Описанипе принципиальной схемы

Рисунок 6.1- Принципиальная схема основного устройства

 

Управляющая схема:

1.Данная схема реализована на микроконтроллере STM32F303K6B6.

2.Для обеспечения питания этой микросхемы используется стабилизатор напряжения на 3.3 вольта LM317.

Регулируемый трехвыводной стабилизатор положительного напряжения LM317 обеспечивает ток нагрузки 100 мА в диапазоне выходного напряжения от 1.2 до 37 В. Стабилизатор очень удобен в применении и требуют только два внешних резистора для обеспечения выходного напряжения. Кроме того, нестабильность по напряжению и току нагрузки у стабилизатора LM317L имеет лучшие показателями, чем у традиционных стабилизаторов с фиксированным значением выходного напряжения.

3.Для управления насосом используется твердотельное реле. На входы катушки параллельно подключается диод для гашения ЭДС самоиндукции при отключении реле и предотвращения перенапряжения на ключевом элементе, управляющем обмоткой реле. Обмоткой реле в нашем случае является транзистор обратной проводимости.

4.Управляющий сигнал с вывода МК через резистор подается на транзистор. Он открывается и напряжение подается на катушку, что в свою очередь замыкает или размыкает контакты реле.

5.Для контроля влажности используется датчик влажности DHT11 который общается с МК по интерфейсу 1-Wire.

Датчик DHT11 - это цифровой датчик температуры и влажности, позволяющий калибровать цифровой сигнал на выходе. Состоит из емкостного датчика влажности и термистора. Также, датчик содержит в себе АЦП для преобразования аналоговых значений влажности и температуры.

Питание и I/O 3.5-5.5 В

Характеристики:

1. Определение влажности 20-95% с 5% точностью

2. Определение температуры 0-50 град. с точностью 2 град.

3. Частота опроса не более 1 Гц (не более раза в 1 сек.)

4. Размеры 15.5мм x 12мм x 5.5мм

5. 4 вывода с расстоянием между ножками 0.1"

Выводы:

1. Vcc (3-5В питание)

2. Data out — Вывод данных

3. Не используется

4. Общий

1-Wire - двунаправленная шина связи для устройств с низкоскоростной передачей данных (обычно 15,4 Кбит/с, максимум 125 Кбит/с в режиме overdrive), в которой данные передаются по цепи питания (то есть всего используются два провода — один для заземления, а второй для питания и данных; в некоторых случаях используют и отдельный провод питания).

6.Для контроля температуры двигателя от перегрева используется датчик температуры DS1621S который общается с МК по интерфейсу I2C.

Микросхема DS1621 представляет собой термометр и термостат с цифровым вводом и выводом, которая гарантирует точность измерения и контроля с погрешностью плюс – минус 0,5 гр. Цельсия. Если использовать датчик DS1621 в роли термометра, то данные должны обрабатываться через I2C/SMBus последовательную шину в дополнительном девяти — битном коде с точностью младшего разряда плюс – минус 0,5 гр. Цельсия.

Выводы:

1. SDA - вывод данных шины I2C.

2. SCL - вывод тактового сигнала шины I2C.

3. Tout - выход термостата.

4. Vdd - вывод питания, плюс.

5. GND - вывод питания, минус.

6. A0..A2 - линия младших битов.

7.Для того что бы измерять глубину воды в колодце используется сонар HC-SR04. Он подключен к обычным цифровым выводами МК. Принцип его действия прост. Сенсор излучает короткий ультразвуковой импульс (в момент времени 0), который отражается от объекта и принимается сенсором. Расстояние рассчитывается исходя из времени до получения эха и скорости звука в воздухе. Вход trig для начала излучения. Выход echo для подтверждения возврата сигнала.

Выводы:

1. Vcc — положительный контакт питания.

2. Trig — цифровой вход. Для запуска измерения необходимо подать на этот вход логическую единицу на 10 мкс. Следующее измерение рекомендуется выполнять не ранее чем через 50 мс.

