طراحی و ساخت کنترل دمای دیجیتالی تابلوهای برق با استفاده از میکروکنترلر AT M32

هدف از انجام این پروژه طراحی و ساخت کنترل دمای دیجیتالی تابلوهای برق با استفاده از میکروکنترلر AT M32 می باشند. دستگاهی که طراحی و ساخته شده علاوه بر قسمت اتوماتیک دارای بخش است که می توان دما ، فن و هیتر را به صورت دستی تغییر وضعیت داد. تحقق این پروژه کمک شایانی به کنترل دما با دقت بالا در محل های کار ، کارخانجات و بخصوص کارخانه های جوجه کشی می  باشد . طبق برنامه ای که برای این پروژه نوشته شده است دماهایی که به صورت دستی تغییر میکنند ، رنج محدودی دارند که این رنج توسط سازنده مشخص شده است.

پیشگفتار

با ورود میکرو کنترلر ها به بازار الکترونیک و استفاده از آنها کار را بر روی بسیاری از قسمتهای الکترونیک آسان تر نمود و به خصوص در صنعت با در دست گرفتن کنترل قسمتهای مختلف یک کارگاه یا کارخانه صنعتی منجر به تولید بیشتر با کیفیت بهتر شد و افق وسیعی از کار را بر روی سازندگان قطعات الکترونیک گشود. نکته ای که در صنعت بسیار مهم به نظر می رسد اندازه گیری پارامتر هایی مثل دما ، فشار و میزان جابه جایی اجسام و … می باشد که کار ها توسط سنسور های مختلف انجام می شود اما روز به روز بر تعداد سنسورها افزوده شده و سنسورهای بهتر با قابلیت های بیشتری به بازار عرضه می گردد  و همچنین دستگاه هایی که توسط میکروکنترلر ها  ساخته می شود داری انواع مختلفی بوده و کارهای متفاوتی انجام می دهند یکی از این دستگاه ها دستگاه کنترل دمای تابلو و اتاقک ها می باشند که توسط میکروکنترلر ها و حتی بردهای الکترونیکی نیز ساخته می شوند.

پروژه مورد توجه و حائز اهمیت در این پایان نامه در خصوص کنترل دما تابلو های برق می باشد که می توان برای ماشینهای جوجه کشی ، محل کار ، تابلو های برق و غیره میتوان استفاده کرد.

در این پایان نامه ابتدا توضیح مختصری راجع به میکروکنترلر های AVR آورده شده  در بخش های بعد یک توضیح راجع به برنامه bascom  ،انواع سنسورهای دما  می خوانید و در پایان نیز شکل مدار و برنامه نوشته شده در میکرو آورده شده است.

مقدمه ای بر AVR

در این فصل هدف بر این است که یک توضیح کلی در مورد AVR گفته شود.

یکی از جدید ترین میکروکنترلر های قوی عرضه شده به بازار الکترونیک متغلق به شرکت ATMEL به نام میکروکنترلرهای AVR می باشد این میکرو کنترلر هشت بیتی به علت وجود کامپایلر های قوی به زبان سطح بالا مورد استقبال فراوانی قرار گرفت یادگیری و استفاده از این میکروکنترلر بسیار ساده می باشد و دامنه استفاده آن بسیار وسیع می باشد

از جمله مزیت های آن حافظه بالاتر نسبت به میکروکنترلر های قبلی و وجود دستورات وسیع میباشد و همچنین بر خلاف زبان های سطح بالا که کدهای بیشتری را نسبت به زبان اسمبلی تولید میکردند تولید کدهارا به مینیمم رسانده و با ایجاد تحولی عظیم در معماری میکروکنترلر ها عملیات را تنها در یک سیکل ماشین انجام می دهد و از 32 رجیستر همه منظوره استفاده می کند  که این خود باعث شده که 4 تا 12 بار سریعتر از میکروکنترل های قبلی باشد و دارای  حافظه  کم مصرف غیرفرار نیز می باشند که و با به کار بردن تکنولوژی شرکت ATMEL حافظه های FLASH وEEPROM  در داخل مدار قابل برنامه ریزی هستند

اکثر میکرو کنترلر ها کلاک اسیلاتور به سیستم را را با نسبت 4/1 یا 12/1 تقسیم می کنند که خود باعث کاهش سرعت می شود امادر AVR کلاک اسیلاتور با کلاک داخلی سیستم یکی می شود و هیچ تقسیم کننده ای در داخل AVR وجود ندارد و بنابراین اختلاف فاز کلاک وجود ندارد.

تا قبل از به وجود آمدن AVR ها بیشترین توجه به زبان اسمبلی می شد و توجه خیلی کمی در مورد برنامه نویسی میکروکنترل ها به زبان های سطح بالا می شد.

