Лабораторный стенд для изучения интерфейса SPI

Также в первой области есть управление режимами измерений. Кнопка “Температура” отправляет в COM - порт команду измерительному устройству собрать данные с термопары, подключенной к преобразователю MAX6675, и отправить собранные данные в COM - порт, с которыми будет работать ВП. Кнопка “Давление” отправляет в COM - порт команду измерительному устройству собрать данные с барометра BMP280 и отправить собранные данные в COM - порт, с которыми будет работать ВП. Кнопка “Влажность” отправляет в COM - порт команду измерительному устройству собрать данные с гигрометра BME280 и отправить собранные данные в COM - порт, с которыми будет работать ВП. В строке “Что измеряется в данный момент:” показываются: название измеряемой величины; название датчика; единицы измерения величины. В строке “Значение измеряемого параметра” показывается числовое значение величины, измеряемой в данный момент времени.

Кнопка “ВКЛ/ВЫКЛ” включает и выключает ВП.

График зависимости измеряемого параметра от времени имеет две оси. По оси абсцисс откладывается время в секундах, в течении которого измеряется тот или иной параметр, а по оси ординат откладываются значения измеряемого параметра.

Лицевая панель ВП, где и присутствует интерфейс пользователя, представлена на рисунке 1.6.1.1.

Рисунок 1.6.1.1 - Лицевая панель ВП

1.6.2 Разработка блок-диаграммы

Блок-диаграмма ВП представлена на рисунке 1.6.2.1.

Рисунок 1.6.2.1 - Блок - диаграмма ВП

Первая часть - это инициализация COM - порта. В этой части ВП выбранный пользователем COM - порт инициализируется с заданной тем же пользователем скоростью передачи данных. По умолчанию скорость передачи равна 9600 бод/с. В случае возникновения инициализации выбранного порта с заданной скоростью - выводится ошибка о невозможности инициализации и ВП прекращает свою работу. Инициализация COM - порта в ВП представлена на рисунке 1.6.2.2.

Рисунок 1.6.2.2 - Инициализация COM - порта в ВП

Следующая часть - это запись команды в порт. Для каждого режима измерения предусмотрен цикл, в котором происходит периодическая отправка команды в COM - порт. Запись команды в порт представлена на рисунке 1.6.2.3.

Рисунок 1.6.2.3 - Запись команды в порт

После записи команды в порт реализуется проверка записи ответа от измерительного устройства (ИУ) в выбранный порт. Если число байт равно нулю - то это значит, что ответ от устройства не пришёл. И до тех пор пока число байтов, записанных в порт в качестве ответа от ИУ не станет отличным от нуля - чтение измерительной информации из порта не начнётся. Проверка количества байт, записанных в порт, представлена на рисунке 1.6.2.4.

Рисунок 1.6.2.4 - Проверка количества байт, записанных в порт

Как только количество байт измерительной информации в буфере порта станет отличным от нуля - начнётся чтение этой измерительной информации из порта. После чтения данных - начнётся их преобразование из строки символов в числовой вид с последующим отображением в цифровом, текстовом и графическом виде. Если по каким-то причинам прочесть или преобразовать данные становится невозможным - выводится сообщение об ошибке, закрывается COM - порт и ВП прекращает свою работу. Чтение и отображение данных будет происходить до тех пор, пока пользователь не отключит ВП или пока не произойдёт ошибка чтения или преобразования.

Чтение и отображение измерительной информации представлено на рисунке 1.6.2.5.

Рисунок 1.6.2.5 - Чтение и отображение измерительной информации

После выключения пользователем ВП или после возникновения ошибки на одном из этапов работы ВП с выбранным COM - портом - порт следует закрыть и лишь после этого произойдёт прекращение работы ВП. Если же порт по закрыть не удаётся - то выводится ошибка и ВП прекращает работу.

Закрытие порта представлено на рисунке 1.6.2.6.

Рисунок 1.6.2.6 - Закрытие порта

1.7 Проверка работоспособности лабораторного стенда

На рисунке 1.7.1 показана проверка функционирования стенда в режиме измерения температуры воздуха в помещении.

Рисунок 1.7.1 - Проверка функционирования при измерении температуры

На рисунке 1.7.2 показана проверка функционирования стенда в режиме измерения атмосферного давления в помещении.

