circuit care poate accepta o mărime analogică (curent,tensiune) la intrare, furnizând la ieşire un număr care constituie o aproximare (mai mult sau mai puțin exactă) a valorii analogice a semnalului de la intrare.

3. Microcontrolerul Atmega16 : Familia AVR de la Atmel este formată din microcontrolere cu arhitectură pe 8 biți si set redus de instrucțiuni (RISC). Memoriile ROM, EEPROM si SRAM sunt integrate in acelaşi chip,înlăturând nevoia de memorie externă.Cifra din numele microcontrolerului indică mărimea memoriei de program (ROM); de exemplu ATMega16 are 16kB de memorie ROM. Majoritatea instrucțiunilor se execută într-un singur ciclu de ceas.

4. Codarea: codarea se face automat de către microcontroler şi este transmisă mai departe către placa de recepție.


2014

Tip: TGS 2611-C00

Dimensiuni: (Ø x Î) 9,2 x 7,8 mm

Tensiune de încălzire:

5 V

Conform RoHS: da

Versiune: metan

Alte date tehnice: domeniul de temperatură: -40 – +70 ºC;

Concentrație detectare (domeniul optim):

500 – 10000 ppm


5. Mufa RS232 Usb : Legătura între aceste două microcontrolere se va face prin această mufă . Este adesea utilizată în aplicațiile de stocare a datelor cât şi pentru transmiterea acestora.

Tip conexiune:Serial RS-232 Conector 1:USB tip A tata Chipset:Prolific Conector 2:1 x Sub-D 9 pini Serial RS-232 tata Model chipset:PL-2303 Rata transfer date pana la:125 Kbps Lungime:1.8m

6. Decodarea: se va face automat de către microcontroler.

7. Convertorul Numeric : converteşte semnalul primit de la cel de-al doilea microcontroler şi îl transmite spre afişajul LCD.

8. Alarma Sonoră : în momentul în care o anumită concentrație de gaz metan este depăşită, alarma va produce un semnal acustic ce va dura până la oprirea manuală.

9. Afișaj LCD : este un afişaj electronic cu o gamă largă de aplicații. Un ecran LCD 16x2 este un modul de bază frecvent utilizat în diverse dispozitive şi circuite deoarece este economic , uşor programabil, având funcții de afişare a caracterelor speciale chiar şi a celor personalizate.

Simbol original: RC1602B-BIW-ESXTip afişaj: LCDTip afişaj : alfanumericeTehnologia afişajului : STN NegativeNumăr de semne (coloane x rând): 16x2Culoare fundal: albastruDimensiuni fereastra (ÎxL): 66 x 16mmIluminare: LEDCuloare lumină de fundal: albăDimensiuni: 80 x 36 x 13.2mmNumărul de pini : 16


2014


3. Scurtă descriere microcontroler Atmega16

Caracteristicile principale ale acestuia sunt:

16KB de memorie Flash reinscriptibilă pentru stocarea codului 1KB de memorie RAM 512B de memorie EEPROM două numărătoare/temporizatoare de 8biţi numărător/temporizator de 16 biţi conţine un convertor analog – digital cu intrări multiple conţine un comparator analogic conţine un modul USART pentru comunicaţie serial dispune de oscilator intern oferă 32 de linii I/O organizate în patru porturi.

ATmega16 conţine 32 de registre de uz general şi 64 de registre specialepentru modulele I/O. ATmega16 dispune de 21 surse de intrerupere. Atunci cand una dintreele devine activa se suspenda cursul normal de executie si se face salt automatla o adresa prestabilita din memoria program.Microcontrolere Pag.10

2014


PORTA Port-ul A serveşte drept port de intrări analogice pentru Convertorul A/D.Port-ul A serveste de asemenea şi ca un port bidirecţional I/O de 8 biţi,în cazul în care Convertorul A/D nu este folosit. Pinii de port pot fi conectaţi opţional la VCC prin rezistori interni, (selectaţi pentru fiecare bit). Buffer-ele de ieşire ale Portului A au caracteristici de amplificare .

