VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav mikroelektroniky
VÍCEÚČELOVÉ VYHODNOCOVACÍ ZAŘÍZENÍ PRO SLEDOVÁNÍ ZRÁNÍ BETONOVÝCH SMĚSÍ MULTIFUNCTION EVALUATION EQUIPMENT FOR MONITORING AGEING CONCRETE
Student: Michal Raška Vedoucí práce: Ing. Pavel Šteffan, Ph.D. Obor: Mikroelektronika Brno 2010
Obsah SEZNAM OBRÁZKŮ .................................................................................................. 2 SEZNAM TABULEK ................................................................................................... 3 1
ÚVOD .................................................................................................................... 4
2
ANALÝZA ............................................................................................................. 5 2.1 MICROCONTROLLER ........................................................................................... 5 2.1.1 . Von Neumannova architektura ................................................................ 5 2.1.2 Harvardská achitekrura ............................................................................. 6 2.2 MICROCONTROLLER PIC 18F4450 ..................................................................... 7 2.3 SNÍMAČ TEPLOTY ............................................................................................... 9 2.3.1 Odporové snímače teploty ......................................................................... 9 2.3.2 Termočlánky ............................................................................................ 10 2.3.3 NTC snímač teploty K164NK001 ............................................................. 10 2.4 VLHKOST VZDUCHU .......................................................................................... 11 2.4.1 Lithiumchloridový hydrometr s kapalným elektrolytem ............................ 11 2.4.2 Kapacitní hydrometr ................................................................................ 12 2.4.3 Snímač vlhkosti s lineárním napěťovým výstupem HIH-4000 001........... 12 2.5 LCD ............................................................................................................... 13 2.5.1 LCD MC16021E8-SYL ............................................................................ 14 2.5.2 Inicializace řadiče HD44780 pro 4 bitovou komunikaci............................ 16 2.5.3 Instrukce řadiče HD44780 pro 4 bitovou komunikaci............................... 17 2.6 UNIVERSAL SERIAL BUS ................................................................................... 18 2.7 PAMĚŤ ............................................................................................................ 20 2.7.1 Flash paměť ............................................................................................ 20 2.7.2 EPROM ................................................................................................... 24 2.7.3 EEPROM ................................................................................................. 24 2.8 KOMUNIKAČNÍ PROTOKOL I2C ........................................................................... 25 2.8.1 EEPROM paměť 24C64A ........................................................................ 25 2.9 PROGRAMOVÁNÍ PIC 18F4450 ......................................................................... 26 2.9.1 Programátor PICkitTM2............................................................................. 26 2.9.2 Software MPLAB IDE .............................................................................. 27
3
POPIS FIRMWARU ............................................................................................ 29
4
ZÁVĚR ................................................................................................................ 30
5
POUŽITÁ LITERATURA ..................................................................................... 31
1
Seznam obrázků Obrázek 2-1 Blokové schéma Von Noemannovy architektury .................................................. 5 Obrázek 2-2 Blokové schéma Harvardské architektury ............................................................. 7 Obrázek 2-3 Zjednodušený diagram přerušení ........................................................................... 8 Obrázek 2-4 Princip měření teploty pomocí termočlánku........................................................ 10 Obrázek 2-5 Zapojení snímače teploty ..................................................................................... 10 Obrázek 2-6 Graf závislosti odporu na teplotě pro K164NK001 ............................................. 11 Obrázek 2-7 Snímač vlhkosti HIH -4000 001 .......................................................................... 12 Obrázek 2-8 Graf závislosti napětí na vlhkosti pro HIH -400 001 ........................................... 13 Obrázek 2-9 Struktura LCD displeje [12] ................................................................................ 13 Obrázek 2-10 LCD MC16021E8-SYL [14] ............................................................................. 14 Obrázek 2-11 Schéma vývodů LCD......................................................................................... 14 Obrázek 2-12 Konektory USB v levo typ A a typ B v pravo barvy označují typickou barvu vodiče ................................................................................................................................. 18 Obrázek 2-13 Příklad průběhu enumerace ............................................................................... 19 Obrázek 2-14 CF karta ............................................................................................................. 21 Obrázek 2-15 Struktura MMC karty ........................................................................................ 21 Obrázek 2-16SDHC karta......................................................................................................... 22 Obrázek 2-17 Kompatibilita SD a SDHC karet ....................................................................... 22 Obrázek 2-18 Struktura SD karty ............................................................................................. 23 Obrázek 2-19 zjednodušené schéma I2C.................................................................................. 25 Obrázek 2-21 Programáto PICkit 2 .......................................................................................... 26 Obrázek 2-20 Pouzdro a rozmístění vývodu paměti 24C64A .................................................. 26 Obrázek 2-22 Pracovní plocha MPLAB IDE V8.43 ................................................................ 27
2
Seznam tabulek Tabulka 2-1 Rozložení vývodů pro LCD ................................................................................. 15 Tabulka 2-2 Adresy pozic zobrazených na LCD...................................................................... 15 Tabulka 2-3 Inicializace řadiče LCD 4bitová komunikace ..................................................... 16 Tabulka 2-4 Instrukce pro řadič LCD 4bitová komunikace .................................................... 17 Tabulka 2-5 Seznam v význam registrů SD karty .................................................................... 23
3
1 Úvod V dnešní době je kladen důraz na monitorování průběhu výroby a záznam dat z měření. Pro posuzování a dokladování řízení jakosti podle morem ČSN EN ISO 9001:2001tj. dodržení kvality výroby a opakovatelnost výroby. Zařízení by mělo přispět ke zvýšení kvality výrobků a jejich zdokonalování. Mým úkolem je navrhnout zařízení, které bude snímat teplotu a vlhkost při výrobě, naměřené hodnoty bude zobrazovat na display a zaznamenávat do paměti v pravidelných časových intervalech. Důvodem pro konstrukci tohoto zařízení bylo, že na trhu není žádné zařízení, které by plně vyhovovalo požadavkům.
4
2 Analýza V následujících kapitolách bych rád popsal jednotlivé části zařízení, zdůvodnil výběr jednotlivých komponentů. Při výběru komponentu byli důležitými hledisky požadované funkce a parametry, dostupnost součástky na trhu a její cena. 2.1 Microcontroller Microcontroller je jednočipový micropočitač, který v jednom pouzdře obsahuje všechny důležité části mikropočítače. Jeho hlavní výhodou jsou kompaktní rozměry a spolehlivost, proto se používá pro jednoúčelové aplikace například jako je řízení. Základními částmi jsou jádro microcontrolleru nevolativní pamětí (ROM, FLASH, EEPROM), pamětí RAM a periferními obvody (A/D převodníky,logické vstupy výstupy, čítače časovače. Microcontrollery můžeme dělit podle architektury základními dvěma jsou Von Neumannova a Harvardská. Každá z těchto architektur má svoje výhody i nevýhody.
