Розроблення цифрового пристрою на мікроконтролері: метео-балістичний суматор (МБС)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

1.Завдання на дипломне проектування

2.Анотація

3.Вступ

4.Огляд та аналіз джерел літератури

5.Основна елементна база та її опис

6. Необхідні елементи, прилади і ПЗ для розробки проекту

7. Розроблення власного метео-балістичного суматора

Принцип роботи

Код

Розроблення передатчика

Розрахунок антени

Алгоритм

Розроблення функціональної схеми

Розроблення друкованої плати

Симуляція



1. Завдання на дипломну роботу

В даній дипломній роботі я вирішив сам розробити будь який цифровий пристрій на мікроконтролері. А саме: метео-балістичний суматор (МБС) та радіо передавальний пристрій для нього, який слугуватиме зв'язком між ним.



2.Анотація

Дана дипломна робота присвячена розробленню пристрою автоматичного обчислення і контролю снайперської гвинтівки при веденні стрільби на розрахованих дистанціях. Виконано розробку та розрахунок принципової схеми метео-балістичного суматора. Розведено друковану плату. Проведено перевірку працездатності даного пристрою в середовищі Proteus. Розраховано радіопередавальний пристрій та антену для нього. А також розроблений робочий макет.

Розроблення дипломної роботи була виконана з використанням імпортної та частково нашої елементної бази.

Anotatsiya

This is devoted to developing a device for automatic calculation and control the conduct of a sniper rifle firing the calculated distances. Developed the concept and calculation of meteorological - ballistic adder. Divorced PCB . A performance check of the device in the environment Proteus. Calculated radio transmitter and antenna for it. A well designed your layout.

Development of the thesis was performed using imported and partly of our components.

автоматичне обчислення балістичний суматор



3.Вступ

З розвитком мікропроцесорної та прикладної техніки і зміна її масо-габаритних показників, збільшення продуктивності РЕП (радіоелектронних пристроїв) зумовило їх застосування в різних сферах діяльності людини.

Одним з цих радіоелектронних пристроїв є мій метео-балістичний суматор, який дещо нагадує кишенькову метеостанцію з балістичним калькулятором. Даний прилад дозволяє нам завантажувати, налаштовувати і зберігати данні про різні види зброї, боєприпасів та цілей. Параметри цілі включають в себе відстань, кут, напрямок та вітер. Завдяки високоточним вимірам швидкості та напряму вітру, азимутом цілі, наш пристрій виводить поправку на вітер. МБС має здатність передавати данні по радіо частотному каналі на частоті 433,9 МГц, на відстані до 100 метрів тим самим збільшуючи час роботи його батареї. Також даний прибор включає в себе нічну під світку, гарантує бути компактним, легким, виявляти точні данні з навколишнього середовища і розраховувати поправки для стрільби на далекі відстані. МБС відображає балістичні таблиці з необхідними для пострілу даними для різних дистанцій, таблиці знаходяться в енерго не залежні памяті на mirco CD карті, для того щоб їх можна було змінювати. Може працювати з любим прицілом та прицільною маркою.

Даний прилад може роботи розрахунки для пострілів необмеженої дальності і обіцяє бути досить не дорогим як його попередники.



4.Огляд та аналіз джерел літератури

У даному проекті розглядається процес автоматизації обчислень і контролю СГ (снайперської гвинтівки) при веденні стрільби на розрахункових дистанціях. На даний момент підготовка до високоточної стрільби по цілях з різних видів СГ полягає в оцінці розмірів, положення цілі на місцевості і метео-балістичних факторів.

Що містять в собі:

· Визначення відстані до цілі;

· Визначення кута місця цілі ( положення цілі щодо лінії горизонту її піднесення або зниження);

· Визначення метеорологічних даних (швидкість і напрям вітру, температура і вологість повітря, атмосферний тиск) і на підставі вищевказаних значень обчислення метеорологічних поправок;

· Визначення балістичних поправок щодо табличних даних (зниження траєкторії польоту кулі на різних відстанях).

У світовій практиці існує чимало способів вирішення цих завдань, але всі рішення зводилися до установки бортових обчислювальних комплексів, що прив'язувало їх до бортової мережі у зв'язку зі значними розмірами. Існують і рішення для стрілецької зброї але дані рішення носять вузько направлений характер.

Нижче в даному розділі порівняно та описано подібні пристрої за функціональним значенням та габаритними розмірами. Вони є аналогами мого прибору.

Першим з яких є американський виробник:

Прилад BORS

Фірма Barret виготовила прилад BORS для установки на оптичні приціли (ОП) американської фірми Niteforce і Leupold. Система являє собою інтегрований балістичний комп'ютер який монтується безпосередньо на приціл. Дані прилад бере з таблиць стрільби, які записані в будовану пам'ять, беручи до уваги ряд реального часу зовнішніх факторів. Після визначення дальності, температури, тиску обчислює кут косинус далі внутрішні датчики автоматично розраховують балістичне рішення (поправку).

Функціонал даного пристрою полягає в індикації дальності стрільби згідно положення барабану вертикальних поправок ОП і в останніх версіях забезпечила прилад датчиком завалу СГ. Але даний функціонал не зовсім достатній для інформативного та візуального оповіщення стрілка. Є комплексні рішення які мають достатні масо - габаритні показники і виглядають як окреме рішення.

Призначений в першу чергу для військових операцій, є міцним і може працювати з різними оптичними прицілами та калібрів гвинтівок..

Висновок: одним із головних недоліків приладу BORS є велика ціна, яка на сьогодні сягає більше 1200$, також цей прилад не розповсюджується за межі кордонів Америки і розроблений включно для військових підрозділів. Але зі всіх наведених конкурентів він є більш подібним за своїми функціональними можливостями та габаритами до нашого метео- балістичного суматора (МБС). Отже будемо вважати його більш конкурентно спроможним.

Другим виробником є німецька фірма:

Оптичний приціл Zeiss Victory Diarange M 3-12x56T * з лазерним далекоміром

Даний ОП німецької фірми Zeiss містить вбудований балістичний калькулятор і далекомір для визначення поправок для стрільби по цілі, але даний прилад геть позбавлений прив'язки і зміна поправок для стрільби в слідстві зміни метеорологічних даних.

Висновок: даний прилад є найменш актуальним, а саме він вбудований в оптичний приціл це є його головній недолік, також він має дуже малі функціональні можливості та коштує, що не менше нашого американського конкурента. На мою думку він є не актуальний в даний час.

