Разработка многоточечного измерителя температуры на основе сети цифровых датч...

Автор KVN, Среда, Апрель 07, 2021, 17:23:26

« предыдущая тема - следующая тема »
Вниз

KVN

Среда, Апрель 07, 2021, 17:23:26 Последнее редактирование: Четверг, Апрель 08, 2021, 23:21:11 от KVN
Тема: Разработка многоточечного измерителя температуры на основе сети цифровых датчиков DS18B20 для фундаментов зданий.
Исполнитель: Толстошеев Виктор Вячеславович, студент гр. 741об
Руководитель: Доцент, канд. техн. наук Штыкин Михаил Дмитриевич, Руководитель СКБ "Промышленная робототехника и автоматизация" Русинов Владислав Леонидович




ВВЕДЕНИЕ

   Многоточечный измеритель температуры (МИТ) - это устройство, которое собирает показания со множества датчиков, обрабатывает их и предоставляет данные оператору или САУ.
   Подобные устройства востребованы и УЖЕ активно используются в различных системах автоматического управления и регулирования температуры в значительных объёмах или на больших площадях, таких как хранение зерна, нефтепродуктов, древесины и других ТП, где использовать обычные измерителей неудобно или невозможно.

1. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

   Для поддержание стабильного процесса дегидрации бетона необходимо поддерживать смесь в оптимальном диапазоне температур, поскольку при занижении температуры дегидрация прекращается, а превышение ее приводит к ухудшению физических свойств.
   В процессе застывания, сама по себе, бетонная смесь выделяет некоторое количество теплоты, зависящее от химического состава смеси, поэтому в некоторых случаях можно ограничиться и обычной теплоизоляцией смеси. Минимальная температура застывания бетона составляет не ниже +5 °C, однако оптимальный температурный режим -- от +15 до +20 °C. На данный момент, при строительстве в зимнее время или в условиях вечной мерзлоты используют различные методы обогрева бетона или его теплоизоляцию.
    Для контроля температурного режима существует специальные МИТ «Беркут-ПБС», стоимость которого составляет от 200.000 руб, в полном наборе, включающем в себя само устройство и несколько специальных датчиков, обеспечивающих возможность беспроводного мониторинга строительного объекта.
   Разрабатываемое устройство предполагает использование распространенных, для непосредственного измерения температуры, цифровых термометров компании DALLAS типа DS18B20, связанных с устройством c помощью интерфейса "OneWire". Цену разрабатываемого устройства возможно держать в пределах 100.000 руб.

2. АППАРАТНАЯ ЧАСТЬ

   2.1. Термоизмеритель
   Разрешение термометра от 9 до 12-bit, может сохраняться в EEPROM памяти прибора. Диапазон измерений от -55°C до +125°C и точностью 0.5°C в диапазоне от -10°C до +85°C. В дополнение, DS18B20 может питаться напряжением линии данных ("parasitepower"), при отсутствии внешнего источника напряжения.

Рисунок - 1. Цифровой датчик температур DS18B20


   2.2. Кнопки

Рисунок - 2. Кнопка без фиксации PS850N


   2.3. Средства индикации

Рисунок - 3. 7 сегментный индикатор с LED контроллером TM1637


   2.3. Микроконтроллер
На данный момент разработан отладочный вариант МИТ на микроконтроллерной плате Arduino NANO v.3, рис.3.

Рисунок - 4. Распиновка Arduino NANO v3

Характеристики:
-Микроконтроллер Atmel ATmega168 или ATmega328
-Рабочее напряжение (логический уровень) 5В
-Напряжение питания
-(рекомендуемое) 7-12В
-Напряжение питания (предельное) 6-20В
-Цифровые входы/выходы 14 (из которых 6 могут использоваться как ШИМ-выходы)
-Аналоговые входы 8
-Максимальный ток одного вывода 40 мА
-Flash-память 16 КБ (ATmega168) или 32 КБ (ATmega328) из которых 2 КБ используются загрузчиком
-SRAM 1 КБ (ATmega168) или 2 КБ (ATmega328)
-EEPROM 512 байт (ATmega168) или 1 КБ (ATmega328)
-Тактовая частота 16 МГц
-Размеры платы 1.85 см х 4.3 см

   2.4. Структурная и принципиальная схемы устройства
   Благодаря наличию уникального 64-битного кода для каждого датчика, имеется возможность общения с множеством датчиков по 1-wire шине, использующую всего один провод для обмена данными, обеспечивая совместную работу множества датчиков. Благодаря чему достаточно использовать один микропроцессор для работы с множеством датчиков DS18B20, распределенных по большому участку.

Рисунок - 5. Структурная схема МИТ


Рисунок - 6. Принципиальная эл.схема устройства


3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

   3.1. Задачи
   Основной задачей устройства является сбор информации с датчиков на шине, обработка  и вывод значений температур на индикаторы устройства. Однако, поскольку данное устройство предназначено в первую очередь для динамического контроля температуры на большой больших площадях, следует дополнительно предусмотреть возможность вывода информации виде графиков и температурных карт, с возможностью записи данных для будущего рассмотрения динамики процессов, что может позволить получить дополнительную информацию полезную для повышения качества в будущем. Так-же желательно рассмотреть возможную реализацию беспроводной работы устройства.

   3.2. Разработка программы
      3.2.1. Подключение библиотек
      3.2.2. Реализация стандартных протоколов
      3.2.3. Написание программы
   3.3. Написание программы
   3.4. Тестирование устройства в Proteus
   3.5. Создание пользовательского интерфейса. Разработка приложения для ПК
   3.6. Создание печатной платы устройства

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Даташит Arduino NANO v3: https://supereyes.ru/img/instructions/arduino_nano_v3.pdf
Даташит TM1637: https://www.mcielectronics.cl/website_MCI/static/documents/Datasheet_TM1637.pdf
DS18B20 и библиотека 1-Wire: http://mypractic.ru/ds18b20-datchik-temperatury-s-interfejsom-1-wire-opisanie-na-russkom-yazyke.html
Даташит DS18B20(ENG): https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS18B20.pdf
Интерфейс 1-Wire: https://www.electronics.ru/files/article_pdf/0/article_668_639.pdf
Библиотеки: https://github.com/AlexGyver/GyverLibs
Работа с EEPROM в среде Arduino: https://www.arduino.cc/en/Reference/EEPROM

RVL

Добрый день, Виктор!
Как называется ваша тема?

Тема: Разработка многоточечного измерителя температуры на основе сети цифровых датчиков DS18B20 для фундаментов зданий.
или
Измерение и контроль температуры бетона

KVN

#2
Четверг, Апрель 08, 2021, 07:31:38 Последнее редактирование: Четверг, Апрель 08, 2021, 07:33:51 от KVN
Здравствуйте!
Да, это так. Тема полностью все равно б не влезла, уже пробовал. Мне не показалось принципиально важным сохранять название для подраздела, хотелось как-то сократить название до максимально понятного.

ran

Здравствуйте, Виктор!
Видимо, Вы очень добрый человек, потому что в заключении у Вас ничего и никого нет.

Вверх