2.1.1 . Von Neumannova architektura
Je architektura, pro kterou je typická společná paměť pro data a program toto uspořádání má výhodu v tom že není potřeba při přístupu k datům rozlišovat paměť programu a paměť dat což vede ke zjednodušení čipu. Srdcem každého mikropočítače s Von Neumannovou je řadič. Řadič je část mikropočítače, která určuje ostatním částem, co mají dělat a tím řídí celý chod microcontrolleru Provedení každé strojové instrukce se skládá z více dílčích úkonů, které mohou provádět různé části microcontrolleru samy případně ve spolupráci jednotlivých částí. Rozdělování příslušných úkonů má na starosti řadič a dohlíží na jejich správnou činnost. V dřívějších dobách byl řadič řízen pomocí instrukčních slov, které byly přímo v něm implementovány. Tato vlastnost se v pozdějších dobách ukázala, jako nepříliš vhodné řešení jeden řadič byl omezen vnitřní strukturou pouze na několik málo využití. Dnes je řadič v podstatě počítač, který řídi chod microcontrolleru je více univerzální. Paměť-společná pro data i program A-L jednotkaaritmeticko-logická jednotka V/V- vstupní-výstupní zařízení
5 Obrázek 2-1 Blokové schéma Von Noemannovy architektury
Jednou z největších nevýhod Von Neumannovy architektury je, že není umožněn běh několikátí instrukcí najednou, každou instrukci řídí řadič. Což je dosti nevýhodné pokud V/V zařízení pracuje pomaleji než vlastní microcontroller většinu času by trávil tím, že čeká na výsledky z V/V zařízení proto byl zaveden princip přerušení. Principem přerušení je že microcontroller odešle data na V/V zařízení a pokračuje dále ve výpočtech, jakmile zařízení ukončilo výpočty odešle požadavek na přerušení, microcontroller přeruší právě prováděný program uloží si informace do paměti a obslouží V/V zařízení. 2.1.2 Harvardská achitekrura
U harvardské architektury není potřeba mít stejnou paměť pro data a program. Data můžou být různě dlouhá mít různé časování způsob a technologii adresování. Na rozdíl od Von Neumannovi architektury u které může v jeden okamžik A-L jednotka data číst nebe zapisovat do paměti to je způsobeno tím, že je společná paměť pro data a program, u Harvardské architektury díky oddělené paměti lze zároveň číst i zapisovat data z/do paměti.To umožňuje daleko vyšší rychlost zpracování dat než u předešlé architektury. V posledních letech se poměrně zvýšila rychlost procesorů, ale vývoj pamětí v rychlosti za procesory zaostává a cena velmi rychlých pamětí je oproti běžným pamětem dosti vysoká. Proto se využívá paměť cache, která je velmi rychlá, ale mívá mnohem menší kapacitu oproti hlavní paměti. Paměť cache je zařazena mezi hlavní paměť a procesor tak je docíleno snížení potřebné doby na načtení dat z paměti. Nejdříve se data načtou z hlavní paměti do paměti cache, tato paměť pak dodává data procesoru s dostatečnou rychlostí tak aby nevznikali žádné prodlevy při čtení dat. Použití je u moderních systému na specializovaných procesorech ke spravovávání obrazu, zvuku. Další možné využití je u jednočipových micropočítačů jako jsou microcontrollery od firem Microchip Technology, Inc. a Atmel Corp. tyto procesory jsou charakterizovány svou malou vnitřní pamětí a možností připojit externí paměti o různé bitové šířce.
6
Obrázek 2-2 Blokové schéma Harvardské architektury
2.2 Microcontroller PIC 18F4450 Pro realizaci zařízení jsem zvolil, microcontroller PIC 18F4450. S mikroprocesory PIC jsme se již setkal to byl jeden z důvodů, proč jsem zvolil právě mikroprocesor od firmy Microchip Corp. dalším důvodem byli parametry ,které zcela vyhovovali konstrukci zařízení. Pro konstrukci jsem vybral pouzdro se 44 vývody, jedná se o pouzdro s největším možným počtem vývodů. PIC 18F4450 je 8 bitový procesor harvardské architektury s 10 bitovým A/D převodníkem a USB 2.0 rozhraním (Low speed 1,5Mb/s a Full speed 12 Mb/s). Výhodou je nízký odběr typicky 90µA při vstupním napětím 2 až 5,5 voltů. Maximální frekvence je 48 MHz. Osahuje 13 A/D převodníků a 34 I/O portů. Důležitou součástí je 31 stupňový zásobník (stack) pro ukládání adres při volání funkce CALL a RCALL. Při provozu zařízení je jednou ze základních funkcí microcontrolleru je přerušení. Přerušení je zásah do běhu programu z důvodu nějakého vnitřního nebo vnějšího zdroje, mezi vnitřní patří například přerušení od čítače Watchdog, A/D převodníku a další a mezi vnější můžeme zařadit přerušení z USB portu změna na portuB a další. U tohoto typu microcontorlleru lze navíc přiřadit prioritu jednotlivým druhům přerušení. Pokud přiřadíme prioritu, přeskočí program v případě, že byl vyslán požadavek s vysokou prioritou na adresu 08h a pokud byl požadavek s nízkou prioritou přeskočí na program na adresu 16h. V případě že se vykonává program požadavek na přerušení s nižší prioritou a dostane požadavek na přerušení s vysokou prioritou, přeruší se a vykoná požadavek s vysokou prioritou a po dokončení dokončí požadavek s nižší prioritou. Pokud ale program vykonává přerušení s vysokou prioritou a dostane požadavek s nízkou prioritou, pouze zaznamená požadavek a provede jej až po dokončení požadavku s vysokou prioritou.
7
Na obrázku 2-3 je znázorněn diagram pro přerušení. Program provede zálohu všech potřebných registrů otestuje důvod přerušení, provede potřebné příkazy k obsloužení, přerušení navrátí zpět hodnoty registru a skočí zpět do místa programu skončil.
Požadavek na přerušení
Uložení registrů STATUS, W, PCLATH
USB
RB0
Watchdog čítač
Testování zdroje přerušení
Zápis naměřených dat do paměti v daném čase
RB1
Změna nastavení display
Reset (nastavení adresy ukládání dat na začátek)
Obsloužení komunikace od sběrnice USB
Obnovení registrů STATUS, W,PCLATH
Návrat do programu
Obrázek 2-3 Zjednodušený diagram přerušení
8
2.3 Snímač teploty V dnešní době je široký výběr různých teplotních snímačů Odporové snímače teploty, na termoelektrickém jevu a bezkontaktní metody (radiační,spektrové, barvové ).Pro použití jsou je vhodná pouze kontaktní metoda měření. 2.3.1 Odporové snímače teploty
Tyto snímače využívají změnu odporu závisle na změně teploty. Pro realizaci se užívají dva druhy materiálů: •
Kovy (platina, paladium, nikl atd.)