هدف ATMEL طراحی و معماری میکروکنترل هایی بود که هم برای زبان اسمبلی و هم زبان های سطح بالا مفید باشند به طور مثال  در برنامه نویسی C و BASIC می توان یک متغیر محلی به جای متغیر سراسری در داخل زیر برنامه تعریف کرد که در این صورت در زمان اجرای یک زیر برنامه مکانی از حافظه RAM برای متغییر اشغال می شود در صورتی که اگر متغییری به عنوان متغییر سراسری تعریف شود در تمام وقت مکانی از حافظه FLASH را اشغال می کند.

همچنین برای دسترسی سریعتر به منغییرهای محلی و کاهش کد نیاز به افزایش رجیسترهای همه منظوره است AVR  ها دارای 32 رجیستر هستند که مستقیم به LOGIC ALU منصل شده اند و تنها در یککلاک سیکل به این واحد دسترسی پیدا می کنند. سه جفت از این از این رجیستر ها می توانند به عنوان رجیستر 16 بیتی استفاده شوند.

برخی از خصوصیات ATTINY 10,11,12

• کارآیی بالا و توان مصرفی کم
• دارای 90 دستورالعمل با کارآیی بالا که اکثرا تنها در یک سیکل اجرا می شوند
• 8*32 رجیستر کاربردی
• سرعتی تا 8 مگاهرتز
• یک کیلوبایت حافظه FLASH داخلی قابل برنامه ریزی و پایداری آن تا 1000 بار خواندن و نوشتن
• 64 بایت حافظه EEPROM داخلی قابل برنامه ریزی و پایداری آن تا 100000 بار نوشتن و پاک کردن
• قفل برنامه FLASH و حافظه EEPROM
• یک تایمر-کانتر 8 بیتی
• یک مقایسه گر آنالوگ داخلی
• وقفه در اثر تغییر وضعیت پایه
• منابع وقفه داخلی و خارجی
• ارتباط سریال SPI در ATTINY 12
• قابل انتخاب بودن اسیلاتور داخلی برای ATTINY 12
• در حالت فعال 2.2 میلی آمپر و در بیکاری 5/ میلی آمپر
• ولتاژ عملیاتی 5 تا 5.5 ولت برای ATTINY 12
• فرکانس کاری تا 8 مگاهرتز

ATTINY 26

دارای خصوصیاتی است که با میکرو های قبلی تا حدودی فرق میکند که در زیر به بعضی از آنها اشاره می کنیم .

• دارای 118 دستورالعمل با کارآیی بالا که اکثرا در یک سیکل اجرا می شوند.
• سرعتی تا 16 مگاهرتز
• 2 کیلو حافظه FLASH قابل برنامه ریزی و پایداری آن تا 1000 بار نوشتن و پاک کردن
• 128 بایت حافظه SRAM
• 128 بایت حافظه EEPROM و پایداری آن تا 100000 بار خواندن و نوشتن
• ایجاد وقفه با تغییر وضعیت بر روی 11 پایه
• یک تایمر ـکانتر 8 بیتی
• یم تایمر ـ کاتنتر 8 بیتی پر سرعت
• دوخروجی PWM فرکانس بالا
• 11 آنالوگ ADC با کنترل گین X1 تا X20 و 8 کانال شیز تفاضلی
• یک مقایسه گر آنالوگ داخلی
• دارای اسیلاتور داخلی
• ولتاژ کاری 2.7 تا 5.5 ولیت برای ATTINY 26L و 4.5 تا 5.5  ولت برای
• فرکانس کاری 8 مگاهرتز برای ATTINY 26L و 16 مگاهرتز برای ATTINY26
• در دو نوع بسته بندی و20 پایه در حالت PDIP و 32 پایه در MLF که 12 پایه آن بدون مصرف است.
• دارای دو بایت فیوز بیت می باشد

خصوصیات AT90S8515

خصوصیات با میکر قبلی یکی است به جز:

• توان مصرفی در حالت فعال 3 میلی آمپرو در حالت بیکاری 1 میلی آمپر
• ولتاژ کاری 2.7 تا 6 ولت برای نوع 4 و 4 تا 6 ولت برای نوع 8
• فرکانس کاری 4 مگاهرتز برای نوع 4 و 8 مگاهرتر برای نوع 8
• 32 پایه ورودی خروجی قابل برنامه ریزی
• 40 پایه در بسته بندی PDIP و 44 پایه در نوع PLCC , TQFP
• دارای 2 فیوز بیت

میکروکنترلر های MEGAAVR  

مهمترین گروه از AVR ها این گروه می باشد به واسطه اینکه دارای دامنه عملیاتی بسیار زیاد می باشند و قابلیت های بیشتری نسبت به گروه قبلی خود دارند.

