Организация сопряжения датчиков с аналоговым выходом с ПК И демонстрацией в MATLAB
Сборка и программирование устройства с передачей данных на ПК. Выводы микроконтроллера, используемые модулем UART. Сбор устройства сопряжения датчиков с компьютером на основе UART интерфейса. Лабораторные испытания замены датчика на потенциометр.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.06.2018 |
| Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru//
Размещено на http://www.allbest.ru//
НИ Томский политехнический университет
Организация сопряжения датчиков с аналоговым выходом с ПК И демонстрацией в MATLAB
Черных А.А.
Студент
Аннотация
В данной работе будет описана организация сопряжения датчиков с компьютером. Большая группа датчиков - аналоговые, то есть датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины. Анализ и обработку полученных данных, а также контроль оборудования удобно производить на компьютере. Связь датчиков с ПК целесообразно осуществлять через микроконтроллер по UART интерфейсу с демонстрацией в программе Matlab.
Ключевые слова: микроконтроллер, аналоговый датчик, АЦП, UART интерфейс.
Chernykh A.A.
Student,
Tomsk Polytechnic University
ORGANIZATION OF INTERFACE WITH SENSORS WITH ANALOG OUTPUT AND PERSONAL COMPUTER WITH DEMONSTRATION IN MATLAB
Abstract
This article describes a realization of sensor-computer interface. A large group of sensors are analog, i.e. sensors generating analog signals proportional to the change of input value. Data Analysis and processing as well as device control can be easily performed on a computer. Sensor and computer connection made through microcontroller using UART interface with demonstration in MatLab program.
Keywords: microcontroller, analog sensor, ADC, UART interface.
Введение
За последние годы в связи с заметным уменьшением природных ресурсов, тревожными глобальными изменениями климата и ростом численности населения Земли, роль автоматизации всё больше усиливается, а сферы её применения непрерывно расширяются.
На сегодняшний день практически не существует технических устройств, которые не содержат элементов автоматики - начиная от простых устройств, используемых в быту, и заканчивая сложнейшими промышленными установками.
Практически в каждой автоматической системе присутствуют различные сенсоры. Широко распространены датчики с аналоговым выходом. Для удобства обработки данных, а также для контроля производства с ПК требуется передача данных с установок на главный компьютер. В данной работе реализуется и тестируется один из таких вариантов.
Сборка и программирование устройства с передачей данных на ПК
Для сборки данного устройства была выбрана следующая элементная база: плата с микроконтроллером Atmega 16, макетная плата, резистор 5 Ком, соединительные провода, переходник USB - UART.
Собранная схема устройства представлена на рисунке 1. Потенциометр 5кОм, имитирующий датчик с аналоговым выходом, подключен к порту PA0 микроконтроллера для измерения напряжения.
Программа написана в среде AtmelStudio 6.0 на языке C++. Применялась следующая периферия, встроенная в МК: UART, АЦП, TIMER.
Рис. 1 - Монтаж схемы
Настройки UART
Выводы микроконтроллера, используемые модулем UART, являются линиями порта PD. В качестве входа приемника (RXD) используют вывод РD0, а в качестве выхода передатчика (TXD) - вывод PD1.
Для корректной работы и своевременной передачи данных с МК на ПК необходимо настроить UART в МК. Один из основных регистров - UBRR. Его значение находится по формуле:, где Fck - тактовая частота микроконтроллера, BAUD - скорость передачи данных МК модуля в бодах, 16 - для обычного асинхронного режима (8 - для ускоренного).
Также следует настроить следующие регистры:
UCSRB |= (1 << TXEN) | (1 <<RXEN);
Выставление данных битов в единицы разрешает прием и передачу данных.
Аналого-цифровой преобразователь -- устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код. В данной работе используется 10-битное АЦП.
Основные настройки:
Используется первый канал АЦП, а также в качестве референса - потенциал, поданный на вывод AVCC.
ADMUX = 0x00|(1<<ADLAR)|(1<<REFS0);
Включаем АЦП и запускаем одиночное преобразование, включаем прерывание по окончанию преобразования.
ADCSRA = 0xCD.
Вывод данных на ПК
Для вывода данных была использована математический пакет matlab. В COM - порт передаются данные с МК по интерфейсу UART. Была написана программа на обработку данных, и вывод значений напряжения с потенциометра в виде графика в реальном времени (Рис. 2).
Рис. 2 - График напряжения 0-5В от времени
Заключение
В результате проведенной работы было собрано устройство сопряжения датчиков с компьютером на основе UART интерфейса.
Проведены лабораторные испытания, заменив датчик на потенциометр. Данные были выведены в виде графика от времени через математический пакет Matlab. При доработке ПО и аппаратной части, данное устройство возможно применять с разными датчиками для решения различных задач по анализу и мониторингу процессов в автоматических системах.
микроконтроллер датчик программирование
Литература
Электронная энциклопедия [Электронный ресурс].URL: https://ru.wikipedia.org Режим доступа: свободный (дата обращения: 05.01.2015).
Datasheet на микроконтроллер ATmega16.
Сайт: MathWorks - Центр компетенций [Электронный ресурс]. URL: http://matlab.exponenta.ru/ Режим доступа: свободный (дата обращения: 25.12.2014).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Принцип действия устройства сбора информации на базе микроконтроллера МК51: индикация, "рабочий режим" и передача данных персонального компьютера. Алгоритм начального опроса датчиков. Электрическая принципиальная схема устройства, текст программы.