Третім нашим виробником є знову американський конкурент, під назвою:

Оптичний приціл Burris

За таким же принципом, але ще більш спрощеним алгоритмом діє американський ОП Burris з вбудованим далекоміром, в якому зберігаються балістичні дані стандартизованих боєприпасів. Всі вищевказані прилади не контролюють положення (завал і кут місця цілі) СГ в просторі і не мають математичної зв'язку з метео - поправками. Крім того всі вищевказані прилади відрізняться великою ціною і деякі з них відносяться до категорій MILSPEC, що обмежує можливість придбання даних приладів нерезидентами країн виробників.

Висновок: перевагою ОП є те, що він доступним за межами деяких країн і не тільки у військових цілях. Головним недоліком є ціна, яка становить в даний час 1300$. Я вважаю, що цей прилад є недостатньо функціональним за такі великі кошти.

Трішки теорії про, що йде мова:

Завал СГ - це явище при якому вісь каналу ствола не знаходиться у вертикальній площині з лінією прицілювання ОП. У слідстві завалу СГ виникають помилки стрілка призводять до значних відхилення від лінії прицілювання особливо на великих відстанях. Для прикладу - завал СГ всього на 3 градуси складе розрахункове відхилення від лінії прицілювання 15см на 500м. В умовах високоточної стрільби це не допустимо, тому високоточні СГ середня точка влучення яких становить не більше 0.5МОА (кутових хвилин) або не більше 2.9см на 100м - обладнуються бульбашковим або електронним рівнем дозволяє контролювати вертикальне положення СГ. Рівні можуть бути бульбашковими і електронними, для вимірювань в горизонтальній або поздовжній площині.

Висновок: всі оптичні приціли, прилади, які були наведені раніше мають дещо велику ціну та й не забезпечують всі функціональні можливості які потребує сучасний стрілець. Ось і тому я вирішив зайнятися розробкою власного МБС, так як вважаю, що ціна мого приладу буде в декілька разів менша.



5.Основна елементна база та її опис

1.МП Atmega32

;

2.Датчик температури DS18b20

;

3.Датчик положення 3-х осьовий акселерометр ММА7361

;

4.Датчик вологості SHT11 і датчик тиску ВАТ32 (опціонально)

;



5.Резистивний 4-х вивідний сенсорний екран

;

6.РКІ Nokia 3310

;

7.SD card не більше 1Гб та слот

;

8.ІМС RS232

;

9.Клавіатура на 4 мікро кнопки;

10.Звуковипромінювач;

11.Світлодіодна лінійка (опціонально).



5.1 Вибір мікроконтролера

В даному випадку я зупинився на мікроконтролері АТmega32, тому, що він має доступну ціну, повний технічний опис, широко поширений та я вже раніше з ним працював то маю деякі навички при роботі з ним. На відміну від його аналогів, таких як АТmega8, АТmega16 він має більше пам'яті і майже однакову ціну.

Аналітичний огляд мікроконтролера AТmega32

АТmega32 представляє собою 8-и розрядний мікроконтролер з 32 КБ внутрішньо системної програмованої FLASH пам'яті.

Він має такі характеристики:

· 8-и розрядний високо виробничий AVR мікроконтролер з малим використанням енергоживлення;

· Прогресивна Advanced RISC архітектура;

· 131 високо виробничих команд, більшість з яких виконується за один тактовий цикл;

· 32 8-и розрядних робочих регістра загального призначення;

· Повністю статична робота;

· Продуктивність зближується до 16 MIPS (при тактовій частоті 16Мгц);

· Вбудований 2-о цикловий помножувач;

· Енергонезалежна пам'ять програм і даних;

· 32 Кбайт внутрішньо системного програмованої Flash пам'яті (In-System Self-Programmable Flash):

Ш Забезпечує 1000 циклів стирання/запис;

Ш Додатковий сектор завантажених кодів з незалежними бітами блокування;

Ш Внутрішньо системне програмування вбудованого програмного завантаження;

Ш Забезпечує режим одночасного читання/запис (Read-While-Write).

· 1024 байт EEPROM Endurance:

Ш Забезпечує 100000 циклів стирання/запис;

· 2 Кбайт вбудованої SRAM;

Ш Програмоване блокування, забезпечує захист програмних засобів користувача;

Ш Інтерфейс JTAG (сумісний з IEEE 1149.1);

· Можливість сканування периферії, відповідно стандарту JTAG;

· Розширена підтримка вбудованої пам'яті;

· Програмування через JTAG інтерфейс: Flash, EEPROM пам'яті, перемичок і бітів блокування;

Вбудована переферія:

1. Два 8-и розрядних таймера/лічильника з окремим дільником, один з режимом порівняння;

2. Один 16-и розрядний таймер/лічильник з окремим дільником і режимами захвату і порівняння;

3. Лічильник реального часу з окремим генератором;

4. Чотири канали PWM;

5. 8-и канальний 10-и розрядний АЦП;

6. Байт-орієнтований, 2-о провідний послідовний інтерфейс;

7. Програмований послідовний USART;

8. Послідовний інтерфейс SPI (ведучий/відомий);

9. Програмований таймер з окремим вбудованим генератором;

10. Вбудований аналоговий компаратор.

Спеціальні функції мікроконтролера:

1. Скидання по живленню і програмований детектор коротко часового зниження напруги живлення;

2. Вбудований калібрований RC-генератор;

3. Внутрішні і зовнішні джерела переривання;

4. Шість режимів пониженого енергоспоживання Idle, Power-save, Power-down, Standby, Extended Standby, розширений режим очікування та зниження шумів ADC.

Виводи I/O і корпусу:

1. 32 програмовані лінії входу/виходу;

2. 40 вихідний корпус PDIP та 44-о вихідний корпус TQFP, 44-ох MLF;

3. Робоча напруга 2.7-5.5 В для ATmega32L;

4. Робоча напруга 4.5-5.5 В для ATmega32.

Швидкодія мікроконтролера:

- 0 - 8 МГц для ATmega32L;

- 0 - 16 МГц для ATmega32;

Споживана потужність при 1МГц, 3В, 25^о С:

· В активному режимі 1.1 мА;

· В режимі очікування 0.35 мА

Архітектура та призначення виводів МК:

Рис.5 - Розташування виводів контролера ATmega32

ATmega32 є мало потужний 8-и розрядний мікроконтролер на базі архітектури AVR enhanced RISC. При виконанні більшості інструкцій за 1 такт, контролер досягає пропускної здатності 1 MIPS на МГц, що дозволяє оптимізувати енергоспоживання в порівнянні зі швидкістю обробки.