•
Polovodičové materiály o monokrystalické (křemík, germanium) o polykrystalické
Závislost odporu na teplotě je popsána rovnicemi: ܴ = ܴ ሺ1 + α∆ܶሻ kde:
ሾΩ ሿ
(1)
R…………………… odpor při měřené teplotě R0………………….. odpor při definované teplotě např. 25oC α…………………… teplotní součinitel odporu může být kladný nebo záporný ∆T………………….. rozdíl teplot měřená teplota mínus definovaná
Dle ČSN: ܴ = ܴ ሺ1 + ܶܣ+ ܶܤଶ + ܥሺܶ − 100ሻܶ ଷ ሻ kde:
ሾΩ ሿ
R…………………… odpor při měřené teplotě R0………………….. odpor při definované teplotě např. 25oC T…………………… teplota A,B,C……………… koeficienty ČSN
9
(2)
2.3.2 Termočlánky
Termočlánek je zdroj elektrického proudu princip je založen na termoelektrickém jevu, jeho využití je většinou k měření teploty dá se také použít jako zdroj elektrického proudu, jeho výkon je malý. Pro správnou funkci termoelektrického snímače je nezbytné, aby jeden spoj v termoelektrickém článku (tzv. srovnávací spoj) měl buď definovanou teplotu, nebo aby jeho termoelektrické napětí vznikající kolísáním jeho teploty bylo kompenzováno. Pro tento účel se používají termostaty pro srovnávací spoje termoelektrických článků a aktivní kompenzační obvody, které jsou zdrojem napětí závislého na teplotě. Termoelektrické snímače mají mít pokud možno největší termoelektrické napětí, časovou stálost, odolnost proti vlivu měřeného prostředí a malý měrný elektrický odpor. Na obrázku 2-4 je znázorněn princip měření teploty pomocí termočlánku.
Obrázek 2-4 Princip měření teploty pomocí termočlánku
2.3.3 NTC snímač teploty K164NK001
Pro měření teploty jsem zvolil NTC snímač teploty rozsah teplot, pro které lze tento snímač požít je -55 až 125 oC. Snímač je určen pro měření teploty v plynech i kapalinách. Typická hodnota odporu při teplotě 25oC je 1 kΩ. Jeho velkou výhodou je velká změna odporu při změně teploty. Při teplotě -55 oC je typicky jeho odpor 49,96 kΩ a při teplotě 125 C je odpor 42,29 Ω. Velkou nevýhodou těchto snímačů je značná nelinearita.
o
Obrázek 2-5 Zapojení snímače teploty 10
Měření teploty by bylo vhodné lineárního výstupu napětí snímače. Na obrázku je vidět že charakteristika je nelineární, ale v některých částech je charakteristika téměř lineární toho jsem využil při převodu napětí na teplotu.
Závislost odporu na teplotě
50
Odpor [kΩ]
40 30 20 10 0 -50
0
50
100
Teplota [oC] Obrázek 2-6 Graf závislosti odporu na teplotě pro K164NK001
2.4 Vlhkost vzduchu Vlhkost vzduchu se vyjadřuje v procentech udávajících, jakou měrou je vzduch nasycen vodními parami. Relativní vlhkost 100% tedy vyjadřuje, že vzduch je vodní parou nasycen zcela a další dodávání vodní páry by vedlo ke kondenzaci. Množství páry ve vzduchu je omezeno určitou mezí závislou na teplotě.
Pro měření vlhkosti vzduchu můžeme použít principy: •
Kapacitní metodou
•
Odporovou
2.4.1 Lithiumchloridový hydrometr s kapalným elektrolytem
Na nevodivé trubičce je nasazena tkanina obsahující dvojici drátkových elektrod rovnoběžně navinutých. Tkanina je napuštěna vodným roztokem LiCl, elektrody jsou
11
připojeny ke zdroji střídavého proudu, který svým průchodem elektrolyt zahřívá. Zvýšením teploty se odpařuje voda z elektrolytu, čímž se zmenší jeho vodivost, klesá proud a tím i teplota. Při poklesu teploty elektrolytu dochází naopak k absorpci vodní páry, zvyšuje se vodivost a se zvětšováním proudu roste opět teplota. Rovnovážný stav obsahu vody v elektrolytu závisí na teplotě elektrolytu, která je pak funkcí parciálního tlaku vodních par v okolním vzduchu. Teplota se měří čidlem zasunutým v trubičce, přístroj z ní vyhodnotí vlhkost.
2.4.2 Kapacitní hydrometr
Je postaven na principu kondenzátoru s dielektrikem z polymeru, který má hygroskopické vlastnosti. Jedna z elektrod je provedená tak, že umožňuje vodním parám z okolního vzduchu difundovat do polymeru. Polymer absorpcí vody mění své dielektrické vlastnosti, tím se mění i kapacita kondenzátoru, ze které se vyhodnotí vlhkost.
Čidla na principu hygrometru s tuhým elektrolytem nebo kapacitního hygrometru používá většina běžných elektronických přístrojů pro měření vlhkosti vzduchu, přístroje zároveň měří i teplotu vzduchu, někdy bývají kombinované i s měřením dalších veličin.
2.4.3 Snímač vlhkosti s lineárním napěťovým výstupem HIH-4000 001
Zvolil jsem snímač vlhkosti od firmy Honeywell. Snímač je možné použít v prostředích s pomalou změnou relativní vlhkosti. Snímač je schopen zaznamenávat změny rychlosti 1/15Hz tj. změny po 15 s. Snímač je schopen pracovat v rozsahu teplot - 40 až 85 oC . Rozsah měřených hodnot je 0 až 100 % RH. Výstupem ze snímače je stejnosměrné napětí v rozmezí 0,8 – 3,8 V. Výhodou tohoto snímače je nízký odběr proudu 500 µA. Pro spávnou funkci snímače je požadováno napájecí napětí o velikosti 4,0 až 5,8V.
