СИСТЕМА СИГНАЛИЗИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА В БАНЕ НА ОСНОВЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ATMEL ATMEGA328P

В современном мире люди все чаще используют различные электронные устройства и средства для облегчения и улучшения своей жизни. Большую популярность все стремительнее приобретают микроконтроллеры. Этому способствует целый ряд причин, во-первых, данные устройства имеют небольшую стоимость, во-вторых, многие производители представляют конечному пользователю собственные среды разработки программ для контроллеров, то есть сам процесс программирования не всегда требует глубоких познаний языков программирования. На этом ряд достоинств не прекращается, но все они становятся очевидными при работе с данными устройствами.

В настоящее время многие радиолюбители увлекаются платформой Arduino или аналогичными изделиями. Программировать данные контроллеры не составляет труда – помогли создатели платформы, существует среда программирования IDE Arduino на основе языков программирования C/C++. Это очень удобное средство для познания принципов работы микроконтроллеров и сфер их применения. Но тем не менее, существуют и некоторые недостатки у данных устройств при применении их в более сложных проектах. Например, может выявиться неэффективность кода, написанного в среде IDE Arduino, тогда следует разрабатывать программы либо на языке С++, либо на языке ассемблера. Также возможным недостатком может быть физический способ соединения самой платы Arduino с устройствами телеметрии – штырьковые соединения не всегда надежны и возможен выход готового устройства из строя. Тем не менее все перечисленные аспекты могут быть решены и в рамках проекта Arduino, но возможен и другой путь. Так, более предпочтительным вариантом создания готового устройства является его проектирование не на базе готовых плат, наподобие Arduino, а непосредственно на основе микроконтроллеров. Ведь по сути – плата Arduino представляет собой микроконтроллер и его обвязку, которая во многих случаях является наглядной, но избыточной.

В рассматриваемом проекте предполагается создание собственной печатной платы для микроконтроллера лишь с необходимой обвязкой. В качестве исходных требований к устройству ставятся следующие:

– возможность работы устройства в условиях бани (условия повышенной влажности и повышенной температуры до 120 °С);

– наличие какого-либо блока для отображения информации (дисплей, светодиодные индикаторы и т. п.);

– контроль и индикация температуры трех объектов – водонагревательная установка (контроль температуры воды, предел измерения 100 °С), комната парной (контроль температуры воздуха, предел измерения 120 °С), окружающая среда – улица (контроль температуры воздуха, предел измерения 50 °С);

– контроль и индикация относительной влажности комнаты парной (предел измерения 100%);

– возможность отображения реального времени и текущей даты:

– питание устройства от нестабильного напряжения величиной 12 В;

– возможность интеграции устройства в перспективный проект автоматизации домашних процессов посредством интерфейса UART.

Для данного проекта выбран микроконтроллер фирмы Atmel, а именно ATMega328P. Данное решение обусловлено невысокой себестоимостью и возможностью его программирования в вышеупомянутой среде IDE Arduino. В качестве температурных датчиков используются цифровые измерители Dallas DS18B20, имеющие широкий диапазон измеряемых температур – от -55 °С до +125 °С и возможность использования герметичного корпуса для измерения температуры воды [1, с. 40]. Измерение влажности производится датчиком DHT 22, имеющим возможность измерения влажности и температуры. Для решения задачи отображения реального времени предполагается использование модуля Dallas DS1307. Нестабильное входное питание преобразуется в стабильное величиной 5 В при помощи интегрального стабилизатора 7805 [2, с. 35]. В качестве устройства отображения информации используется дисплей 16х2. Все вышеуказанные элементы обладают возможностью их использования в заданных условиях, при этом рекомендуется для дисплея использовать герметичный корпус для продления его срока службы, остальные части устройства можно использовать непосредственно, но тем не менее планируется их изоляция в отдельном блоке с наличием вводов/выводов для подключений. Таким образом, устройство делится на несколько блоков:

– блок информирования, представленный дисплеем, подключенным к основному блоку посредством шины I2C, размещен непосредственно в помещении;

– основной блок, представленный микроконтроллером и необходимой ему обвязкой, размещен в чердачном помещении;

– выносные блоки – датчики.

Необходимые элементы данного проекта – схема принципиальная электрическая и блок-схема алгоритма работы программного обеспечения микроконтроллера представлены на рисунках 1 и 2 соответственно.

Изложение программного кода является нецелесообразным, поскольку по представленному алгоритму возможно воспроизведение кода на любом удобном языке программирования. Для данного проекта необходимо изготовление платы, на которой разместятся элементы основного блока. Решение данного вопроса зависит от навыков пользователей, наиболее простым способом является размещение элементов на готовой плате для макетирования и их соединение посредством установки различных перемычек. Однако, наиболее надежным способом является изготовление полноценной печатной платы конкретно под заданную принципиальную схему.

Рисунок 1. Схема электрическая принципиальная

 Рисунок 2. Блок-схема алгоритма работы устройства

Изготовление печатной платы также возможно различными методами, но в быту наиболее распространены следующие – лазерно-утюжное травление и фоторезист. Первый метод проще в использовании, поэтому он и используется в данном проекте. На данный момент, существует множество программных средств для создания и трассировки схем плат по первоначальной принципиальной схеме, таким образом, данный этап требует лишь перенесения представленной на рисунке 1 схемы в любую доступную среду проектирования печатных плат.

Список литературы:

1. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino. СПб.: БХВ-Петербург, 2012. – 256 с.
2. Трамперт, В. AVR-микроконтроллеры. К.: МК-Пресс, 2005. – 276 с.