3. Echo — цифровой выход. После завершения измерения, на этот выход будет подана логическая единица на время, пропорциональное расстоянию до объекта.

4. GND — отрицательный контакт питания

Характеристики:

1. Напряжение питание: 5 В

2. Потребление в режиме тишины: 2 мА

3. Потребление при работе: 15 мА

4. Диапазон расстояний: 2–400 см

5. Эффективный угол наблюдения: 15°

6. Рабочий угол наблюдения: 30°

 

8.Для общения с базовой платой(информационной) используется радиопередатчик/приемник NRF2401l. Данный радио-модуль работает в режиме дуплекса. Данный датчик общается с МК по интерфейсу SPI.

Технические характеристики:

1. Частота передачи/приема 2.4ггц.

2. Дальность до 100 м. В помещении - до 30 м.

3. Скорость до 2 Мб. Возможные варианты: 250kbps, 1Mbps и 2Mbps.

4. Интерфейс взаимодействия с микроконтроллером- SPI. Выводы толеранты к 5 вольтам.

5. Напряжение: 3-3.6В (рекомендуется 3,3) В. При попытке подключения 5 В вывод из строя маловероятен, но работать устройство отказывается..

6. Максимальная выходная мощность: 0 dBm

7. Коэффициент усиления антенны (пиковая): 2dBm

8. Количество каналов: 126. Нулевой канал начинается с 2400мгц и далее с шагом 1 мгц, например 70 канал находится соответственно на 2470мгц. При установке скорости 2мгц занимается ширина двух каналов.

SPI — последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого сопряжения микроконтроллеров и периферии.

 

Рисунок 6.2 –Принципиальная схема информационного устройства

 

Информационная схема.

Данная схема реализована тоже на микроконтроллере STM32F303K6B6.

Для обеспечения питания этой микросхемы используется стабилизатор напряжения на 3.3 вольта LM317.

Для общения с управляющей платой используется радиопередатчик NRF2401l. Данный радио-модуль работает в режиме дуплекса. Данный датчик общается с МК по интерфейсу SPI.

Для отображения информации о текущем состоянии системы используется LCD дисплей 1602. Он общается с МК по интерфейсу I2C.

Данный микроконтроллер программируется по стандартному интерфейсу SWD.

 

Вывод

Задачей данного курсового проекта было создать электрический прибор, на основе микроконтроллерного устройства.

В данной курсовой работе было разработана система управления насосной станцией, предназначенная для использования в неглубоких частных колодцах. Основной функцией данного насоса является контроль уровня воды в колодце и выключение насоса, в случаи падения уровня до критического минимума.

Для того, чтобы рассмотреть возможные варианты решения данного вопроса, провели сравнительный анализ готовых устройств измерения уровня воды. На основе полученных данных, определили основные параметры, которыми должно обладать разрабатываемое устройство.

Разработанный прибор имеет ряд преимуществ над его аналогами:

1. Обладает значительно большими функциями и возможностями такими, как: контроль влажности, контроль температуры насоса, индикация состояния.

2. Менее финансово затратное устройство, так как создано на основе простых и не дорогих элементов.

3. Хороший диапазон измерений, хорошее время срабатывания и минимальные погрешности.

4. Температуростойкое устройство, способно работать даже при минусовой температуре.

 

Перечень ссылок

1. Статья интернет-энциклопедии Википедии «Ультразвуковой дальномер»

2. Сайт sensor.ru

Режим доступа: http://www.sensor.ru/articles/299/element_300.html

Дата обращения: 12.11.15

3. Статья В.Жданкина «Ультразвуковые датчики для систем управления» Журнал «В записную книжку инженера», издание 4/2003, стр.48-62

4. Статья «Sensors 3, Ultrasonic Sensors» Edition 2002 (Part. No. 21882 06/02).