Obrázek 2-7 Snímač vlhkosti HIH -4000 001
12
Závislost napětí na relativní vlhkosti pro HIH-400 001
4 3,5
Napětí [V]
3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0
20
40
60
80
100
Relativní vlhkost [%] RH Obrázek 2-8 2 Graf závislosti napětí na vlhkosti pro HIH -400 400 001
2.5 LCD Displej z tekutých krystalů krystal z toho je odvozena zkratka LCD z anglických slov Liquid crystal display.. Jeho hlavními výhodami jsou tloušťka, tlouš nenáročnost čnost na energii a široké širok možnosti použití. Každý pixel LCD displeje se skládá z molekul tekutých krystalů krystalů uložených mezi dvěma dv průhlednými elektrodami a dvěma polarizačními filtry, osy polarizace jsou na sebe kolmé. Bez krystalů mezi filtry by bylo světlo sv procházející jedním filtrem trem blokováno filtrem druhým. Molekuly tekutých krystalů jsou bez elektrického proudu v chaotickém stavu. Elektrický proud způsobí, sobí, že se molekuly srovnají s mikroskopickými drážkami na elektrodách. Drážky na elektrodách jsou vzájemně vzájemn kolmé, takže molekuly se srovnají vnají do spirálové struktury. struktury Světlo tlo procházející filtrem je při p průchodu chodu tekutým krystalem rotováno, což mu umožňuje umož projít i druhým filtrem. 1. Svislý filtrový film 2. Skleněná ná podložka s ITO elektrodami 3. Zakroucené tekuté krystaly 4. Skleněná ná podložka podložk elektrodou
s
5. Vodorovný filtrový film
obyčejnou
k
umožňující průchod ůchod světla sv skrz
Obrázek 2-9 Struktura LCD displeje [12]
13
bloku
Každý displej má v sobě integrovaný obvod - řadič, který ovládá celý displej a komunikuje s okolím. Standartem se stal řadič HD44780 od firmy HITACHI většina firem požívají tento řadič nebo jemu ekvivalentní. Pro dosažení plné kompatibility displeje, je zapojení přívodního konektoru stejné. 2.5.1 LCD MC16021E8-SYL
Obrázek 2-10 LCD MC16021E8-SYL [14]
MC16021E8-SYL je 2 řádkový alfanumerický LCD modul, který v každém řádku zobrazí až 16 znaků. LCD je podsvícené je tudíž dobře čitelný i za horších světelných podmínek. Podrobnou specifikaci lze najít v datasheets [20]. Po zapnutí procesoru a displeje je nutné provést základní inicializaci displeje. Pro komunikaci s modulem jsem zvolil 4 bitový mód z důvodu úspory vývodů na microcontrolleru.
Obrázek 2-11 Schéma vývodů LCD
14
Tabulka 2-1 Rozložení vývodů pro LCD
Číslo vývodu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Označení Vss Vdd V0 RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 LED+ LED-
Popis GND Napájecí napětí +5V Nastavení kontrast 0V-5V Výběr registru (0=instrukce,1= data) Zápis/čtení (0=zápis 1=čtení) Aktivace při (1,hrana přechodu z 1do 0) Datové vodiče pro 8 bitovou komunikaci. Při 4 bitové komunikaci uzemněny.
Datové vodiče pro 4 nebo 8 bitovou komunikaci + vodič DB je použit jako BF
Napájení podsvícení 4,2V - 5V GND
Při 4 bitové komunikaci se data odesílají postupně každý byt ve dvou po sobě jdoucích krocích. Nejdříve se odesílají bity 7 – 4, po přijmutí potvrzení o ukončení práce řadiče BF (busy flag) lze odeslat bity 3 – 0. Komunikaci můžeme rozdělit na zápis do LCD, čtení z LCD a odesílání instrukce. Pro rozlišení zda jsou odesílána data nebo instrukce slouží vodič RS (registr select), instrukce jsou označeny logickou 0 a data logickou 1. U dat dále rozlišujeme zápis nebo čtení opět se jedná o stav na vodiči R/W ( read/ writhe). Zápis je označen logickou 0 a čtení logickou 1. Zapisovat i číst lze ze dvou částí paměti a to do CG RAM paměť ve které jsou uloženy znaky pro zobrazení na display, lze do této paměti také uložit vlastní znaky například znaky s diakritikou pro tyto znaky je jsou vymezeny adresy paměti v rozsahu 00h až 08h. Paměť DD RAM je paměť jednotlivých buněk display, které jsou zobrazeny.
Tabulka 2-2 Adresy pozic zobrazených na LCD
Sloupec 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1řádek
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
0A
0B
0C
0D
0E
0F
2řádek
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
4A
4B
4C
4D
4E
4F
15
2.5.2 Inicializace řadiče HD44780 pro 4 bitovou komunikaci
Před první zobrazení po zapnutí napájení je třeba řadič nastavit. Pro komunikaci používám pouze 4 datové vodiče + vodiče pro nastavení registrů RS volbu zápisu nebo čtení R/W a vodič pro povolení čtení E. Při inicializaci se nastavuje počat řádků v mém případě 2 řádky, velikost znaku 5x8 bodů, směr posunu kurzoru a blikání kurzoru. V tabulce 2-3 jsou vypsány jednotlivé instrukce. Tabulka 2-3 Inicializace řadiče LCD 4bitová komunikace
Instrukce
Popis Zapnutí napájení Čekat 15 ms po náběhu napájení nad 4,5 V
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
0
0
0
0
1
1
BF nelze testovat čekání 4,1 ms (nastavena 8bit komunikace)
0
0
0
0
1
1
BF nelze testovat čekání 100 µs (nastavena 8bit komunikace)
0
0
0
0
1
1
BF nelze testovat čekání 100 µs (nastavena 8bit komunikace) Po provedení následující instrukce lze BF testovat
0
0
0
0
1
DL
Nastavení délky sběrnice
0
0
N
F
*
*
Počet řádků, velikost znaku
0
0
0
0
0
0
Display, kurzor, blikání vypnuto.
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
Vymaže display a nastaví kurzor na první pozici
Nastavení módu vstupu dat
Konec Inicializace
Vysvětlivky k tabulce: D3-D0 trvale připojeny na zem. DL – délka sběrnice 0 – 4 bitová * - nezáleží na vstupu N – počet řádků 1 = 2 řádky F – velikost znaku 0 = 5x8 znaků
16
I/D – zvyšování = 1 S – posun display 0 = vypnut 2.5.3 Instrukce řadiče HD44780 pro 4 bitovou komunikaci
Při komunikaci s řadičem můžeme pomocí instrukcí nastavit různé vlastnosti a chování display, ale také vymazat znaky a podobně. V tabulce 2-4 jsou uvedeny základní instrukce. Tabulka 2-4 Instrukce pro řadič LCD 4bitová komunikace
Instrukce
RS
R/W D7
D6
D5
D4
Popis
Smazat
0
0
0
0
0
0
Smaže
0
0
0
0
0
1
na 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
s
0
0
0
0
0
1
0
0
S/C
R/L
*
*
Nastavení adresy CGRAM
0
0
0
1
0
0
CGRAM Adresa
Nastavení adresy DDRAM
0
0
1
0
0
DDRAM adresa
Zápis dat do
1
0
Zapisovaná data
1
0
Čtení dat z 1
0
display Návrat pozici 0 Nastavení módu Posun kurzoru display
paměti
paměti Test na příznak BF
1
0
1
1
1
1
LCD
a
nastaví
adresu
DDRAM na 00h Posune display do původní pozice, nastaví kurzor a DDRAM na 00h Směr
pohybu
kurzoru,
posun
display Pohyb kurzoru a posun display bez změny obsahu DDRAM Nastaví adresu CGRAM data jsou přenesena na tuto adresu Nastaví adresu DDRAM data jsou přenesena na tuto adresu Zapíše data do paměti CGRAM nebo DDRAM
Čtená data
Přečte data z paměti CGRAM nebo DDRAM
BF
Čte příznak BF, zda řadič je již připraven přijmout nebo odeslat data
17
2.6 Universal Serial Bus Universal Serial Bus neboli USB je standardem sběrnice pro připojování a komunikaci s počítačem. Dříve byl standart USB používán pouze pro připojování periferii k počítači. V dnešní době se standart USB používá k připojování různých zařízení v domácnosti, jako jsou digitální fotoaparáty, kamery, herní konzole a další. V dnešní době je nejpoužívanějším standardem USB 2.0, které je zpětně kompatibilní se standardem USB 1.1 a USB 1.0. Standard USB 2.0 využívá pro svou funkci 2 datových a dvou vodičů pro napájení připojených zařízení. Dva nejběžnější typy konektorů USB 2.0 jsou na obrázku 2-12. Novou verzí protokolu je USB 3.0, u kterého se desetinásobně zvýšila rychlost oproti USB 2.0. Navíc u tohoto standardu přibyli další dva páry datových vodičů, pro každý pár navíc přibyl i jeden zemnící kabel.