PORTB Portul B este un port I/O de 8 biţi bidirecţional cu rezistori interni (opţionali). Buffer-ele de ieşire ale Port-ului B au caracteristici de amplificare.Port-ul B indeplineşte de asemenea funcţii speciale ale microcontrolerului ATmega 16

PORTC Portul C este un port I/O de 8 bţti bidirecţional cu rezistori interni (opţionali).Buffer-ele de ieşire ale Port-ului C au caracteristici de amplificare.Daca interfaţa JTAG (de depanare) este activată, rezistorii pinilor PC5(TDI), PC3(TMS) si PC2(TCK) vor fi activaţi, chiar daca are loc o resetare.Port-ul C indeplineşte de asemenea funcţii ale interfeţei JTAG şi alte funcţii speciale ale ATmega 16.

PORTD Portul D este un port I/O de 8 biţi bidirecţional cu rezistori interni conectaţi optional la VCC (selectaţi pentru fiecare bit). Buffer-ele de output ale Port-ului D au caracteristici de amplificare.Port-ul D indeplineşte de asemenea funcţii speciale ale ATmega 16.

RESET: Un nivel scăzut la acest pin mai mare ca durată decat o valoare prestabilită,

va genera o iniţializare.

XTAL 1: Intrare pentru amplificatorul inversor al Oscilatorului;

XTAL 2: Ieşire pentru amplificatorul inversor al Oscilatorului.

AVCC:Este pin de alimentare pentru Port-ul A si Convertorului A/D. Trebuie conectat extern la Vcc, chiar dacă ADC nu este folosit. Daca ADC este folosit , ar trebui conectat la Vcc printr-un filtru trece -jos.

AREF: Este pinul de referinţa analogica pentru Convertorul A/D


2014


4.Proiectare Hardware

4.1 Schemă placă emisie

Componente folosite :

U1 – Microcontroler Atmega16U2 – Convertor Max232

U3 – Circuitul de alimentareU4 – Senzor gaze

P1 – Conector RS232X1- Oscilator

1 pushbuton RESETC1,C2,C3,C4 – Condensatoare

R1,R2 – Rezistențe


2014


Circuitul de RESET este realizat dintr-un pushbuton, o rezistență şi un condensator. Circuitul este alimentat la +5V.

Senzor pentru gaze LP Figaro TGS 2611-C00 metan :

prezintă o sensibilitate Înaltă şi o durată lungă de viață, dar şi un consum de putere minim. Domeniile preferate de utilizare sunt supravegherea aerului si tehnica de climatizare.

Circuitul RS232 este realizat folosind:

- Circuitul integrat MAX232 folosit pentru convertirea semnalelor.

- Mufă COMPIM cu 9 pini specifică RS232.

- Condensatoare

Circuitul de alimentare este realizat din:- Regulator de putere pozitiva - 1 Condensator - O rezistență

Circuitul este alimentat la +5V.

Oscilatorul este folosit pentru o mai bună stabilitate a circuitului.


2014


4.2 Schemă placă recepție

Componente folosite:

U1 – Microcontroler Atmega 16U2 – Convertorul Max232

U3 – Circuitul de alimentareP1 – Conector RS232

X1- Oscilator1 Pushbuton RESETLS1 – Piezo Sounder

Lcd1 – Afişaj LCD 16x2R1,R2 – Rezistențe

C1,C2,C3,C4 – CondensatoareRV1 – Potențiometru

2014



Blocul de afişare este format dintr-un display LCD 16x2 şi un potențiometru RV1. Este un modul de bază frecvent utilizat în diverse dispozitive şi circuite deoarece este economic şi uşor programabil. Potențiometrul este folosit pentru a varia contrastul afişajului şi pentru o mai bună claritate.

Piezo Sounder-ul reprezintă alarma sonoră ce se va declanşa automat în momentul în care concentrația de gaz detectată va depaşi concentrația admisă.