مزیت مهمی که به نظر ما در این سری از AVR ها وجود دارد یکی دامنه فرمانی بسیار بالا و دیگری برخی از اعضای این خانواده دارای RTC یا CLOCK SOFT می باشند که این کار باعث شده تا بسیاری از برنامه های نوشته شده بر روی این خانواده کوتاهتر و دقیقتر شود اعضای مهم این گروه عبارتند از: ATMEGA323, 323L, 32, 32L, 128, 128L, 163, 163L, 8,8L, 8515, 8515L, 8535, 8535L, 161L, 161, 162, 162L, 16, 16L, 103, 103L, 169, 169L, 169V, 64, 64L

نکتهای که میان MEGA های هم نام و متفاوت در پسوند شان وجود دارد توان مصرفی و کلاک سیستم آنها می باشد.

نوشتن در پایه ها

برای این منظور ابتدا جهت پایه مورد نظر را به صورت خروجی تعریف نموده (DDXn = 1) . سپس با مقدار دادن بیت ( نگهدار) PORTXn مقدار دلخواه را برروی پایه مورد نظر بنویسید.

بطور مثال اگر DDRC =FFH باشد ، در این صورت اطلاعات متناظر با رجیستر PORTC روی پورت C نوشته خواهد شد.

خواندن از پورت

به دو صورت می توان داده را از پورت خواند :

1. خواندن مستقیم از روی پایه ها در این حالت به کمک PINX می توان اطلاعات را از روی پایه دریافت نمود . بطور مثال دستور IN PINA اطلاعات را به طور مستقیم  از روی پایه های پورت A خوانده ، و درون رجیستر   R16 قرار می دهد .
2. خواندن از روی نگهدارپایه ها  در این حالت داده از روی نگهداره پایه خوانده می شود . بطور مثال دستور IN R16.PORTA اطلاعات را از رجیستر پورت داده A خوانده و درون رجیستر R16قرار می دهد . معمولا خواندن از روی نگهدار پایه هنگامی استفاده می شود که نیاز به خواندن آخرین وضعیت پایه ها و یا تغییر در وضعیت پایه ها باشد .

سنسورها

سنسورهای دما:

ترمومترهای شیشه ای(مایعی):

ترمومتر های شیشه ای در طیف گسترده ای به کار گرفته می شوند که از جمله آنها ترمومترهای جیوه ای و الکلی است که اکثرا به عنوان نمایشگر هستند. صحت ترموترهای فوق بهتر از1% و در انواع صنعتی آن ها تا 15/% امکان پذیر است و گستره دمای آن ها بین 200- تا 1000 می تواند باشد لازم به ذکر است که موارد اختصاصی تا بالای 1500 درجه سانتیگراد نیز قابل دسترسی است.

نتیجه گیری :

میکرو کنترلری که در این پروژه استفاده شده ATMeg32 است که برنامه نویسی وکار با این نوع IC به علت قابلیت هایی که دارد، آسان است . دستگاهی که طراحی و ساخته شده در مناطق کوهستانی و سرد به علت تغییرات دمایی در این مناطق،کاربرد زیادی دارد.

• پیشگفتار

فصل اول

• فصل اول: مقدمه ای بر AVR
• 1-1 میکروکنترلر های TINY AVR
• 1-2 میکروکنترلرهای AT90S
• 1-3 میکروکنترلر های MEGAAVR
• 1-4 خصوصیات داخلی MEGA 32

فصل دوم

• فصل دوم: برنامه Bascom و برنامه نویسی آن
• 2-1 برنامه bascom
• 2-2 محیط برنامه نویسی

فصل سوم

• فصل سوم : سنسور های دما
• 3-1 ترمومترهای شیشه ای
• 3-2 ترمومترهای Bimetal
• 3-3 ترمومترهای فشاری
• 3-4 ترموکوپل
• 3-5 اندازه گیری دما از طریق مقاومت اهمی
• 6-3 lm 35

فصل چهارم

• فصل چهارم :طراحی و ساخت یک کنترل دمای دیجیتالی تابلو های برق
• 4-1 برنامه و توضیح آن
• 4-2 شکل مدار و توضیحاتی در مورد آن
• نتیجه گیری
• مراجع

منابع

1. کتاب میکروکنترلر AVR نوشته علی کاهه
2. کتاب اندازه گیری الکترونیکی نوشته مهندس رضایی
3. کتاب ابزار کنترل و مبدل ها 1
4. ترانس ها و ترانسدیوسر ها
5. Help برنامه bascom  از شرکت Atmel