2 1
2
3
4
3
1234-
5V DATADATA+ GND
1
4
červená bíla zelená černá
Obrázek 2-12 Konektory USB v levo typ A a typ B v pravo barvy označují typickou barvu vodiče
Standart byl vytvořen tak, aby nebylo nutné při připojení k PC restartovat. Další výhodou standartu je možnost napájení zařízení přímo ze sběrnice a to napětím 5V a maximálním proudem 100 mA. Na jednu sběrnici můžeme připojit až 127 zařízení. Rád bych upozornil, že podrobný popis komunikace po sběrnici USB by vydal na samostatnou práci, účelem této práce není popisovat tuto problematiku. Pro komunikaci je důležité, aby USB host počítač dokázal rozlišit, s kterým zařízením na sběrnici právě komunikuje. Po připojení zařízení ke sběrnici zahájí USB host proces zvaný enumerace. Na obrázku 2-13 je zobrazen zjednodušený příklad enumerace.
18
USB reset
Vyžádání deskriptoru zařízení – malá část
USB reset
Nastavení unikátní adresy zařízení
Vyžádání deskriptoru zařízení – celá informace
Vyžádání deskriptoru konfigurací
Nastavení požadovaných konfigurací
Obrázek 2-13 Příklad průběhu enumerace
Zařízení nemůže oslovit USB hosta s požadavkem na data, pouze USB host může po zařízení požadovat data. Přenos dat probíhá na sběrnici po rámcích (frame), které mají přesně definovanou délku 1 ms. Uvnitř jednoho rámce můžou být data pro více jak jedno zařízení a to i pro zařízení s plnou rychlostí i pomalejší zařízení. Časový průběh přenosu řídí vždy USB host. Zařízení typu slave se musí synchronizovat s datovým tokem. K tomu se používá metoda NRZI (Non – Return – To Zero). Jedná se o způsob kódování signálu v tomto případě se odesílá nula je hladina změněna pokud byla předešlá hodnota 1 následující bude 0 a naopak. Jednička znamená ponechání na současné hodnotě. Toto kódování probíhá na hardwarové úrovni, přijímač i vysílač jsou v jednom bloku. Data jsou v každém rámci dělena dále na pakety. Jednotlivé pakety ty můžou mít délku až 256 bajtů. Pro lepší synchronizaci je na začátku každého paketu odeslán synchronizační bajt (00000001b).
19
2.7 Paměť Pro ukládání naměřených je zapotřebí paměť. Je několik možných řešení jakou paměť zvolit. Rozdělit je můžeme například podle způsobu ukládání dat, jejich uchování po odpojení napájí atd. Dělení pamětí: Podle činnosti: •
statické – data zůstávají v paměti i bez obnovování.
•
dynamické – data se v pravidelných cyklech musí obnovovat, náročnější požadavky na řídící elektroniku, ale nižší cena paměti
Podle závislosti na napájení: •
volventní(závislé na napájecím napětí) – po odpojení napájení se data ztratí
•
nevolventní(nezávislé na napájecím napětí) – data se po odpojení napájecího napětí uchovávají dlouhou dobu
Na trhu je mnoho druhů pamětí například EPROM , EEPROM, Flash a další. Pro realizaci zařízení bude vhodné uvažovat o pamětech nevolventních. z důvodu uchování dat. 2.7.1 Flash paměť
Jde o paměť statickou nevolventní, data se v paměti dají měnit a to i bez speciálního programátoru. Flash paměť se v dnešní době nejvíce využívá v paměťových kartách jejich cena jejich příznivá. Compakt Flash(CF) Jde o záznamovou kartu, která užívá k uchování dat paměť typu flash(NOR), její kapacita se v dnešní době dosahuje kapacity až 64 GB. Není výjimkou podpora Ultra DMA6. Karta je postavena na rozhraní IDE. CF se připojuje pomocí 50 pinů pro požití je tedy nevhodná microcontroller má pouze 44 vývodů a některé jsou použity na napájení a jiné funkce. Její velkou výhodou je přenosová rychlost, která se dostává až k 40 MBytes/s pro čtení i zápis.
20
. Obrázek 2-14 CF karta
MemoryStick Vyrábí se v několika provedeních Memory Stick Select, Memory Stick Pro, Memory Stick Duo, Memory Stick Micro. Tyto karty vyvinula společnost Sony a dosahují kapacit až 16 GB. MultiMediaCard(MMC) Je paměť typu flash. Je založena na patentu firmy Toshiba, paměť tymu NAND. Původní paměť využívá ke komunikaci 1 bitové sériové rozhraní SPI v dnešní době se můžeme setkat i s pamětmi MMC, které využívají 4 – 8 bitové sériové rozhraní. V některých případech jsou paměťové katry kompatibilní s paměťovými kartami SD (popsány níže). V dnešní době se od používání těchto karet ustupuje. Dosahují kapacit 8GB.Připojují se pomocí 9 pinů.
SPI komunikace
Jedno čipový řadič
data In/OUT řídící signál
Paměťové pole
Obrázek 2-15 Struktura MMC karty
21
Secure Data (SD) Nejrozšířenější druh paměťových karet. Vyrábějí se v několika velikostech označují se SD (32 × 23 × 2,1 mm) ,miniSD (20,0 × 21,5 × 1,4 mm), microSD (11,0 × 15,0 × 1,0 mm ).Konstrukčně je založena podobně jako MMC karty na paměti flash. Karta má na straně přepínač pro uzamknutí zápisu na kartu. SD karty jsou omezeny na kapacitu 2GB větších kapacit dosahují SDHC (SD 2.0) teoretická maximální kapacita je 2048GB dnes se prodávají SDHC karty o kapacitě 32GB.
