Popis zariadenia

Ako bolo už vyššie uvedené, zariadenie slúži na meranie teploty a namerané údaje sú pomocou niekoľkých komunikačných metód transformované do vizuálnej podoby. Filozofiou zariadenia je použitie rôznych zobrazovacích modulov k rôznym meracím modulom.

V našom prípade je meracím modulom MAIN modul a zobrazovacími sú LCD a LED modul. Obrázok 1.1 zobrazuje zariadenie zložené z MAIN a LCD modulu ku ktorému je pripojený LCD displej a obrázky 1.2 a 1.3 zobrazujú blokové schémy s dvomi rôznymi zobrazovacími modulmi.

Meranie teploty

Na meranie teploty sú použité digitálne teplotné senzory DS18B20 od firmy Dallas s rozsahom teplôt od -55 do +125°C. Jeden zo senzorov sa nachádza priamo na doske plošných MAIN modulu. Ostatné senzory je možné pripojiť na konektory tohto modulu, maximálne však štyri. DS18S20 sú špecifické tým, že komunikácia prebieha po 1-wire zbernici, teda na dáta je použitý len jeden vodič, ktorým prebieha obojsmerná komunikácia. Druhý vodič je použitý ako signálová zem (GND), prípadne tretí ako napájanie. Tieto senzory je možné napájať priamo z dátovej zbernice (tzv. parasite power), potom sa celkové pripojenie snímača redukuje na dva vodiče.

MAIN modul

Main modul zabezpečuje komunikáciu so senzormi, spracovanie nameraných dát a taktiež zabezpečuje komunikáciu so zobrazovacími modulmi (LED, alebo LCD).

Ako riadiaci mikrokontrolér (MCU) je na MAIN module zvolený 8-bitový MC9S08QE8 od firmy Freescale Semiconductor. Je to low-power mikrokontrolér, teda v prípade napájania prístroja z batérií je možné zabezpečiť ich čo najdlhšiu životnosť. MCU aj teplotné senzory sú napájané hodnotou napätia 3,3 V. Napájanie MAIN modulu je možné cez USB konektor. Keďže je z modulu vyvedený konektor na napájanie, je možné ho napájať akýmkoľvek vhodným zdrojom od 3 V do 18 V.

Na hlavnom module sa nachádza konektor na pripojenie zobrazovacieho modulu, programovací konektor mikrokontroléra a štyri konektory na pripojenie externých senzorov.

LCD modul

Jedným zo zobrazovacích modulov je LCD modul, na ktorý je možné pripojiť akýkoľvek LCD displej so štandardným radičom HD44780 (alebo ekvivalentným), ktorý je možné napájať hodnotou 3,3 V. Pri napájaní 3.3 V treba brať do úvahy fakt, že napájanie kontrastu LCD displeja musí mať rozdiel potenciálov aspoň 5 V, aby bol kontrast displeja postačujúci. Preto treba vhodne zvolenou súčiastkou zabezpečiť negatívne napájacie napätie -3,3 V. Ako riadiaci prvok je na LCD module použitý 8-bitový mikrokontrolér MC9S08QE8, ktorý zabezpečuje komunikáciu s MAIN modulom a s LCD displejom. Na LCD module sa nachádza konektor na pripojenie k MAIN modulu a programovací konektor. V našom prípade je ako LCD použitý displej DEM16217.

LED modul

LED modul je druhým zo zobrazovacích modulov. Je na ňom vytvorená farebná stupnica z LED diód, na ktorej sú farebne odlíšené kladné a záporne stupne a každý piaty stupeň je zvýraznený červenou farbou. Stupnica má rozsah od -20 do +40 °C. Teploty väčšie ako +40°C indikuje nápis HI (ako high) a teploty nižšie ako -20°C nápis LO (low) na stupnici. Riadenie stupnice a komunikácie s MAIN modulom je taktiež zabezpečené 8-bitovým mikrokontrolérom MC9S08QE8. Okrem konektoru pre programovanie a konektoru pre pripojenie k MAIN modulu sa tu tiež nachádza tlačidlo pre zobrazenie teploty z iného senzora, čo indikuje LED dióda pri tlačidle.

Software

MAIN modul nainicializuje teplotné senzory a tie poskytnú údaj o teplote. Tieto dáta sa spracujú do 6-bitového formátu a nastavia sa na zbernicu. Teraz MAIN modul čaká, kým si ich zobrazovací modul neprečíta, čo zobrazovací modul oznámi pomocou signálu DNE. Nakoniec každý zo zobrazovacích modulov si prijaté dáta spracuje tak, aby ich bolo možné správne zobraziť.

V 6-bitom formáte sa nachádza informácia o hodnote teploty v absolútnej hodnote, o znamienku teploty a o čísle senzora (interný alebo externý).

Záver

Zariadenie bolo skúšané pri rôznych teplotách a jeho výsledky boli postačujúce pre danú presnosť a využitie. Demonštrovali sme použitie 8-bitových mikrokontrolérov, digitálnych teplotných senzorov a ich komunikácií. Keďže bol pri návrhu kladený dôraz na univerzálnosť, je možné vyvinúť akýkoľvek zobrazovací modul, prípadne i merací modul s rozšírenou ponukou senzorov (vlhkosť, tlak, apod.) Tiež by bolo možné vyvinúť moduly pre bezdrôtový prenos alebo prenos cez internet.

Poďakovanie

Touto cestou by sme sa chceli poďakovať spoločnosti FREESCALE Semiconductors za poskytnutie mikrokontrolérov, spoločnosti KOVAL SYSTEMS, a.s. za nenahraditeľnú pomoc pri výrobe dosiek plošných spojov. Ďalej by sme chceli poďakovať pánovi Ing. Matejovi Páchovi za poskytnutie OSBDM programátorov a celej Katedre Technickej Kybernetiky na Fakulte riadenia a informatiky Žilinskej Univerzity.

Priloha

Miroslav Bros, Vladimír Pažický

Odkazy

• Domovská stránka Freescale Semiconductor, Inc - http://www.freescale.cz
• Domovská stránka Freescale Technology Day v Žilině - http://www.ftd.uniza.sk/FTD/
• Domovská stránka Katedry výkonových elektronických systémů (KVES) Žilina - http://www.kves.uniza.sk
• Domovská stránka Žilinské univerzity - http://www.uniza.sk
• Domovská stránka Československé sekce IEEE - http://www.ieee.cz/
• Domovská stránka IEEE Industry Applications Society - http://ewh.ieee.org/soc/ias/
• Domovská stránka IEEE Industrial Electronics Society - http://ieee-ies.org/