2014



5. Cablaj imprimat

5.1 Cablaj imprimat placă emisie

5.2 Cablaj imprimat placă recepție

2014



6. Proiectare Software

6.1 Organigrama codului

PLACĂ EMISIE

Nu

Da

În blocul „INIȚIALIZARE” vor fi declarate funcțiile folosite pentru convertire si pentru comunicarea intre plăci , variabilele globale și cele locale.

În blocul „S-AU PRIMIT DATE DE LA SENZOR? ”, cât timp se vor primi datele se vor executa următoarele comenzi . Cât timp nu se vor primi date se va întoarce pâna ce va primi.

În blocul „ CONVERTIRE ANALOG-DIGITALA” ,valorile vor fi convertite pentru a putea fi trimise către placa de recepție.

În blocurile „CODARE” și “TRANSMISIE” datele primite vor fi codate si trimise mai departe către placa de recepție. După ce datele sunt transmise, se va intoarce înapoi la blocul de inițializare pentru a prelua urmatoarea valoare.

2014

START

INIȚIALIZARE

S-AU PRIMIT DATE DE LA SENZOR?

CONVERTIRE ANALOG-DIGITALĂ

CODARE TRANSMISIE



PLACĂ RECEPȚIE

Nu

Da

În blocul „INIȚIALIZARE” declaram functiile pentru display si variabilele folosite.

Dacă s-au primi date de pe magistrala ,acestea vor trece mai departe pentru a fi decodate si implicit convertite numeric pentru a putea fi afișate pe display. Dacă nu s-au primit datele de pe magistrala va aștepta până când va primi datele.

În momentul când concentrația de gaze admisă va fi depașita se va activa automat alarma și va fi oprit manual.

2014

START

INIȚIALIZARE

S-AU PRIMIT DATE PE MAGISTRALA?

DECODARE CONVERSIE NUMERICA

Afişare LCD

Declanşare alarmă



6.2 Cod placă emisie

#include <avr\io.h>

#include <built_in.h>

void ADC_Init(); // Inițilizare convertor

unsigned ADC_Read(char channel); // Funcție de citire convertorvoid UART1_Init(unsigned long baud_rate); // Funcția de inițializare a USARTvoid UART1_Write(char data_); // Funcția de scriere în USARTunsigned int adc_rd;

void main(){ DDRB = 0xFF; // Setăm PORTB ca ieșire DDRC = 0xFF; // Setăm PORTC ca ieșire PORTB = adc_rd; // display adc_rd[7..0] PORTC = Hi(adc_rd); // display adc_rd[9..8] }

{ int T;char ppm;UART1_Init(9600); // Inițializăm banda USART cu 9600Delay_ms(2000); // Așteptăm 2 s pentru a se inițializa USARTADC_Init(); // Apelare funcție de inițializare convertor while (1) {

adc_rd = ADC_Read(2); // Ia valoarea tensiunii din canalul 2 T = adc_rd; //Valoarea din canalul 2 va fi pusă în T

cin>>T;if(T>1;T<=2;T++)cout<<”500ppm”; cin>>T;if(T>2;T<=2.3;T++)cout<< ”1500ppm”; cin>>T;if(T>2.3;T<=2.5;T++)cout <<”2500ppm”; // Citește valoarea tensiunii cin >>T; // Verifică cu cât este egalăif(T>2.5;T<=2.7;T++) // O afișeazacout<< “3500ppm” cin>>T;if(T>2.7;T<=3;T++)cout <<“4500ppm” cin>>T;if(T>3;T<=3.3;T++)cout<<”5500ppm”; cin>>T;

2014



if(T>3.3;T<=3.5;T++)cout<<”6500ppm”; cin>>T;if(T>3.5;T<=3.7;T++)cout<<”7500ppm”; cin>>T;if(T>3.7;T<=4;T++)cout<<”8500ppm”;

UART1_Write(T); //Trimitere către a doua placă a valorii din T Delay_ms(500); } }}