Obrázek 2-16SDHC karta
Kompatibilita SD a SDHC Ve starších zařízení konstruovaných pro SD karty nelze použit SDHC karty. U zařízení která podporují SDHC je zajištěna zpětná kompatibilita SD karet.
Obrázek 2-17 Kompatibilita SD a SDHC karet
22
Struktura SD karty Hardwer SD karty je zobrazen na obrázku 2.22. Zde si můžeme, prohlédnou strukturu SD karty a uspořádání registru a přístupu do paměti. Popis jednotlivých registrů je uveden v tabulce 2-5.
Obrázek 2-18 Struktura SD karty
Tabulka 2-5 Seznam v význam registrů SD karty
Název registru OCR
Popis
Délka bit Operation Conditional Register –ukládá VDD napětí 128 karty. 30 bit – Card Capacity Status: 1 High Capacity SD Memory Card 0 Standard Capacity SD Memory Card
CID
RCA
Card IDentification registr –obsahuje identifikační 128 informace:jméno výrobku, datum výroby , identifikace výrobce.
Relative Card Address – nastavení adresy karty - není přístupný v SPI módu.
23
16
DSR
Drive Stage Registr – ovládací stupeň registrů
CSD
Card Specific Data - poskytuje informace týkající se
16 128
přístupu do obsahu karty. Definuje: formát dat, maximální přístupový čas k datům atd. SCR
SD Configuration Registr – registr je nastavený při výrobě.
SSR CSR
64 512
SD Status registr Caed status – informace o stavu karty
32
Paměťová karta typu SD by byla zajímavou možností pro uchování dat. Po prostudování možností a způsobu komunikace karty a způsobu ukládání dat pro jednoduché otevření v PC jsem došel k názoru, že psát program pro tuto komunikaci by bylo značně časově náročné a dosti složité pro assembler. 2.7.2 EPROM
Paměť se používá pro uchování dat, její velkou výhodou i nevýhodou je že data se nedají mazat elektricky. Je vhodná pro uchovávání firmwaru zařízení například BIOS osobního počítače. Paměť se dá smazat pouze UV zářením. Pro uchování měřených dat je nevhodná 2.7.3 EEPROM
Jde vlastně o paměť EPROM, kterou lze mazat elektricky většinou nějakým příkazem. Paměti EEPROM lze rozdělit dle způsobu připojení k mikroprocesoru na paralelní a sériové. Paralelní EEPROM mají větší kapacitu paměti (běžně od 2kB do 64kB), jsou vhodné pro uložení programu, z hlediska počtu vývodů jsou zaměnitelné za paměti EPROM (28pinové). Pro komunikaci s mikroprocesorem vyžadují vnější paralelní sběrnici (min. dva porty P0 a P2). Sériové EEPROM mají kapacitu až 32kB, jsou tedy vhodné spíše pro uchování parametrů. Protože ke komunikaci s mikroprocesorem potřebují jen dva až tři signálové vodiče, bývají vyráběny v pouzdrech s 8 vývody. U sériových EEPROM se adresa a data posílají z nebo do obvodu bit po bitu, pokud chceme microkontrollerem z paměti číst nebo zapisovat, musíme vyslat daný příkaz, adresu a samotná data obvykle nějakým standardním sériovým komunikačním protokolem například MicroWire, I2C, SPI. V závislosti na použité sběrnici může být propojení mikroprocesoru s pamětí dvouvodičové (I2C) nebo třívodičové (MicroWire). Takováto komunikaci je časově i co do programové obsluhy náročnější než při použití paralelní EEPROM. Sériové EEPROM jsou ale oproti paralelním o hodně levnější a zabírají méně vývodů microcontrolleru.
24
2.8 Komunikační protokol I2C Jde o dvou vodičovy komunikační protokol vyvinutý firmou Phillips. Pro komutaci jsou možné dva mód rychlý mód do 400kb/s a pomalý do 100kb/s.Na sběrnici komunikuje jen jedno zařízení master a více zařízen slave. Každé zařízení má svou adresu, pokud chce master komunikovat s nějakým zařízením na sběrnici vyšle nejdříve adresu zařízení, které chce oslovit, všechna zařízení poslouchají, pouze zařízení které rozpoznalo svou adresu, vyšle potvrzení pomoci signálu ACK. V této adrese je vyhrazen takej jeden bit R/W pro informaci zda bude zařízení vysílat nebo přijímat. Data a hodinový signál jsou vedeny po vodičích SDA a SCL.
Každá komunikace na sběrnici je uvozena START sekvencí následuje adresa zařízení slave, po odeslání adresy master čeká na potvrzení bitem ACK, nasleduje přenos dat ze zařízení slave do master nebo naopak podle požadavku v adrese.
PORT1
SCL
PORT2
SDA
MASTER
SLAVE
Obrázek 2-19 zjednodušené schéma I2C
2.8.1 EEPROM paměť 24C64A
Jde o pamět typu EEPROM vyrobenou firmou ATMEL paměť komunikuje s okolím pomocí dvou vodičové sběrnice I2C. Výhodou je široké pracovní napětí od 1,8-5,5V. Podle specifikace výrobce by měla data vydržet uložená bez obnovy 100 let a zaručený počet přepsání je 1 milionkrát. Na sběrnici I2C musí mít každé zařízení svoji adresu u této paměti se určuje adresa mocí zapojení vývodů A1, A2 a A3.Komunikace po sběrnici I2C je popsána níže.
25
A0
1
8
Vcc
A1
2
7
WP
A2
3
6
SCL
GND
4
5
SDA
A0,A1,A2 – Adresovací piny SCL – Hodiny sériového přenosu SDA – Vstup sériových dat GND – Zem Vcc – Napájení WP – Povolení zápisu
Obrázek 2-20 Pouzdro a rozmístění vývodu paměti 24C64A
2.9 Programování PIC 18F4450 K naprogramování microcontrolleru je třeba dvou částí programovacího zařízení jednou je hardwarová část a softwarová. Nejdříve bych se rád věnoval hardwarové části a dále bych popsal softwarovou výbavu. 2.9.1 Programátor PICkitTM2
Jedná se o cenově dostupný programátor microcontrollerů PIC vyrobený firmou Microchip. Programátor se připojuje ke sběrnici USB.