Рис.6 - Архітектура моделі AVR ATmega32

AVR CPU Core

Введення:

У цьому розділі розглядається архітектура ядра Atmel ® AVR ® в цілому. Основна функція ядра процесора, це забезпечити правильне виконання програми. У зв'язку з цим СРU повинен мати доступ до пам'яті, периферійних пристроїв керування, обробки переривань та виконувати обчислення.

Архітектурний огляд:

Рисунок 7. Принципова схема AVR MCU архітектури

З метою максимальної продуктивності і паралельності, ресивер використовує архітектуру Harvard - з окремою пам'яттю та програмних інструкцій. В той час як 1 команда виконується, наступна інструкція попередньо приносить з пам'яті програму. Ця концепція дозволяє інструкції, яка буде виконана в кожному такті.

Програмна пам'ять є системною програмованою флеш - пам'яттю.

Швидкий доступ зареєстрований файл має за допомогою 32 х 8 - бітного загального призначення робочого регістру. Це дозволяє процесору працювати з єдиним циклом. При звичайній роботі ALU, два операнда виводяться з регістру файлу, виконують операцію і результат зберігають в файл регістрів - за один такт. 6 з 32-ох регістрів можуть бути використані як 3 16- бітні регістри адресів непрямих показників даних. ALU підтримує арифметичні і логічні операції між регістрами. Після арифметичної операції, регістр стану оновлюється відповідно інформації про результат операції.

Виконання програми забезпечується умовними та безумовними стрибками викликання інструкцій, здатних безпосередньо спрямовуватись на весь адресний простір. Більшість інструкцій AVR є один 16-бітний формат слово. Кожна адреса пам'яті програми містить 16 - або 32-и розрядні команди.

При використанні спалаху простір пам'яті ділиться на дві частини, в розділ завантаження програм та програмний розділ застосування. Обидві секції присвячені бітам блокування для читання/запису.

Всі програми ми ініціалізували SP у процедурі скидання (до підпрограми або переривання застосування). Покажчик SP для читання / запису доступний в просторі введення / виведення. SRAM дані можуть бути легко доступні через п'ять різних режимів адресації підтримуючих в архітектурі AVR.

Гнучка модель переривань має свої регістри управління введення/виведення простору з додатковим перериванням біт в регістрі статусу. Переривання мають пріоритет відповідно до їх переривання положення вектора. Чим нижчий вектор адресу переривання, тим вище пріоритет.

Високопродуктивний Atmel ® AVR ® ALU працює в безпосередньому зв'язку з усіма взагалі 32-и призначеними робочими регістрами і є найкращим серед своїх конкурентів.

АЦП

Мікроконтролер ATmega32 має 10 - розрядним АЦП, який має такі характеристики :

*АЦП послідовного наближення ;

*Працює з тактовою частотою в діапазоні від 50 до 200 кГц;

*Інтегральна не лінійність 0,5 LSB;

*Абсолютна помилка ± 2 LSB;

*Час перетворення 65-250 мкс;

*Максимальна роздільна здатність 15 перетворень в секунду;

*8 мультиплексованих каналів;

*7 диференціальних каналу з вбудованим підсилювачем, який має 3 фіксованих коефіцієнта підсилення: 1, 10, 200;

*Діапазон вхідного сигналу: 0 ... Uп;

*2 режими роботи:

-Режим однократного перетворення,

-Режим циклічного перетворення;

*Режим перетворення за авто перемиканням;

*Переривання - на завершення перетворення;

*Режим збереження енергії для зниження шумів.

АЦП приєднаний до 8-и канального аналогово мультиплексору, що дозволяє використовувати вивід порту А як входу АЦП. Найкраща точність перетворення каналового сигналу в цифровий код виходить, коли використовується вся шкала АЦП.

Даного АЦП цілком достатньо для перетворення вхідного аналогового сигналу в цифровий. При максимальній тактовій частоті АЦП ми отримуємо високу точність обробки сигналу, яка достатня для даних цілей.

Рисунок.8 блок схема АЦП

Для ініціалізації вбудованого АЦП необхідно встановити регістр ADCSRA, ADMUX і SFIOR.

Нижче наведені табличні значення регістрів МП:

Ініціалізація регістра ADCSRA :

Біт 7 ADEN = " 1 " включення АЦП;

Біт 6 ADSC = " 1 " запуск першого перетворення в режимі безперервного перетворення;

Біт 5 ADFR дозволяє вибрати режим роботи АЦП;

Біт 4 ADIF прапор переривання, встановлюється при завершенні перетворення;

Біт 3 ADIE = " 1 " дозвіл переривання по завершенню перетворення;

Біти 2 ... 0 ADPS2 .. 0 = " 010 " обернений дільник частоти на 16, тоді при тактовій частоті контролера 2 МГц, частота тактів АЦП становитиме 125 кГц, використання такої частоти дозволяє збільшити точність перетворення.

Ініціалізація регістра ADMUX :

Біти 7, 6 REFS1 : REFS0 = " 11 " є опорна напруга яка використовує внутрішнє джерело з Uоп = 2,56 В;

Біт 5 ADLAR результат перетворення вирівнюється по лівій межі 16-ти розрядного слова;

Біти 3 .. 0 MUX4 ..0 керують вхідним мультиплексором, а так як у нас використовуються входи ADC1, то ці розряди можуть брати значення "00001".

Ініціалізація регістра SFIOR :

Біти 7 .. 5 ADTS2 .. 0 = " 000 " визначають режим безперервного перетворення. У процесі виконання якого є можливість змінювати вміст розрядів MUX2 .. 0, що дозволяє здійснювати послідовне перетворення сигналів декількох каналів;

Біт 4 ADHSM = " 0 " при "1" збільшує швидкість роботи АЦП, проте в цьому ми не потребуємо.

Процес ініціалізації АЦП виглядає таким чином:

//ініціалізація АЦП

void init_ADC(void){

DDRA = 0x00; //конфігуруємо порт A на вхід

ADCSRA = (1 << ADEN) // дозвіл АЦП

|(1 << ADSC) // запуск перетворення

|(1 << ADFR) // неприривний режим роботи АЦП

|(1 << ADIE) // дозвіл перериву

|(1 << ADPS2)|(0 << ADPS1)|(0 << ADPS0); // преддільник на 16

ADMUX = (1 << REFS1)|(1 << REFS0); // (ДОН) джерело опорної напруги 2.5V

|(0<<ADLAR) //вирівнювання значення перетворення АЦП вправо (ADCH - 2bit ADCL - 8bit)

|(0 << MUX3)|(0 << MUX2)|(0 << MUX1)|(0 << MUX0); // мультиплексор вибирає ADC0 по замовчуванням - ADC_1 активний

}

де

.