курсовая работа [102,5 K], добавлен 21.10.2012Описание алгоритма функционирования устройства сопряжения, которое подключается к системной шине ISA. Принципиальная и функциональная схемы интерфейсной и операционной части устройства. Моделирование схемы операционной части, построение диаграммы работы.
курсовая работа [50,7 K], добавлен 13.11.2009Разработка устройства сопряжения с объектом управления, в состав которого входят датчик, усилитель, АЦП последовательного приближения, ОЗУ, ЦАП, устройство управления. Предусмотрены ручной и автоматический режимы записи и считывания информации из ОЗУ.
курсовая работа [633,2 K], добавлен 01.12.2011Анализ способов сопряжения персонального компьютера с разрабатываемым устройством. Разработка интерфейса ПК. Объединение модулей микропроцессорного устройства в единую систему. Выбор аналоговых коммутаторов. Разработка структурной схемы устройства.
курсовая работа [426,7 K], добавлен 03.05.2014Проектирование устройства, выполняющего функцию определения минимального давления на основе информации о показаниях полученных от 7 датчиков. Разработка набора команд управления микроконтроллером в среде программного обеспечения Code Vision AVR.
курсовая работа [24,5 K], добавлен 28.06.2011Разработка алгоритма работы устройства, описание выбора элементной базы и работы принципиальной схемы. Текст программы, инициализация указателя стека, структура системы и ресурсов микроконтроллера. Запись кодов при программировании данного устройства.
контрольная работа [18,4 K], добавлен 24.12.2010Проектирование схемы сбора информации со ста двадцати восьми датчиков на основе микроконтроллера. Разработка листинга программы для контроллера, обрабатывающей поступающие данные с накоплением их во Flash-памяти с учетом точного времени и текущей даты.
курсовая работа [891,8 K], добавлен 24.12.2012Описание области применения устройства релаксационного воздействия на человека "Лампа хорошего настроения". Выбор микроконтроллера устройства. Алгоритм функционирования программы, её тестирование. Правила и нормы охраны труда при работе с компьютером.
дипломная работа [5,8 M], добавлен 28.09.2015Структурная схема системы управления. Характеристики первичных датчиков, электронасоса, индикатора, микроконтроллера, системы прерываний. Работа регистров и аналого-цифрового преобразователя. Алгоритм работы микропроцессора - управляющего устройства.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 06.02.2013Приобретение навыков самостоятельной работы по сопряжению макета на базе микроконтроллера AVR АТMEGA128 с компьютером. Принципы управления двунаправленным обменом данными. Программирование последовательного интерфейса в операционных системах Windows.
лабораторная работа [365,4 K], добавлен 16.06.2011Рассмотрение структурной схемы микропроцессорной системы обработки данных. Описание архитектуры микроконтроллера ATmega161. Расчет оперативного запоминающего устройства. Строение, назначение адаптера параллельного интерфейса, способы его программирования.
курсовая работа [621,5 K], добавлен 24.09.2010История появления названия "мышь-манипулятор". Принцип действия мыши - указательного устройства ввода, обеспечивающего интерфейс пользователя с компьютером. Описание ее разновидностей, их недостатки и преимущества. Конструкции датчиков перемещения мышки.
презентация [136,1 K], добавлен 11.03.2011Определение и виды пользовательского интерфейса как системы сопряжения пользователей с программами, принципы его разработки, используемые методы и приемы. Основные критерии и параметры оценки эффективности функционирования пользовательского интерфейса.
презентация [557,1 K], добавлен 06.10.2014Теоретические основы разработки микропроцессорной системы на основе микроконтроллера и устройства для чтения электронных книг, анализ их технико-экономических показателей и сравнение с аналогами. Основные нормы по охране труда при работе с компьютером.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 13.07.2010Целесообразность применения МП-устройства. Архитектура микропроцессорной системы. Структурная организация БИС ВТ с изолированными шинами. Содержание и возможная направленность микроконтроллера. Обобщенная структура простого встраиваемого микроконтроллера.
реферат [224,5 K], добавлен 28.04.2011Изучение функциональной схемы работы устройства сопряжения компьютера через стандартный периферийный порт. Характеристика преимуществ работы микросхем К555АП6, К155ИР13, К155ИД3. Построение селектора адреса базового порта для системного интерфейса ISA.
курсовая работа [403,3 K], добавлен 30.07.2010Разработка структурной схемы устройства управления учебным роботом. Выбор двигателя, микроконтроллера, микросхемы, интерфейса связи и стабилизатора. Расчет схемы электрической принципиальной. Разработка сборочного чертежа устройства и алгоритма программы.
курсовая работа [577,8 K], добавлен 24.06.2013Опрос состояния дискретных датчиков. Циклический опрос состояния выходного сигнала дискретного датчика. Распределение кодов нажатых кнопок в таблице клавиатуры. Программа ввода четырехзначного числа с клавиатуры. Расчет констант для подпрограммы.
лабораторная работа [1009,8 K], добавлен 26.01.2013Сравнительный анализ существующих приборов. Разработка функциональной схемы устройства. Выбор и статистический расчет элементов, входящих в систему: датчика, источник тока, усилителя, микроконтроллера, блок питания. Блок-схема управляющей программы.
курсовая работа [769,9 K], добавлен 12.01.2015Создание приемника команд RC5 для персонального компьютера на основе микроконтроллера ATmega8. Особенности написания файла прошивки и симулирование устройства. Порядок выполнения сборки собственной схемы и характеристика полученного микроконтроллера.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 24.11.2013