1
4 2 3
1 – Programovací konektor 2 – Stavové diody 3 – Tlačítko 4 – USB konektor Obrázek 2-21 Programáto PICkit 2
26
Pro připojení programátoru slouží konektor 1, který má 6 vývodů z toho je použit jeden pin použit pro vyvedení programovacího napětí VPP velikosti přibližně 13 V, další dva konektory jsou použity pro napájení VDD přivedeno 5V a VSS zem, 2 piny jsou využity pro přenos dat ICSPDAT přenos dat a ICSPCLK k synchronizaci poslední vývod je neobsazen. 2.9.2 Software MPLAB IDE
Softwarový prostředkem je vývojové prostředí MPLAB IDE ve verzi 8.43. Pracovní obrazovka je na obrázku 2-22. Uživatelské rozhraní je intuitivně složeno na jeho ovládání se dá rychle naučit. V tomto prostředí máme jednoduchý přístup ke všem souborům projektu. MPLAB IDE obsahuje plně vybavený debugger. Další možností je zobrazit obsah jednotlivých registrů, obsazení paměti nebo například obsah, kterékoliv adresy paměti. Toto vývojové prostředí zvládne do sebe integrovat další součásti jako například kompilátor jazyka C, které jsou pak dostupné přímo z nabídky MPLAB IDE. Vývojové prostředí MPLAB IDE je volně ke stažení na oficiálních stránkách firmy Microchip.
Obrázek 2-22 Pracovní plocha MPLAB IDE V8.43
Pro psaní zdrojového kódu máme dvě možnosti buď psát v assembleru nebo zvolit vyšší programovací jazyk C. Pro psaní jsem zvolil assembler ze začátku se mi zdálo jako jednoduší cesta k úspěšnému zprovoznění zařízení. Bohužel jsem pozdě zjistil, že nastudovat a zprovoznit komunikaci po sběrnici USB v jazyce assembler bude nad mé časové možnosti. Firma Microchip nedodává ke svým microcontrollerum žádné knihovny ani jiná řešení pro
27
sběrnici USB v assembleru. S jazykem C pro microcontrollery nemám žádné zkušenosti a vzhledem k tomu, že úspěšné zprovoznění sběrnice je důležité zcela pochopit knihovny firmwaru a následně je i upravit pro správnou funkci, jsem tuto část zařízení zatím nezprovoznil. V prostředí MPLAB IDE je v základu integrován prostředek MPASM který slouží pro psaní kódu a assembleru. Samozřejmou funkcí tohoto nástroje je zvýraznění zvýraznění klíčových slov. Pro vytváření kódu v jazyce C jsou určeny nástroje MPLINK a MCC18. MCC18 je kompilátor jazyka C pro rodinu microcontrolleru PIC 18 8-bitových MCU. Je aplikace pro MS Windows, která může být integrována přímo do prostředí MPLAB IDE nebo může běžet samostatně. Pokud je implementována do MPLAB IDE jsou všechny nabídky i přepínače dostupné přímo z menu.
28
3 Popis firmwaru V další části bych rád popsal funkce, které jsem vytvořil a požil ve firmwaru. Začal bych funkcemi pro ovládání LCD. Po připojení napájení je třeba zaslat na LCD příkazy pro inicializaci k tomu slouží funkce LCDINIT stačí ji použit pouze na začátku programu. Dalším užitečným příkazem je LCDPUTCMD slouží k odeslání příkazu například změna adresy smazání, LCD a další. Příkaz pro tuto funkci musí být před použitím uložen do registru W. Posledním příkazem, který slouží k o vládání LCD je LCDPUTCHAR odešle znak uložený v registru W na aktuální adresu v paměti v LCD. Pro provedení těchto příkazů jsem musel dále napsat několik funkcí, které slouží jako pomocné. Mezi tyto funkce patří například LCDBUSY tato funkce zjišťuje, zda je řadič LCD připraven přijmout další data. Poslední funkcí je Zapis_w ta vypíše obsah registru W na PORTD. Čekací smyčky jsou použity ve více částech programu. První čekací smyčkou je DELAY500 doba trvání je 500µs. Druhá smyčka se jmenuje X_ DELAY500 jedná se o proměnou smyčku je řízena hodnotou uloženou v registru W. Její čas je řízen tedy obsahem registru W, tedy hodnota registru W krát 500ms. Funkce zjištění hodnot napětí na jednotlivých snímačích jsou TEPLOTA1 až TELPOTA4 jedná se o externí (snímače které se budou připojovat) a dále TEPLOTAOUT a VLHKOST. Všechny tyto funkce vrací hodnotu, která se má zobrazit na display a také v pravidelných intervalech uložit do paměti. Tyto hodnoty se ukládají do dočasně do registrů TMP_T1 až TMP_T2 a také TMP_Tout a TMP_H. Pro teploty používám pouze 7 bitovou hodnotu a 8 bit slouží k uložení znaménka. Pro vlhkost není třeba, může nabýt pouze plusových hodnot. Dále jsou tu funkce pro detekci vadných snímačů ERH pro chybu snímače vlhkosti a ERT pro chybu snímače teploty. Pro obsluhu paměti EEPROM je sběrnice I2C. Na začátku každé komunikace musí být sekvence START ta je řešena funkcí IC2START. Pro další komunikaci si vystačíme s dalšími třemi funkcemi a to jsou I2CWRITE sloužící pro zápis registru W na sběrnici, funkcí I2CREAD která čte data z paměti, funkcí I2CSTOP vysílá stop sekvenci a nakonec I2CACK testuje, zda přenos proběhl a můžeme přenášet další data. Funkce, které jsem dosud neuvedl a použil je ve firmwaru jsem většinou funkce pro převod mezi číselnými soustavami nebo pomocné výpočty. Nepovažuji za nutné je zde zmiňovat, jsou popsány ve firmwaru na přiloženém CD poznámkami.
29
4 Závěr Svou bakalářskou práci jsem psal takovým způsobem, abych v ní popsal všechna důležitá data, principy a postupy při vývoji tohoto zařízení. Při návrhu zařízení jsem vycházel z dat, která jsem našel v technické dokumentaci k jednotlivým součástkám. Cílem práce bylo, navrhnou a zrealizovat zařízení pro sledování zrání a tuhnutí betou, tento cíl se mi nepovedlo zcela splnit. Zařízení jsem navrhl, vytvořil jsem dokumentaci pro jeho výrobu. Zařízení jsem ale nezrealizoval do podoby vhodné ke každodennímu použití, zařízení jsem pouze otestoval na nepájivém poli. Kde pracovalo bez jakéhokoliv problému, správně reagovalo na stisky tlačítek, na LCD zobrazovalo správné hodnoty a data ukládal v pravidelných intervalech do paměti. Jedinou nefunkční částí byla komunikace po sběrnici USB, důvody tohoto neúspěchu jsem popsal v práci v kapitole 2.9.2. Zařízení jsem nerealizoval na desku plošných spojů pro cenu výroby desky. Myslím, že realizace zařízení, které ještě není zcela funkční by byla zbytečná investice. Zařízení bych ovšem v budoucnu rád zrealizoval, rad bych se pokusil napsat firmware pomocí jazyka C a zprovoznil i poslední část zařízení, která ještě není funkční. Abych to zvládl, musím nastudovat jazyk C a dosáhnou dostatečné znalosti syntaxe pro psaní firmou v tomto jazyce. V přílohách je výkresová dokumentace pro zařízení, v příloze A je zobrazeno úplné schéma zařízení, příloha B je věnována seznamu součástek a příloha C je návrh desky plošných spojů. Na přiloženém CD je zapsán firmware pro zařízení, je také přiložena elektronická verze této práce a všechny elektronické texty které jsem při psaní této práce použil.
