POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

W y d z i a ł E l e k t r o n i k i

Wizualizacja danych sensorycznych

Wielokanałowy termometr cyfrowy

Prowadzący: dr inż. Bogdan Kreczmer

Opracowali:Krzysztof Kajner 108912Zbigniew Struzik 115394

EKA, AiR V

Sercem urządzenia jest 8bitowy RISCowy procesor ATMega32 firmy Atmel. Pozwala on na wykonanie do 16 milionów operacji na sekundę. Posiada on wbudowany 10bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy z 8 kanałowym multiplekserem, dzięki czemu pozwala na pomiar 8 sygnałów analogowych lub 4 sygnałów różnicowych. W tym projekcie została użyta prosta konwersja A/C. Źródłem sygnałów analogowych są przemysłowe czujniki temperatury typu PT100. Czujniki przyłączone są do mostków pomiarowych Wheatstone’a i przez wzmacniacze operacyjne do wejść przetwornika A/C. Taki układ pomiarowy pozwala na pomiar temperatur od -20 do około 360-380 stopni Celsjusza (w zależności od kanału). Dodatkowo termometr może obsłużyć cyfrowy czujnik temperatury typu DS18B20 firmy Dallas Semiconductor pracujący w standardzie 1Wire. Czujnik taki pozwala na pomiar temperatury od -55 do 125 stopni Celsjusza z 12bitową dokładnością (0,0625°C). Dokładność została jednak ograniczona do 10bitów (0,25°C) ze względu na zachowanie zgodności pomiarów z częścią analogową. Dodatkowo ograniczenie dokładności skraca czas pomiaru czterokrotnie (do około 187,5ms). Termometr potrafi komunikować się z urządzeniem nadrzędnym (np. komputerem) poprzez łącze RS232 w standardzie MODBUS. Komunikacja pozwala odczytywać i zadawać podstawowe parametry termometru. Użytkowanie termometru. Komunikacja z użytkownikiem odbywa się poprzez panel czołowy (wyświetlacz LCD, diody LED i przyciski wyboru kanałów i menu). Na wyświetlaczu LCD prezentowana jest temperatura dla aktualnie wybranego kanału (w wybranej przez użytkownika skali) lub menu konfiguracyjne. Diody LED sygnalizują: • zielona – aktualnie wybrany kanał • czerwona – przekroczenie zakresu temperatury w kanale, dla którego zapaliła się dioda. Przyciski pod diodami LED służą do wyboru kanału. Przyciski ułożone w krzyż (w prawej górnej części panelu) służą do poruszania się po menu i zmieniania parametrów urządzenia.

Widok przodu termometru

Widok tyłu termometru

MENU Menu konfiguracyjne złożone pozwala użytkownikowi na zmianie parametrów termometru. Aby wejść do menu należy wcisnąć przycisk „Enter” (środkowy, w krzyżu). Przyciski „Góra”, „Dół” służą do wybierania pozycji z menu, a przyciski „Lewo”, „Prawo” do zmiany parametrów. W menu nie jest nawiązywana komunikacja z urządzeniem nadrzędnym. Podmenu „Konfig. kanalu>” – przed wejściem do tego podmenu należy wybrać numer kanału dla którego chcemy dokonać zmian ustawień (przyciskami „Lewo”, „Prawo”, lub bezpośrednio przyciskiem wyboru kanału). Po wybraniu interesującego kanału należy nacisnąć „Enter”. Tryb pracy WYL – kanał jest nieaktywny A – kanał jest kanałem analogowym (wartość domyślna) C – kanał jest kanałem cyfrowym (opcja dostępna tylko dla kanału pierwszego) Zakres gorny – określa górny limit temperatury, po przekroczeniu którego zostanie włączony

alarm (wartość domyślna 100°C) Zakres dolny – określa dolny limit temperatury, po przekroczeniu którego zostanie włączony

alarm (wartość domyślna 0°C) Alarm NIE – alarm nie będzie sygnalizowany (wartość domyślna) TAK – alarm aktywny << Powrot << - wraca do wyższego menu Podmenu „Konfig. MODBUS” Aktywny NIE – termometr nie będzie reagował na komunikacje przez RS TAK – termometr będzie analizował i udzielał odpowiedzi na poprawne ramki MODBUS