Вбудований інтерфейс передачі даних SPI

Мікроконтролери AVR мають у своєму складі модулі, що реалізують стандартні інтерфейси. Ці модулі використовуються для обміну даними з різними периферійними пристроями, наприклад, як цифровими датчиками, мікросхемами пам'яті, ЦАП, АЦП, іншими мікроконтролерами і так далі.

SPI являє собою чьотирьох синхронну шину, призначену для послідовного обміну даними між мікросхемами. Інтерфейс був розроблений компанією Motorola, але зараз використовується всіма виробниками. Даний інтерфейс відрізняють простота використання та реалізації, висока швидкість обміну і мала дальність дії.

При будь - якому обміні даними по SPI один з пристроїв є провідним (master'ом), а інше веденим (Slave'ом). Зазвичай (але не завжди) у ролі ведучого виступає мікроконтролер. Ведучий переводить периферійний пристрій в активний стан і формує тактовий сигнал і дані. У відповідь ведений пристрій передає ведучому свої дані. Передача даних в обидві сторони відбувається синхронно з тактовим сигналом.

Фізично SPI реалізується на основі зсувного регістру, який виконує і функцію передавача, і функцію приймача.

Принцип обміну даними по SPI проілюстрований на наступних Рисунках 9:



Рисунок 9.

Сигнали, які використовуються даним інтерфейсом, мають таке призначення:

MOSI - Master Output / Slave Input. Вихід ведучого / вхід веденого. Служить для передачі даних від ведучого пристрою до веденого.

MISO - Master Input / Slave Output. Вхід ведучого / вихід веденого. Служить для передачі даних від відомого пристрою до ведучого.

SLK - Serial Clock. Сигнал синхронізації. Служить для передачі тактового сигналу всім веденим пристроям.

SS - Slave Select. Вибір веденого. Служить для вибору веденого пристрою.

Виробники мікросхем часто використовують інші назви для цих сигналів. Альтернативні варіанти можуть бути такими: MOSI - DO, SDO, DOUT.

MISO - DI, SDI, DIN.

SCK - CLK, SCLK.

SS - CS, SYNC.

У нашому випадку типова схема з'єднання двох пристроїв по SPI показана на малюнку 10 так.

Рисунок 10.

де Slave1 - 2 - 3 - 4 підключення ЦАП до МП обмін даними може відбуватися тільки з одним із них, інші повинні знаходитися в неактивному стані, вибір Slave пристрою відбувається подачею лог.0 на SS вхід ЦАП.

Протокол обміну по SPI аналогічний логіці роботи зсувного регістру і полягає в послідовному по бітному виведенні / введенні даних за певними фронтах тактового сигналу. Установка даних і вибірка здійснюється по протилежних фронтах тактового сигналу.

Застосовувана в проекті елементи вимагають ініціалізації одного з 4-ох протоколів роботи інтерфейсу зокрема:

SPI mode 0: CPOL = 0, CPHA = 0. Тактовий сигнал починається з рівня логічного нуля. Закриття даних виконується по наростаючому фронту. Зміна даних відбувається по падаючому фронту. Моменти закриття даних показані на малюнках стрілочками:

Для ініціалізації вбудованого SPI інтерфейсу необхідно встановити регістр SPRC:

і буде виглядати таким чином:

//ініціалізація SPI інтерфейсу передачі даних

void init_SPI(void){

DDRB = (1 << MOSI)|(1 << CLK); //порт В виходи MOSI,CLK конфігуруємо як виходи

SPCR = (1<<SPIE)//переривання по закінченню передачі дозволені

|(1<<SPE)//інтерфейс SPI вкл

|(1<<MSTR)//master - ведучий

|(1<<DORD)//DORD - напрям передачі даних. Якщо встановлений, то передача іде з молодшого біта, якщо скинутий - зі старшого.

/****//CPOL = 0, CPHA = 0 настройки під max504***/

|(0<<CPOL)|(0<<CPHA)//CLK=0, CPHA - якщо встановлений, передача и прийом біта виробляється по зворотньому фронту, якщо скинутий - по прямому.

|(0<<SPR1)|(1<<SPR0);//преддільник F_OSC/16

}

де

Опис EEPROM пам'яті даних:

ATmega32 містить 1024 байта EEPROM пам'яті даних. Вона є як окремий простір даних, в яких поодинокі байти можуть бути прочитані та записані. EEPROM має можливість 100 000 циклів запису/стирання. Доступ між пам'яттю даних і ЦП описано в наступному, із значенням EEPROM адресному регістрі та регістрі управління.

Час доступу запису для EEPROM наведені в таблиці 1. Функція самосинхронізації, дозволяє програмно виявити коли наступний байт може бути записаний.

Звернемося до опису регістрів EEPROM.

Коли EEPROM читається, процесор зупиняється протягом 4-ох тактів до наступної інструкції, а коли EEPROM пишеться, процесор зупиняється протягом 2-ох тактів до наступної інструкції яка виконується.

· Біти 15…10 - резервні біти;

Це зарезервовані біти в ATmega32 і вони завжди будуть читатися як 0.

· Біти 9…0 - EEAR9 .. 0: EEPROM - адреса;

У EEPROM адресні регістри EEARH і EEARL - вказують адресу EEPROM в 1024 байт пам'яті. Байти даних описуються лінійно від 0 до 1023.

· Біти 7 .. 0 - EEDR7.0: EEPROM - даних;

Для роботи EEPROM в режимі запису, EEDR регістр містить дані, які будуть записані в EEPROM за адресою, вказаною в EEAR регістрі. Для роботи EEPROM зчитування, EEDR містить дані з EEPROM адресою, вказаною на EEAR.

· Біти 7 .. 4 - зарезервовані біти;

Ці біти зарезервовані біти в ATmega32 і завжди будуть читатися як нуль.

· Біт 3 - біт переривань;

· Біт 2 - EEMWEG: EEPROM - біт дозволу запису;

Коли EEMWE встановлений, то установка EEWE протягом чотирьох тактів буде записувати дані в EEPROM на вибрану адресу. Якщо EEMWE дорівнює нулю, установка EEWE не матиме жодного ефекту.

· Біт 1 - EEWE: EEPROM - біт дозволу запису;

EWE біт повинен бути написаний одною логічною 1 яка записується в EEWE.

EEPROM не може бути запрограмований під час CPU запису в флеш-пам'ять. Програмне забезпечення повинно перевірити, що програмування флеш закінчено до початку нового EEPROM запису.

· Біт 0 - EERE: EEPROM - включити;

Калібрований генератор використовується для часу програмування EEPROM від процесора. Час наведений в таблиці 1.