30
5 Použitá literatura [1]Milan HENKL,2003, VÝSTAVBA POČÍTAČŮ,Olomouc Skripta pro Vyšší odborné Školy a střední průmyslové školy [2] FUTURLECBoard tips PIC 18F4550 [cit. http://www.futurlec.com/PIC18F4550_Board_Tips.shtml [2]
µ[MICRO]ELECRONIC
INFO
[cit.
2010-8-3]
2010-8-3]
dostupné
dostupné
z WWW:
z WWW:
http://www.sixca.com/eng/articles/usbstepping/ [3] MICROCHIP Data Sheet PIC18F2455/2550/4455/4550 [cit. 2010-12-3] dostupné z WWW: http://www.create.ucsb.edu/~dano/CUI/PIC18F4550datasheet.pdf [4] PIC18FXXX Hands On Workshop [cit. 2008-10-3] dostupné z WWW: http://www.microchipc.com/conference/PIC18Fxxx_comprehensive_tutorial_containing_7M b_of_info.pdf [5]EE PRODUCT CENTER [cit. 2010-14-3] dostupné http://www.eeproductcenter.com/showArticle.jhtml?articleID=196513572
z WWW:
[6]MĚŘENÍ A REGULACE TEPLOTY ATERM [cit. 2010-20-3] dostupné z WWW: http://www.aterm.cz/Teperm.htm [7]prof. Dr. RNDr. LUBOMÍR SMUTNÝ 2007 Snímače teploty – současný stav a směry vývoje [cit. 2010-20-3] dostupné z WWW: http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=34041 [8]Wikipedia – ELEKTRICKÝ ODPOR [cit. 2010-25-3] dostupné z WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Elektrick%C3%BD_odpor#Teplotn.C3.AD_z.C3.A1vislost [9]Data sheet – Humidity Sensor HIH-4000 – 001 [cit. 2010-25-3] dostupné z WWW: [http://www.nearsys.com/catalog/sensor/hih4000.pdf] [10]Ing. Luděk Mareš 2006, Vlhkost vzduchu a její měření [cit. 2010-4-4] dostupné z WWW: http://vetrani.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=3137 [11] Jiří Hrbáček – Komunikace mikrokontroleru s okolím - 1.díl, 1 - vydání Praha 1999 1 ISBN 80-86056-36-8 nakladatelství BEN [cit. 2009-11-8] [12]Wikipedia - Liquid crystal http://en.wikipedia.org/wiki/LCD
display
[13]ZNAKOVÉ LCD DISPLEJE http://www.cmail.cz/doveda/lcd/
[cit.
31
[cit.
2009-11-8]
2009-11-8]
dostupné
dostupné
z WWW:
z WWW:
[14]Data sheet LCDMC16021E8-SYL [cit. 2009-11-8] dostupné z WWW: http://www.farnell.com/datasheets/76745.pdf [15]about,com – Liquid Crystal Display – LCD [cit. 2009-11-12] dostupné z WWW: http://inventors.about.com/od/lstartinventions/a/LCD.htm [16]Sharp- Liquid Crystal Display Technology [cit. 2010-12-3] dostupné z WWW: http://sharp-world.com/kameyama/tech/lcd/develop/index.html [17] Data Sheet MC33269 ON SEMICONDUCTOR [cit. 2010-12-3] dostupné z WWW: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/on_semiconductor/MC33269-D.PDF [18] SD Association [cit. 2010-12-3] dostupné z WWW: http://www.sdcard.org/home [19]SEMICONDUKTOR DATA SHEET KA78XX/KA78XXA 3-Terminal 1A Positive Voltage Regulator [cit. 2010-12-3] dostupné z WWW: http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/228/390068_DS.pdf
32
6 Seznam zkratek A-L jednotka I2C USB ČSN SCK TS MSB LSB LCD CRC PDA DMA6 IDE MMC SD SDHC SPI
aritmeticko-logická jednotka Inter Integrated Circuit Universal Serial Bus Označení českýc technických norem Hodinový inpulz Transmission start Most Significant Byte Least Significant Byte Liquid Crystal Display Cyclic redundancy check Personal digital assistant Protokol pro přímý přístup do paměti Integrated Drive Electronics Multi Media Card Secure Data Secure Digital High Capacity Serial Peripheral Interface
33
7
Seznam příloh A Schéma zapojení B Seznam součástek C Deska plošných spojů D CD se zdrojovým kódem a literaturou
34
ABSTRAKT: Tato práce popisuje postup návrhu zařízení pro měření a záznam teploty a relativní vlhkosti ke sledování zrání betonových směsí. Jsou zde popsány jednotlivé části zařízení. Komunikace microcontrolleru s okolními zařízeními pomocí komunikačních protokolů.
ABSTRACT: This work describes procedure of device proopsal for metering and temperature and relative humidity record intended for watching concrete mix ripen. There are described apportionable part sof device. Communication between microcontroller with the others parts works by means of communication protocol.
PROHLÁŠENÍ: Prohlašuji, že svou bakalářskou práci na téma Víceúčelové vyhodnocovací zařízení pro sledování zrání betonových směsí jsem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího bakalářské práce a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autor uvedené bakalářské práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této bakalářské práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb.“
V Přerově dne 1. června 2010
…………………………… Podpis autora
PODĚKOVÁNÍ: Děkuji vedoucímu diplomové práce Ing. Pavel Šteffan, Ph.D. za účinnou metodiku, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování mého semestrálního projektu.
V Přerově dne 1. června 2010
………………………….. podpis autora
Příloha A
Příloha B C1 C2 C3 C4 C5 IC1 IC2 IC3 J1 Q1 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 S1 S2 S3 U$1
100pF 27pF 27pF 0.33uF 0.1uF PIC18F4455 24C64A 7805H 6pinový konektor 4Mhz Krystal NTC 1kΩ 1kΩ 1kΩ 1k Ω 33kΩ 33k Ω 33k Ω 4,7k Ω 10kΩ 10k Ω 1k Ω 4,7kΩ 33kΩ 33kΩ Mikro tlačítko Mikro tlačítko Mikro tlačítko HIH-4000
Příloha C Návrh desky plošných spojů Strana součástek (Top)
Strana spojů (Botton)