Рисунок 1.7.2 - Проверка функционирования при измерении давления

На рисунке 1.7.3 показана проверка функционирования стенда в режиме измерения относительной влажности воздуха в помещении.

Рисунок 1.7.3 - Проверка функционирования при измерении влажности

1.8 Выводы

В первой части выпускной квалификационной работы проведен теоретический обзор последовательного периферийного интерфейса SPI и платы Arduino Uno R3; выбраны датчики атмосферного давления, относительной влажности и температуры; разработана структурная схема лабораторного стенда; разработана и создана аппаратная часть лабораторного стенда; разработан алгоритм функционирования измерительного устройства; разработан алгоритм функционирования программы сбора и отображения измерительной информации; создано программное обеспечение для лабораторного стенда.

Результатами первой части выпускной квалификационной работы являются: полностью собранное и проверенное на работоспособность измерительное устройство; скетч для измерительного устройства, обеспечивающий его функционирование; программа сбора и отображения результатов измерений. Полученные результаты отвечают всем требованиям, предъявленным в задании. Код скетча для измерительного устройства приведён в приложении A настоящей выпускной квалификационной работы.



2. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ РАБОТЫ БАКАЛАВРА

Введение

Основной задачей дипломного проекта является разработка лабораторного стенда, предназначенного для изучения особенностей подключения датчиков, оснащенных интерфейсом SPI, к измерительной системе. Разработка ПО обеспечит функционирование стенда в операционных системах Windows XP и Windows 7, а также получение и отображение в графическом и текстовом виде измеренных величин.

В процессе разработки необходимы консультации научного руководителя, а также составление календарного плана проекта.

Согласно заданию на выпускную квалификационную работу, целями выполнения данного раздела являются:

· Разработка основных разделов бизнес-плана проекта;

· Организация и планирование работ по теме;

· Определение договорной цены;

· Оценка экономической целесообразности проведения работ по теме.

2.1 Разработка основных разделов бизнес-плана

2.1.1 Описание продукта

Продуктом является лабораторный стенд для изучения шины последовательного периферийного интерфейса SPI. Данный лабораторный стенд предназначен для изучения особенностей подключения датчиков и вторичных измерительных преобразователей, оснащенных шиной последовательного периферийного интерфейса SPI, к измерительной системе, его программирования и использования для сбора измерительных данных с датчиков.

2.1.2 Анализ рынка сбыта

Представленный продукт (лабораторный стенд) предназначен для внутреннего использования кафедрой Информационных систем института Кибернетики федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский технологический университет» МИРЭА. Также стенд может быть полезен другим кафедрам с различных институтов вышеобозначенного ФГБОУ ВО, нуждающиеся в аппаратных средствах при организации лабораторных работ для студентов при изучению последовательного периферийного интерфейса датчиков и вторичных измерительных преобразователей.

2.1.3 Конкурентоспособность

Данный лабораторный стенд разрабатывался под требования кафедры Информационных систем института Кибернетики ФГБОУ ВО «Московский технологический университет» МИРЭА. Таким образом, лабораторный стенд будет учитывать специфику только тех требований, которые были предъявлены Заказчиком со стороны вышеобозначенной кафедры.

На данный момент нет сведений об аналогичных продуктах (других лабораторных стендах), которые могли бы быть внедрены в работу. В связи с этим данный лабораторный стенд имеет высокую конкурентоспособность.

2.1.4 План маркетинга

Главным способом привлечения потребителей является реклама. Распространение рекламы можно реализовать в рамках ФГБОУ ВО «Московский технологический университет» МИРЭА следующими способами:

1. Размещение информационных сообщений на официальном сайте МИРЭА и сайте кафедр;

2. Доведение информации о системе до сотрудников посредством рассылки на электронную почту института;

3. Публикация научных статей в журнале “Вестник МГТУ МИРЭА”.

2.1.5 План производства

В составе проекта задействовано 2 человека, исполняющих следующие роли (роли руководителя и консультанта в данном случае исполняет один человек):

1. Руководитель (руководитель дипломного проекта) - отвечает за грамотную постановку задачи, контролирует отдельные этапы работы, вносит необходимые коррективы и исправления, а также оценивает качество выполненной работы в целом;

2. Консультант (консультант по специальной части дипломного проекта) - отвечает за консультирование в области технической части проекта: предлагает возможные пути решения задач, выбора инструментов разработки, способов разработки;

3. Разработчик (дипломник, инженер-приборостроитель) - реализация всех поставленных задач, в том числе проверка работоспособности готового продукта во всех режимах функционирования и подготовка проектной документации.