При вході в режим сну при відключенні живлення під час виконання операції запису в EEPROM активний, операція запису в EEPROM триватиме, і завершиться до часу наступного запису. Однак, коли операція запису закінчена, генератор продовжує працювати, і як наслідок, пристрій не відключає живлення повністю.

У періоди низького VCC, дані EEPROM можуть бути пошкоджені, тому що напруга живлення занадто низька для процесора і EEPROM, щоб працювати належним чином.

Апаратна ШІМ в мікроконтролері ATmega32

У цьому розділі я постараюся трохи торкнутися теми апаратної ШІМ (широтно - імпульсної модуляції, англ. PWM - Pulse - width modulation) так як ми її дуже широко використовували в мікроконтролерах сімейства AVR на прикладі мікроконтролера ATmega32. Класичний ШІМ сигнал являє собою цифровий сигнал, певної постійної частоти.

Змінюватися в ньому може скважність - тривалість стану логічної одиниці в періоді сигналу. Наприклад, на Рисунку 11. внизу показано різні ШІМ сигнали, скважність яких збільшується з верхнього графіка до нижнього:

Рисунок 11.

ШІМ спільно з RC ланцюжком використовується для генерації аналогового сигналу, а якщо дозволяє частота - то і для відтворення звуку. Моє перше зіткнення з ШІМ сталося, коли я захотів плавно міняти яскравість потужного одноватного світлодіода. Після ШІМ допомогла вирішити проблему управління швидкістю обертання двигуна постійного струму, і управління кольором RGB світлодіодів.

Для демонстрації роботи з ШІМ напишемо програму, яка у нашому випадку буде плавно змінювати яскравість РКІ від нуля до максимуму, а потім плавно її знижувати. Тобто нам потрібно згенерувати ШІМ сигнал.

Рисунок 12. ШІМ нашого сигналу

Генерувати сигнал будемо апаратними засобами мікроконтролера ATmega32. Можна звичайно згенерувати все і програмно, але це не економічно і незручно, якщо мікроконтролер повинен виконувати щось ще, крім генерації ШІМ сигналу. Принципова схема макета, зображена на Рисунку 13:

Рисунок 13.

На схемі показана стандартна обв'язка ATmega8, аналогічно виконується стандартна обв'язка і для ATmega32. Q1 - будь pnp транзистор, здатний витримати струм 500мА. Транзисторний ключ відкривається при високому рівні на PB1 і пропускає через ланцюжок струм, який за законом Ома дорівнює I = 5B/R4.

Роздивимося докладніше ініціалізацію ШІМ.

Будемо використовувати так званий Phase correct PWM на таймері 1. Лічильник TCNT1 поступово збільшується (згідно зі встановленим дільника), коли його вміст стає рівним вмісту OCR1A, то на виведені OC1A залежно від бітів COM1A0, COM1A1 (в регістрі TCCR1A), встановлюється нулик або одиниця. Після лічильник досягає 0xFF (залежно від бітності ШІМ) і починає зменшуватися. Як тільки TCNT1 знову зрівняється з OCR1A, на піні OC1A рівень змінюється на протилежний. Після чого лічильник досягає 0х00 і все повторюється знову.

У нашому випадку COM1A1 = 1, COM1A0 = 0. І це означає, що при початку рахунку, на виведенні OC1A встановлюється високий рівень. При досягненні лічильником значення OCR1A при зростанні рівень на OC1A стає нульовим. А при досягненні лічильником значення OCR1A при убуванні, рівень на OC1A стає високим, і т.д. Простіше кажучи: «чим більше значення OCR1A - тим більше заповнення сигналу». Як це і показано нижче:

Бітність і режим ШІМ задається за допомогою бітів WGM13-WGM10 (біти WGM13, WGM12 знаходяться в регістрі TCCR1B, а біти WGM10, WGM11 в регістрі TCCR1A).

Червоним кольором обведено режим ШІМ який ми використовуємо.

Для нашого 8-ми бітного Phase correct PWM потрібно, щоб WGM10 = 1.

Отладочна плата

Для зручності модулювання пристрою, а також для полегшення налагодження програмного і апаратного забезпечення була розроблена отладочна плата на базі мікроконтролера atmega 32. На якій були розпаяні роз'єми для підключення портів, роз'єми програмування і живлення мікроконтролера. Дана плата була розроблена і доповнена додатковими навісними елементами такими як стабілізатори живлення на 5 і 3.3В, підключена інтегральна мікросхема апаратної зв'язку МК з комп'ютером max232(підключення якої до МК буде описано нижче). Виведена світлодіодна лінійка, тактові кнопки для імітації клавіатури і перезапуску МК. Живлення отладочної плати здійснюється через роз'єм живлення на який подається живлення від 7 - 12В і роз'єм USB від бортової мережі ПК. Плата виготовлена ??з двостороннього фольгованого тектоліту методом перенесення фотошаблона нанесеного на поверхню міді світлочутливим фоторезистом.

Рисунок 14. Модель зовнішнього вигляду отладочної плати в 3D

a) б)

Рисунок 15. Розводка друкованої отладочної плати а)вигляд зверху, б)вигляд знизу

Дана отладочна плата є частиною мого робочого макету.

Принципово електрична схема отладочної плати наведена в ДОДАТКУ 1.



5.2 Вибір датчика температури

В даній дипломній роботі я вибрав такий датчик температури, як DS18B20 тому, що він відповідає моїм вимогам що до технічних характеристик, є доступним та коштує не досить дорого.

Опис:

DS18B20 цифровий термометр з програмованим дозволом, від 9 до 12-bit, які можуть зберігатися в EEPROM пам'яті приладу. DS18B20 обмінюється даними по 1-Wire шині і при цьому може бути як єдиним пристроєм на лінії так і працювати в групі. Всі процеси на шині керуються центральним мікропроцесором.

Рисунок 16. Зовнішній вигляд датчика

Діапазон вимірювань від -55 ° C до +125 ° C з точністю 0.5 ° C в діапазоні від -10 ° C до +85 ° C.

На додаток, DS18B20 може живитися напругою лінії даних ("parasite power"), за відсутності зовнішнього джерела напруги.

Кожен DS18B20 має унікальний 64-бітний послідовний код, який дозволяє, спілкуватися з безліччю датчиків DS18B20 встановлених на одній шині. Такий принцип дозволяє використовувати один мікропроцесор, щоб контролювати безліч датчиків DS18B20, розподілених на великій ділянці. Додатки, які можуть отримати вигоду з цієї особливості, включають системи контролю температури в будівлях, устаткуванні чи машинах, а так само контроль і управління температурними процесами.

Таблиця 2. Значення виводів

Всі інші виходи повинні залишатися не підключиними.