(wartość domyślna) Tryb ASCII – tryb znakowy – pozwala na łatwą analizę przesyłanych informacji (wartość

domyślna) RTU – tryb niedostępny w tej wersji termometru Predkosc – prędkość z jaką będzie nawiązywana komunikacja (urządzenie nadrzędne musi pracować na takiej samej prędkości) 9600bps – wartość domyślna 19.2kbps 38.4kbps Adres – adres urządzenia MODBUS, dostępna jest pula adresów od 01h do F7h. Domyślnie

urządzenie ma adres 0Ah. << Powrot << – wraca do wyższego menu Skala wyswietl. C – Celsjusz – wynik wyświetlany jest w stopniach Celsjusza (wartość domyślna) K – Kelvin – wynik wyświetlany jest w Kelwinach F – Fahrenheit – wynik wyświetlany jest w stopniach Fahrenheita % wart. zadanej – wynik wyświetlany jest w stopniach Celsjusza, oraz w procentach i w

formie słupka, gdzie 0% stanowi dolny zakres, a 100% stanowi górny zakres dla danego kanału.

Autozmiana – opcja pozwala na automatyczną zmianę na kolejny kanał po zadanym czasie. Dostępne ustawienia: wylaczona – wartość domyślna 1s, 5s, 10s, 20s, 30s, 60s, 360s Reset ustawien NIE – (wartość domyślna) TAK – wciśnięcie „Enter” w tej pozycji powoduje przywrócenie wartości domyślnych

wszystkich parametrów. Autokalibracja NIE – (wartość domyślna) TAK – wciśnięcie „Enter” w tej pozycji powoduje wywołanie procedury autokalibracji

kanałów analogowych. Przed przystąpieniem do autokalibracji należy we wszystkich kanałach analogowych zainstalować zwory (zewrzeć wejścia). Autokalibracja polega na cyklicznym pomiarze, oraz uśrednieniu offsetów i szumów dla poszczególnych kanałów.

<< Wyjscie << – powoduje wyjście z menu i powrót do normalnego trybu pracy MODBUS Użytkownik może nawiązać komunikacje z urządzeniem za pomocą urządzenia nadrzędnego (np. komputera). W tym celu należy przesłać ramkę zgodną z MODBUS-ASCII zaadresowaną do tego urządzenia (adres zgodny z adresem zadanym w menu). Termometr obsługuje dwie funkcje: 03h – odczytanie jednego rejestru 06h – zapisanie jednego rejestru Numery rejestrów termometru: 4000-4007 – rejestry pomiarów, 2 bajty – tylko do odczyty (wartość temperatury podawana

jest bez przecinka, razy 10) 4100-4107 – rejestry offsetów, 2 bajty – tylko do odczytu 4010-4017 – zakres górny, 2 bajty 4020-4027 – zakres dolny, 2 bajty 4030-4037 – tryb kanału, 1 bajt 4040-4047 – alarm kanału, 1 bajt 4050 – numer kanału, 1 bajt 4060 – skala, 1 bajt 5000 – zapamiętanie wartości w eepromie – tylko do zapisu (wpisanie wartości 01h

powoduje zapisanie aktualnych ustawień w eepromie)

Załącznik A: • schemat płyty głównej termometru • schemat panelu czołowego • schemat mostków pomiarowych (jeden kanał) • schemat zasilacza Załącznik C: • widok PCB płyty głównej termometru • widok PCB panelu czołowego • widok PCB mostków pomiarowych • widok PCB zasilacza Załącznik C: • schemat montażowy płyty głównej termometru • schemat montażowy panelu czołowego • schemat montażowy mostków pomiarowych • schemat montażowy zasilacza Załącznik D: kod źródłowy oprogramowania dla środowiska IAR Embedded Workbench IDE 3.20A