6.3 Cod placă de recepție

sbit LCD_RS at PORTD2_bit; //Declarare displaysbit LCD_EN at PORTD3_bit;sbit LCD_D4 at PORTD4_bit;sbit LCD_D5 at PORTD5_bit;sbit LCD_D6 at PORTD6_bit;sbit LCD_D7 at PORTD7_bit;sbit LCD_RS_Direction at DDD2_bit;sbit LCD_EN_Direction at DDD3_bit;sbit LCD_D4_Direction at DDD4_bit;sbit LCD_D5_Direction at DDD5_bit;sbit LCD_D6_Direction at DDD6_bit;sbit LCD_D7_Direction at DDD7_bit;

#defineLcdD0 PA0 // Pinul pentru firul de date D0 de pe LCD#defineLcdD1 PA1 // Pinul de pe firul de date D1 de pe LCD#define LcdD2 PA2 // Pinul de pe firul de date D2 de pe LCD#define LcdD3 PA3 // Pinul de pe firul de date D3 de pe LCD#define LcdD4 PA4 // Pinul pentru firul de date D4 de pe LCD#define LcdD5 PA5 // Pinul pentru firul de date D5 de pe LCD#define LcdD6 PA6 // Pinul pentru firul de date D6 de pe LCD#define LcdD7 PA7 // Pinul pentru firul de date D7 de pe LCD

#define LcdRS PB0 // Pinul pentru selectare operație (LCD)#define LcdRW PB1 // Pinul pentru Read/ Write (LCD)#define LcdE PB2 // Pinul de Enable (LCD)

void Lcd_Cmd(char out_char); //Funcție pentru comenzi a LCDvoid Lcd_Out(char row, char column, char *text); //Funcția de afișare pe LCDvoid LCD_Init(); //Funcția de inițializare LCDvoid UART1_Init(unsigned long baud_rate); //Inițializare USARTchar UART1_Data_Ready(); //Funcția de verificare primire datechar UART1_Read(); //Funcția de citire USART

2014


Microcontrolere Pag.20char txt1[] = "Conc este:";

void main(){

int x;char x;

Lcd_Init(); //Inițializare LCD Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); // Clear display Lcd_Out(1,1,txt1); // Scriem textul în primul rând

while(1) { if (UART1_Data_Ready() == 1) { // Dacă s-a citit ceva trecem mai departe x=UART1_Read(); //Introducem informația din USART în x Lcd_Out(2,5,x); //Afișăm pe LCD, rând 2 coloana 1, valoarea lui x } }}

while(x>500ppm) void Tone1() { Sound_Play(10000, 30000); // Frecvență =10kHz, Durată = 30s

void main() { Sound_Init(&PORTB,5); // Inițializăm pinul de sunet }

2014



7. Măsuri de mentenanță

Dacă aparatul nu pornește, verificați conexiunea dispozitivului la alimentare.

Dacă întâmpinați probleme în funcționarea dispozitivului apăsați butonul RESET pentru reinițializare.

Dacă afișajul LCD prezent este dificil de citit verificați contrastul acestuia. Pentru o vizualizare bună a mesajului afișat, modificați valoarea potențiometrului până la nivelul dorit.

Dacă întâmpinați probleme legate de software, contactați producătorul pentru reprogramarea microcontrolerelor.

Dacă aparatul funcționeaza necorespunzător și nu puteți remedia problema consultați unul dintre atelierele noastre pentru garanția aparatului.

Aparatul nu este o jucărie, prin urmare, nu se va lăsa la îndemâna copiilor.

Aparatul nu trebuie supus şocului mecanic puternic.

Aparatul nu trebuie expus la temperaturi extreme, raze solare directe,vibrații intense.

2014



8. Bibliografie

http://www.tet.pub.ro

http://www.atmel.com

http://www.mikroe.com

http://www.datasheetcatalog.com

http://www.youtube.com

http://www.avr-tutorials.com

http://www.cs.curs.pub.ro/wiki/pm/prj2010

http://www.wikipedia.com

2014

http://www.wikipedia.com/

http://www.cs.curs.pub.ro/wiki/pm/prj2010

http://www.avr-tutorials.com/

http://www.youtube.com/

http://www.datasheetcatalog.com/

http://www.mikroe.com/

http://www.atmel.com/

http://www.tet.pub.ro/

Micro proiect.docx

Documents

Transcript of Micro proiect.docx