Рисунок 16 показує схему опису виводів DS18B20 які даються в Таблиці 2. 64-бітовий ROM запам'ятовує унікальний послідовний код приладу. Оперативна пам'ять містить 2 - байтовий температурний регістр, який зберігає значення температури по закінченню температурного перетворення. Два одно байтних регістра температури контролю температури (тригерної схеми TH і TL), і до регістру конфігурації. Регістр конфігурації дозволяє користувачеві встановлювати роздільну здатність цифрового перетворювача температури до 9, 10, 11, або 12 бітам, це і впливає на час конвертування температури. TH, TL і регістри конфігурації енергонезалежні (EEPROM), таким чином вони збережуть дані, коли прилад - вимкнений.

DS18B20 використовує виключно 1 - Wire протокол - при цьому формується з'єднання, яке здійснює комунікацію на шині, використовуючи всього один керуючий сигнал. Шина повинна бути підключена до джерела живлення через підтягуючий резистор, так як всі пристрої зв'язані з шиною, використовують з'єднання через Z - стан або вхід відкритого стоку. Використовуючи цю шину мікропроцесор (пристрій управління) ідентифікує і звертається до датчиків температури, використовуючи 64 - бітовий код приладу. Оскільки кожен прилад має унікальний код, число приладів, до яких можна звернутися на одній шині, фактично необмежено.

Інша особливість DS18B20 - здатність працювати без зовнішнього живлення. Ця можливість надається через підтягуючий резистор. Високий сигнал шини заряджає внутрішній конденсатор (CPP), який живить прилад, коли на шині низький рівень. Цей метод носить назву «Паразитне живлення ». При цьому максимальна вимірювана температура становить + 100 ° C. Для розширення діапазону температур до + 125 ° C необхідно використовувати зовнішнє живлення.

Рисунок 17. Підключення живлення

Режим - конвертації температури

Основні функціональні можливості DS18B20 - його температурний перетворювач. Роздільна здатність температурного перетворювача може бути змінена користувачем і становить 9, 10, 11, або 12 бітів, відповідаючи прирощуванням (дискретності вимірювання температури) 0.5 ° C, 0.25 ° C, 0.125 ° C, і 0.0625 ° C, відповідно. Роздільна здатність за замовчуванням встановлена ??12 - біт. У початковому стані DS18B20 знаходиться в стані спокою (в неактивному стані). Щоб почати температурне вимірювання і перетворення, ведучий повинен подати команду початку конвертації температури [0х44]. Після конвертації, отримані дані запам'ятовуються в 2 - байтовому регістрі температури в оперативній пам'яті, і DS18B20 повертається до неактивного стану. Якщо DS18B20 включений з зовнішнім живленням, ведучий може контролювати конвертування температури (після команди [ 0х44 ]) станом шини. DS18B20 формуватиме (відповідь на слот часу читання від пристрою керування) логічний «0» коли відбувається температурне перетворення. І логічну «1», коли конвертування виконано. Якщо DS18B20 включений з паразитним живленням, ця технологія повідомлення не може бути використана, так як на шину потрібно подати високий рівень (напруги живлення) протягом усього часу температурного перетворення. У цьому випадку пристрій управління повинен самостійно контролювати час конвертування.

Вихідні температурні дані DS18B20 калібровані в градусах Цельсія. Температурні дані запам'ятовуються як 16 - бітове число зі знаком (див. рис. 14). Біти ознаки (S) вказують, чи є температура позитивна чи негативна:

для позитивних S = 0 ,

для негативних чисел S =1.

Якщо DS18B20 буде налаштований для конвертації 12 - бітного розширення, то всі біти в температурному регістрі будуть містити дійсні дані. Для 11 - бітної роздільної здатності, біт 0 невизначений. Для 10 - бітної роздільної здатності, біти 1 і 0 невизначені, і для 9 бітної роздільної здатності 2, 1 і 0 невизначені. Таблиця 3 дає приклади даних цифрового виходу і відповідної температури, для 12 - бітної роздільної здатності.

Рисунок 18. Формат регістру температури



Таблиця 3. Дані цифрового виходу при відповідній температурі

При подачі живлення в температурний регістр записано число +85°C.

Операція - передача сигналів аварії

Після того, як DS18B20 виконує температурне перетворення, температурне значення - порівнюється зі значенням, записаним в регістри TH і TL (визначені користувачем, див. рис. 19). Біт ознаки (S) вказує, позитивне або негативне значення: для позитивних чисел S = 0 і для негативного числа S = 1. Регістри TH і TL енергонезалежні (EEPROM), таким чином, вони збережуть дані, коли пристрій знеструмлено. До TH і TL можна звернутися через байти 2 і 3 згідно карті пам'яті, як пояснено в розділі пам'яті цієї спеціфікаціі.

Рисунок 19. Формат регістрів TH і TL

Для порівняння використовуються тільки біти 4 - 11 з регістра температури (ціле значення температури). Якщо виміряна температура нижче або дорівнює TL або вище або дорівнює TH, формується умова Аварії, і встановлюється прапор Аварії в DS18B20. Цей прапор оновлюється після кожного температурного перетворення; тому, якщо умова Аварії пропаде, то прапор буде скинутий після наступного температурного перетворення.

Головне пристрій може перевірити умову Аварії всіх DS18B20 на шині, подаючи команду «Пошук Аварії» [ECh]. Будь DS18B20 з встановленим прапором Аварії відповість на цю команду, таким чином головний пристрій точно може визначить, які DS18B20 перебувають у стані Аварії. Якщо змінені значення регістрів TH або TL, то необхідно запустити нове температурне перетворення, щоб виконалось перевірка умов контролю температури, задане в регістрах TH або TL.

Живлення DS18B20

DS18B20 може бути включений із зовнішнім живленням VDD, або він може працювати в режимі «паразитного живлення», яке дозволяє DS18B20 функціонувати без живлення на виведенні VDD. Паразитне живлення дуже корисно для додатків, які вимагають віддаленого температурного зчитування, або це обмеження пов'язане зі старими лініями комунікацій, де вже прокладено тільки два дроти. Рис . 20 показує схему підключення DS18B20 з паразитним живленням, під час конвертації і формування імпульсів високого рівня через транзистор на шину даних подається живлення Vpu. Ця напруга зберігається на конденсаторі паразитного живлення (CPP), щоб забезпечити живлення пристрою, коли на шині даних низький рівень. Щоб DS18B20 використовувати в режимі паразитного живлення, вивід VDD повинен бути підключений до виводу GND.

У режимі паразитного харчування, шина 1-Wire і CPP повинна забезпечити достатній струм для всіх функцій DS18B20.