1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B

Date: 17-Feb-2005 Sheet ofFile: J:\Elektronika\MyProtel.ddb Drawn By:

(SDA) PC123

(TCK) PC224

(TMS) PC325

(TDO) PC426

(TDI) PC527

(TOSC1) PC628

(TOSC2) PC729

AVcc30

GND31

ARef32

(ADC7) PA733

(ADC6) PA634

(ADC5) PA535

(ADC4) PA436

(ADC3) PA337

(ADC2) PA238

(ADC1) PA139

(ADC0) PA040

(SLC) PC022

(OSC2) PD721

PD6 (ICP1)20

PB0 (XCK/T0)1

PB1 (T1)2

PB2 (INT2/AIN0)3

PB3 (OC0/AIN1)4

PB4 (SS)5

PB5 (MOSI)6

PB6 (MISO)7

PB7 (SCK)8

Reset9

Vcc10

GND11

XTAL212

XTAL113

PD0 (RXD)14

PD1 (TXD)15

PD2 (INT0)16

PD3 (INT1)17

PD4 (OC1B)18

PD5 (OC1A)19

US1

XT1

C1

C2

XTAL2XTAL1

XTAL1

XTAL2

RESET

VCC

R1

SW1

RESET

R1 IN13

R2 IN8

T1 IN11

T2 IN10

GN

D1

5V

+2

V-

6

VC

C1

6

R1 OUT12

R2 OUT9

T1 OUT14

T2 OUT7

C1+1

C1 -3

C2+4

C2 -5

US2

MAX232A

C6100n

C7100n

C3100n

C4100n

C5100n

VCC

TX

RX

TXRX

123

ZAS_CON

CON3

VCC

< CD1

< RXD2

> TXD3

> DTR4

GND5

< DSR6

> RTS7

< CTS8

< RI9

DIR Computer -- Modem

RS1

SERIAL

A11

A23

A35

A611

A59

A47

A713

A815

B816

B714

B612

B510

B48

B36

B24

B12

ANALOG_CON

CON8X2

P110k

AVCC

AVCC

MOSI

MISO

SCK

RESET

SCKMISOMOSI

123

KEY_CONCON3

123

LED_CON

CON3

12345678

LCD_DATA

CON8VCC

123

J2

CON3

123

J1

CON3

C8100n

VCC AVCCL1

10uH

C11100nC12

10u

C131,2n

C141,2n

R2

470

R3

470

C9100n

C10100n

1 2 3

1WireCON3

VCC

R4

4,7kR5

4,7kR6

4,7k

123

LCD_CON

CON3

MISO4

GND6

RESET5

SCK3

MISO1

VCC2

ISP1

ISP6

TCK1

TDO3

TMS5

TDI9

Vcc7

GND10

nTRST8

nSRST6

VTref4

GND2

JTAG1

JTAG

VCC

VCC

123

1Wire1

CON3

123

1Wire2

CON3

VCC

Schemat p³yty g³ównej termometru

1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B

Date: 17-Feb-2005 Sheet ofFile: J:\Elektronika\MyProtel.ddb Drawn By:

SI A1

SI B2

QA3

QB4

QC5

QD6

CLK8

CLR9

QE10

QF11

QG12

QH13

UP1

74HCT164

DL1ADL2ADL3ADL4ADL5ADL6ADL7ADL8A

RDL1GRDL2GRDL3GRDL4GRDL5GRDL6GRDL7GRDL8G

SI A1

SI B2

QA3

QB4

QC5

QD6

CLK8

CLR9

QE10

QF11

QG12

QH13

UP2

74HCT164

DL1BDL2BDL3BDL4BDL5BDL6BDL7BDL8B

RDL1RRDL2RRDL3RRDL4RRDL5RRDL6RRDL7RRDL8R

123

LED_CON

CON3

OK_CLK

DATAERR_CLK

SC0SC1

SC2SC3

SC4SC5

SC6SC7

S_Left

S_Up

S_Down

S_Right

S_Enter

LS1

SPEAKER

GND1

VCC2

Contrast3

RS4

R/W5

E6

D07

D18

D29

D310

D411

D512

D613

D714

Light15

UP5P110k

VCC

R1

50VCC

12345678

LCD_CON

CON8

VCC

123

ZAS_CON

CON3

VCC

R2

10k

R3

10k

VCC

VCC

Q1BC847B

VCC

S_A

S_B

S_C

S/L1

CLK2

E3

F4

G5

H6

QH7

QH9

SI10

A11

B12

C13

D14

CLK INH15

U5

74HCT165

S/L1

CLK2

E3

F4

G5

H6

QH7

QH9

SI10

A11

B12

C13

D14

CLK INH15

U6

74HCT165

RC

1R

C2

RC

3R

C4

RC

5R

C6

RC

7R

C8

RC

9R

C1

0R

C1

1R

C1

2R

C1

3R

C1

4R

C1

5R

C1

6

VCC

VCC

123

KEY_CON

CON3

1

23

UP3A

74HCT32

4

56

UP3B

74HCT32

1

23

UP4A

74HCT32

4

56

UP4B

74HCT32

12

1311

UP3D

74HCT32

9

108

UP4C

74HCT32

9

108

UP3C

74HCT32

Schemat panelu czo³owego

1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B

Date: 17-Feb-2005 Sheet ofFile: J:\Elektronika\MyProtel.ddb Drawn By:

R11k

R21k

R310k

R4

1k

R510k

12

J1

PT100

12

J2

OUT

PR310k

PR110k

PR21k

2

31

41

1

U1A

LM324

VCC

VCC

123

J3

ZAS

VCC

DZ15V1

Schemat kana³u pomiarowego

1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B

Date: 17-Feb-2005 Sheet ofFile: J:\Elektronika\MyProtel.ddb Drawn By:

12

AC_IN

AC

2V-

1V+

3

AC

4

D3

1A

C2100n

C3100nC1

1000uC4100u

IN1

OUT3

U1

7805

123

5DC_OUT1

R1

1k

D1

LED

123

5DC_OUT2

F1

50mA

123

5DC_OUT3

VCC12V

C5100n

C6100n C7

100u

123

12DC_OUT1

AVCC

11

22

33

Q1BC847B

R2

1k

D2

LED

ADJ1

IN3

OUT2

U2

LM317T

R3

RES2

R4POT2

C8100n

C9100n

C10100n

C11100n

AVCC

VCC

6

7

2

4

9

10

T1

TS20/022

Schemat zasilacza

Widok PCB p³yty g³ównej (Bottom Layer, odbicie lustrzane)

Widok PCB p³ytki z³¹cz (Bottom Layer, odbicie lustrzane)

Widok PCB p³ytki zasilacza

Widok PCB p³ytki panelu czo³owego (Bottom Layer, odbicie lustrzane)

Widok PCB p³ytki panelu czo³owego (Top Layer)

Widok PCB p³ytki mostków pomiarowych (odbicie lustrzane)

P³yta g³ówna termometru - rozk³ad elementów (strona druku, odbicie lustrzane)

P³yta g³ówna termometru - rozk³ad elementów (strona elementów)

P³ytka z³¹cz - rozk³ad elementów (strona elementów)

P³yta panelu czo³owego - rozk³ad elementów (strona druku)

P³yta panelu czo³owego - rozk³ad elementów (strona druku, odbicie lustrzane)

P³yta mostków pomiarowych - rozk³ad elementów (strona elementów)

P³yta mostków pomiarowych - rozk³ad elementów (strona druku, odbicie lustrzane)

P³ytka zasilacza - rozk³ad elementów (strona elementów)

P³ytka zasilacza - rozk³ad elementów (strona druku, odbicie lustrzane)