Разработка функциональной, принципиальной и структурной схем.

Рисунок 2.1 – Функциональная схема

Рисунок 2.2 – Принципиальная схема

Рисунок 2.3- структурная схема

Данная система состоит из:

· ArduinoUNO;

· батарея напряжением в 9 V;

· датчика, который будет следить за окислением воздушной среды в помещении;

· сервопривода, с помощью которого будет осуществляться подача свежего воздуха.

Аппаратная платформа

В качестве основы выбран микроконтроллер ArduinoUNO.

Рисунок 2.4 – микроконтроллер ArduinoUNO

Arduino — это электронный конструктор и удобная платформа быстрой разработки электронных устройств для новичков и профессионалов. Платформа пользуется огромной популярностью во всем мире благодаря удобству и простоте языка программирования, а также открытой архитектуре и программному коду. Устройство программируется через USB без использования программаторов.

Выполнена на базе процессора ATmega328p с тактовой частотой 16 МГц, обладает памятью 32 кБ и имеет 20 контролируемых контактов ввода и вывода для взаимодействия с внешним миром.

Arduino Uno может питаться как от USB подключения, так и от внешнего источника: батарейки или обычной электрической сети. Источник определяется автоматически.

Платформа может работать при наличии напряжения от 6 до 20 V. Однако при напряжении менее 7 V работа может быть неустойчивой, а напряжение более 12 V может привести к перегреву и повреждению. Поэтому рекомендуемый диапазон: 7−12 V.

Электрическая цепь должна быть замкнута, ток течёт от "+" к "-". В качестве плюса используются пины "3.3V" и "5V".

Питание:

· Vin предоставляет тот же вольтаж, что используется для питания платформы. При подключении через USB будет равен 5 V. Служит для подачи питания на плату, минуя USB или разъём питания.

· 5V – вне зависимости от входного напряжения. На этом напряжении работает процессор. Максимальный допустимый ток, получаемый с этого контакта — 800 мА.

· 3.3V - Максимальный допустимый ток, получаемый с этого контакта — 50 мА.

· GND — земля. Используется в качестве «-».

Память

Платформа оснащена 32 кБ flash-памяти, 2 кБ из которых отведено под так называемый bootloader. Он позволяет прошивать Arduino с обычного компьютера через USB. Эта память постоянна и не предназначена для изменения по ходу работы устройства. Её предназначение — хранение программы и сопутствующих статичных ресурсов.

Также имеется 2 кБ SRAM-памяти, которые используются для хранения временных данных вроде переменных программы. По сути, это оперативная память платформы. SRAM-память очищается при обесточивании.

Ещё имеется 1 кБ EEPROM-памяти для долговременного хранения данных. По своему назначению это аналог жёсткого диска для Arduino.

Ввод/вывод

На платформе расположены 14 контактов (0-13), которые могут быть использованы для цифрового ввода и вывода. Какую роль исполняет каждый контакт, зависит от вашей программы. Все они работают с напряжением 5 В, и рассчитаны на ток до 40 мА. Также каждый контакт имеет встроенный, но отключённый по умолчанию резистор на 20 - 50 кОм. Некоторые контакты обладают дополнительными ролями:

• Serial: 0-й и 1-й. Используются для приёма и передачи данных по USB.
• Внешнее прерывание: 2-й и 3-й. Эти контакты могут быть настроены так, что они будут провоцировать вызов заданной функции при изменении входного сигнала.
• PWM: 3-й, 5-й, 6-й, 9-й, 10-й и 11-й. Могут являться выходами с широтно-импульсной модуляцией (pulse-width modulation, ШИМ) с 256 градациями. Помечены значком тильда (~)
• LED: 13-й. К этому контакту подключен встроенный в плату светодиод. Если на контакт выводится 5 В, светодиод зажигается; при нуле — светодиод гаснет.

Помимо контактов цифрового ввода/вывода на Arduino имеется 6 контактов аналогового ввода A0-A5, каждый из которых предоставляет разрешение в 1024 градации (10 бит) через аналогово-цифровой преобразователь (АПЦ). По умолчанию значение меряется между землёй и 5 В, однако возможно изменить верхнюю границу, подав напряжение требуемой величины на специальный контакт AREF.

Контакты A4 и A5 используются для работы I2C-шины.

Предназначен для чтения данных с аналоговых датчиков. При нехватке цифровых выходов можно использовать аналоговые в качестве цифровых.

По умолчанию все порты работают на выход. С помощью метода pinMode() можно установить режим на вход.

Кроме этого на плате имеется входной контакт Reset. Его установка в логический ноль приводит к сбросу процессора. Это аналог кнопки Reset обычного компьютера.

Защита USB

Arduino Uno обладает предохранителем, защищающим USB-порты вашего компьютера от перенапряжения и коротких замыканий. Хотя большинство компьютеров обладают собственными средствами защиты, предохранитель даёт дополнительную уверенность. Он разрывает соединение, если на USB-порт подаётся более 500 мА, и восстанавливает его после нормализации ситуации.

Инфракрасный датчик MH-Z19

Рисунок 2.5 – Датчик MH-Z19

Характеристики:

• Модель: MH-Z19 NDIR;
• Определяемый газ: ;
• Рабочее напржение: 3.6 ~ 5.5 В пост.тока;
• Потребление тока: < 18 мА;
• Уровень TTL: 3.3 В;
• Диапазон измерения: 0 - 5000 PPM (0 ~ 0.5%);
• Точность измерений: ± (50ppm+5%);
• Сигнал на выходе: UART(Tx,Rx), PWM;
• Время разогрева: до 3 мин;
• Время распознавания T90: < 60 сек.;
• Рабочая температура: 0 ~ 50 °C;
• Рабочая влажность окружающей среды: 0 ~ 95% RH (без конденсата);
• Габариты: 33 мм x 20 мм x 9 мм (ДxШxВ);
• Вес: 21 г;
• Срок эксплуатации: более 5 лет.
• Высокая чувствительность
• Модификации со стандартными выходными сигналами, и с первичными сигналами
• Миниатюрность
• Быстрый отклик и малое время восстановления
• Температурная компенсация
• Хорошая стабильность
• Большой срок эксплуатации
• Защита от испарений
• Альтернатива для каталитических датчиков

OKcell Lipo Батарея

Рисунок 2.6 – Батарея OKcellLipoJRGK 800

Характеристика:

· Тип: Литий-полимерный

· Номинальная мощность: 800 мАч

· Тип набора: Батареи Только

· Комплект: Bundle 1

· Размеры: 9V

· Бренд: JRGK

· Партномер: 0815005