Коли DS18B20 виконує температурні перетворення або копіює дані з ОЗУ в пам'ять EEPROM, може споживати струм до 1.5 mA. Цей струм може викликати неприпустиме зниження напруги на шині споживаного через резистор.

Щоб гарантувати, що DS18B20 має достатній струм живлення, необхідно забезпечити високоточне живлення на шині кожен раз, коли йдуть температурні перетворення або виконується операція запису даних у EEPROM. Це може бути досягнуто при використанні MOSFET транзистора, щоб живити шину безпосередньо Vpu як це показано на рис. 20 .

Шина 1-Wire повинна бути переключена в високоточне живлення в межах 10 мкс (максимум) після команди конвертування температури Convert T [44h] або команди Copy Scratchpad [48h] (копіювання даних в EEPROM). Шина повинна бути переключена в високоточне живлення на час перетворення (tconv) або передачі даних (twr = 10ms). Ніякі операції на шині не повинні виконуватися, коли включений високоточний pullup.

Рисунок 20. Підключення DS18B20 в режим паразитного живлення

DS18B20 може також бути за живлений звичайним методом, з'єднанням зовнішнього електроживлення до виводу VDD, як показано в рис. 21. Перевага цього методу полягає в тому, що немає необхідності в використанні MOSFET транзистора. А на шині можуть передаватися дані протягом часу температурного перетворення.

Рисунок 21. Підключення DS18B20 в режимі зовнішнього живлення

Використання паразитного живлення не рекомендується для температур понад +100 ^оC, так як DS18B20 може не бути в змозі виконувати конвертацію температури і зв'язок через більш високий струм витоку, який може бути при високій температурі. Для додатків, яким такі температури є ймовірними, примусово рекомендується, що б DS18B20, був за живлений зовнішнім живленням.

У деяких ситуаціях, може виникнути необхідність у визначенні стану режиму живлення, яке використовує датчик температури, для необхідності використання управління живленням зовнішнім транзистором для виконання температурних перетворень. Для отримання інформації мікропроцесор повинен видати команди Skip ROM [CCh] (Пропуск ROM), супроводжувана командою - Читання Електроживлення (Read Power Supply) [B4h], супроводжуваної " слотом часу читання". Протягом читання слота часу, DS18B20s з паразитним живленням встановить шину в нуль , а DS18B20s з зовнішнім живленням залишать шину в стані одиниці.

64 - BIT код датчика

Кожен DS18B20 містить унікальний 64 - бітовий код (див. рис. 22), збережений в ROM. Молодші 8- бітів коду ROM містять код сімейства 1 -Wire проводом DS18B20's: 28h. Наступні 48 бітів, містять унікальний серійний номер. Старші 8 бітів містять циклічний контроль надмірності (CRC) байт, який обчислено від перших 56 бітів коду ROM. Деталізоване пояснення бітів циклічного контролю надмірності забезпечується в розділі GENERATION циклічного контролю надмірності. 64-бітовий код ROM і пов'язана функція ROM керують логікою, дозволяють DS18B20 працювати як 1 -Wire пристрій, використовуючи протокол, деталізований у розділі 1 - WIRE BUS SYSTEM цієї таблиці даних.

Рисунок 22. 64-бітний код датчика



5.3 Опис 3-ох осьового акселерометра ММА7361

3-х осьовий акселерометр (датчик положення або прискорення) MMA7361 призначений для вимірювання прискорення предмета, яке воно набуває при зміщенні щодо свого нульового положення. Акселерометр застосовується як для вимірювання прискорення в сторону, в яку відбулося зміщення, так і для вимірювання прискорення, викликаного силою тяжіння Землі. Практичне застосування - вимірювання вібрації, руху, ударів, кутів крену.

Для використання акселерометра спочатку потрібно зібрати на його основі макет, попередньо підключивши виводи управління та живлення. Потім акселерометр потрібно вивести з режиму сну (за замовчуванням пристрій знаходиться в режимі сну) і відкалібрувати за допомогою спеціальних програм. Після виконання вищеописаних дій можна приступати до роботи.

Управління пристроєм здійснюється або від Arduino контролера, або від іншого мікропроцесорного керуючого пристрою. Зовнішній вигляд та підключення виводів зображено на Рисунку 23. Оскільки акселерометр має можливість підключення до трьох осів координат, то він може вимірювати будь-які переміщення в тривимірному просторі. Чутливим елементом датчика є змінні конденсатори, обкладки яких рухаються під впливом зовнішньої сили. Є можливість вибору 4 режимів чутливості, а також включення і виключення режиму сну. Налаштування чутливості датчика здійснюється за допомогою входів 0G і GS. Рівні чутливості 1,5 g, 2g, 4g, 6g. 3 - х осьовий акселерометр MMA7361 має дві штирові колодки контактів, по 5 контактів на кожній:

· на лівій колодці розташовані контакти X, Y, Z, SL, 0G. Контакти X, Y, Z використовуються для передачі інформації про положення датчика в просторі і підключаються до Arduino контролеру, або іншому мікропроцесорному керуючому пристрою. Контакт SL використовується для включення і відключення режиму сну. Контакт 0G використовується для налаштування рівня чутливості;

· на правій колодці розташовані контакти 5V, 3V3, GND, GS, ST. Контакти 5V, 3V3, GND використовуються для підключення живлення до акселерометру. Контакт GS використовується для налаштування рівня чутливості.

Живлення 3-х осьового акселерометра MMA7361 здійснюється від Arduino контролера або від іншого мікропроцесорного керуючого пристрою. Датчик може живитися від напруги 5 вольт або від напруги 3,3 В.

Технічні дані

MMA7361L має низьке енергоспоживання, низький профіль, ємнісний мікромеханічних акселерометр показуючи обробку сигналу та 1 - о полюсний низькочастотний фільтр. Акселерометр включає в себе режим сну, що робить його ідеальним для портативного акумулятора.

Особливості:

· 3мм х 5мм х 1,0мм;

· Низький споживаний струм: 400мкА;

· Режим сну: 3мкА;

· Низька робоча напруга: 2,2В - 3,6В;

· Висока чутливість: 800мВ/1.5г;

· Можливість вибору чутливості (±1.5г, ±6г);

· Швидкий час включення: 0,5мс;

· Форматування сигналу з фільтром нижніх частот;

· Міцна конструкція, висока надійність;

· Низька вартість.

Рисунок 23. Зовнішній вигляд (а) та підключення виводів (б) акселерометр

Нижче на Рисунокe 24 буде наведено функціональну схему акселерометра MMA7361L.

Рисунок 24.

Принцип роботи

Акселерометр є поверхнево - мікромеханічною інтегральною мікросхемою. Пристрій складається з поверхні Micromachined, чутливого ємнісного елемента (змінний конденсатор) і формування сигналу ASIC. Чутливий елемент загерметизований геометрично на рівні частини використовуючи Micromachined пластину. G- частина являє собою механічну структуру з матеріалу напівпровідника. Модель має вигляд набору променів прикріплених до рухомої центральної маси, які рухаються між фіксованими променями. Коли рухливі промені відхиляються від свого вихідного положення, цим самим вони піддають системі прискорення(рис25).

Рисунок 25. Спрощена фізична модель перетворювача

Промені прикріплені до центральної маси, в русі відстань від них до фіксованого променя з одного боку буде збільшуватися, на ту ж відстань, що до фіксованого променя з іншої сторони зменшуватися. Зміна відстані це і є міра прискорення. Промені утворюють 2 змінних конденсатора. ASIC використовує комутовані методи вимірювання конденсатора і витягує данні його прискорення, іншими словами різницею між 2-а конденсаторами. Різниця є прискорення.

5.4 Опис датчика вологості SHT11 і датчика тиску ВАТ32

Дані датчики будуть підключені до нашого пристрою трохи пізніше, так як на них ще не написане програмне забезпечення, у зв'язку з тим, що виникли проблеми з програмуванням самого мікроконтролера. Але згодом вони запрацюють і будуть не від'ємною частиною мого метео - балістичного суматора.

5.5 Опис сенсорного екрану

У цьому розділі розглянемо принцип роботи з тачскріном (англ. Touchscreen) і підключимо його до AVR микроконтроллеру, а точніше до ATmega32. Ідея використання тачскрина прийшла до мене, коли я хотів відмовитися від використання клавіш у своєму проекті метео - балістичного суматора. МБС виводить дані на графічний ЖКІ Nokia 3310.

Далі я натрапив на сенсорні панелі, які можна прикріпити вже на свій РКІ за допомогою двостороннього скотчу. Така штука знайшлася, і називається TS12864ARNB. Взагалі TS12864ARNB - резистивна сенсорна панель з 4-х дротяним інтерфейсом. Розглянемо принцип її роботи на Рисунку 25:

Рисунок 25. Склад резистивної сенсорної панелі

Основу тачскрину представляє тонке скло, на яке нанесено дві тонких резистивних плівки, розділених між собою кульками ізоляторами і з зовнішнього боку покритих захисним шаром. Резистивні плівки здатні проводити струм і мають навхрест розташовані електроди (X-, X +, Y-, Y +). При дотику, які провідні плівочки замикаються і утворюють між собою контакт, при цьому точка дотику утворює простий резистивний дільник:

Рисунок 27. Основа сенсорної панелі

Завдяки цьому координати дотику можна легко вирахувати. Для цього потрібно за допомогою АЦП призвести 2 вимірювання (але на практиці задіюється 4 канали АЦП мікроконтролера). Спершу на задню плівку подаємо постійну напругу, наприклад наші +5 В (на вивід X + подаємо 5В, а на вивід Х підключаємо до землі). При цьому, на кожній горизонтальній ділянці заднього шару, струм створює падіння напруги, пропорційно довжині ділянки, яке і потрібно нам рахувати. Щупом послугує передній резистивний шар, електроди якого замикаються і подаються на вхід АЦП. Це буде Х - а координата натискання. Аналогічно зчитується і У координата. Визначити натискання можна подавши так: подаємо на У - +5 В, а всі інші виводи ставимо в Hi - Z стан, появи на них нульового потенціалу буде сигналом того, що стався дотик.

Далі в цьому є розділі я опишу, чому я обрав саме резистивну сенсорну панель.

Застосування сенсорних екранів (Touch Screen) для управління різними пристроями дозволяє помітно здешевити і підвищити надійність не тільки самих пристроїв, але і зробити роботу з ними більш компактною, зручною і комфортною. Компанія Texas Instruments, що займає лідируючі позиції в сучасній електроніці, пропонує серію інтегральних мікросхем (ІМС) - контролерів сенсорних екранів (Touch Screen Controllers), значно спрощують розробку апаратури з найбільш поширеним типом сенсорних екранів - резистивними панелями.

Роздивимось коротко переваги сенсорних екранів порівняно з традиційними клавіатурними інтерфейсами. По-перше, виключаються витрати на придбання кнопок, операції складання і встановлення клавіатури, а крім того, сенсорний екран не вимагає додаткового місця, що дозволяє скоротити габарити пристроїв. Сенсорні екрани не містять рухомих частин, та принципи їх роботи не пов'язані з механічними системами, що сприяють високої надійності таких екранів і тривалому терміну їх служби.

По-друге, сенсорний екран - це дуже зручний, легко сприймається на інтуітивному рівні засіб взаємодії людини з пристроєм, так як власна операція управління зводиться до дотику до екрану в певній точці, де відображена необхідна інформація. А оскільки на ньому можуть бути показані тільки актуальні в даному режимі органи управління, оператору не потрібно знаходити потрібну кнопку серед багатьох. При цьому можливий і графічний ввід інформації, що дозволяє, наприклад, створити прилад, ідентифікуючий автограф людини, що практично неможливо при використанні звичайної клавіатури. Сенсорні екрани дозволяють ефективно працювати з географічними картами в системах навігації і GPS, різними схемами, планами будівель і т. д.

Окремо слід відзначити переваги застосування сенсорних екранів у промисловій апаратурі і при важких умовах експлуатації, тому, що виготовлення клавіатур із захистом від вологи і агресивних середовищ представляє дуже складну задачу. У польових умовах використання традиційної клавіатури і «мишки» взагалі дуже скрутно з багатьох причин, і в цьому випадку сенсорний екран є найбільш оптимальним рішенням. Перевагою останнього є також можливість роботи при слабкій освітленості і навіть у повній темряві без додаткової під світки, так як сенсорні екрани, як правило, мають вбудовану під світку.

Ще одна значна перевага сенсорного екрану - це те, що при модифікації приладу не потрібно переробляти клавіатуру, а значить і корпус. Необхідно тільки скорегувати програму для виводу на екран відповідної інформації і зображень нових «кнопок».

Що ж являє собою сенсорний екран? Він складається з відбиваючого екрану, на якому формується зображення органів управління та інша інформація, і прозорої сенсорної панелі, яка встановлюється перед екраном. Огляд ряду конструкцій сенсорних екранів наведено в [1] і на сайтах фірм-виробників, зокрема, компанії Winstar (www.winstar.com).

...