Состав задействованных в проекте участников представлен на рисунке 2.1.5.1.

Рисунок 2.1.5.1 - Состав задействованных в проекте участников

На разработку проекта отводится 60 рабочих дней. Этапы разработки представлены в таблице 2.1.5.1.

Таблица 2.1.5.1 - Этапы разработки

№ п/п	Наименование этапа	Срок выполнения, дни
1	Разработка ТЗ	2
2	Согласование ТЗ	3
3	Разработка ТЭО	2
4	Изучение НТД	10
5	Разработка лабораторного стенда и алгоритма его функционирования	5
6	Согласование разработок с требованиями Заказчика	3
7	Разработка ПО, необходимого для функционирования стенда	12
8	Отладка стенда и ПО	5
9	Оценка результатов отладки	3
10	Разработка и оформление эксплуатационных документов на стенд и необходимого ПО	15
Итого дней:	60

2.2 Организация и планирование работ

2.2.1 Организация работ

В таблице 2.2.1.1 представлены организационные этапы работ с указанием трудоёмкости и продолжительности работ для каждого исполнителя на каждом этапе.

Таблица 2.2.1.1. Организация работ.

П/п	Этап разработки	Кол-во дней	Сотрудник	Занятость на этапе, чел/дней
1	Разработка ТЗ	2	Руководитель	2
2	Согласование ТЗ	3	Руководитель	3
3	Разработка ТЭО	2	Разработчик	2
4	Изучение НТД	10	Руководитель	3
			Разработчик	7
5	Разработка лабораторного стенда и алгоритма его функционирования	5	Разработчик	5
6	Согласование разработок с требованиями Заказчика	3	Руководитель	3
7	Разработка ПО, необходимого для функционирования стенда	12	Руководитель	3
			Разработчик	9
8	Отладка стенда и ПО	5	Руководитель	2
			Разработчик	3
9	Оценка результатов отладки	3	Руководитель	1
			Разработчик	2
10	Разработка и оформление эксплуатационных документов на стенд и ПО	15	Руководитель	5
			Разработчик	10
Итого	60	60

2.2.2 График проведения работ

Календарный график исполнения проекта представлен на рисунке 2.2.2.1, из которого так же видно, что общий срок разработки составит 60 дней.

Этап
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Дни	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60

Рисунок 2.2.2.1 - График проведения работ

2.3 Определение договорной цены

Цена договорная = Себестоимость + Прибыль + НДС.

Статья 1

Расходы по статье 1 представлены в таблице 2.3.1.

Таблица 2.3.1. Затраты на материалы и покупные изделия.

№ пп	Наименование материалов	Единицы измерения	Количество	Цена за единицу, рубли	Стоимость, рубли
1	Flash-носитель, 1Гб	Шт.	2	420	840
2	Бумага А4	Пачка, 500 листов	2	250	500
3	Картридж для принтера (цветной)	Шт.	1	3 280	3 280
4	Картридж для принтера (чёрно-белый)	Шт.	1	2 500	2 500
5	Канцтовары	Комплект	1	500	500
Итого материалов	7 620
Транспортно-заготовительные расходы	1 143
Итого	8 763

Статья 2

Расходы по статье “Специальное оборудование” в данном проекте отсутствуют.

Статья 3

В таблице 2.3.3 приведён расчёт основной заработной платы. Оплата за день рассчитывается делением месячного оклада на 22 дня.

Таблица 2.3.3. Расчёт основной заработной платы.

№ пп	Наименование этапа	Исполнитель (должность)	Месячный оклад, рубли	Трудоемкость, чел/дни	Оплата за день, рубли	Оплата за этап, рубли
1	Разработка ТЗ	Руководитель	20 000	2	909	1 818
2	Согласование ТЗ	Руководитель	20 000	3	909	2 727
3	Разработка ТЭО	Разработчик	15 000	2	682	1 364
4	Изучение НТД	Руководитель	20 000	3	909	2 727
		Разработчик	15 000	7	682	4 774
5	Разработка стенда и алгоритма функционирования	Разработчик	15 000	5	682	3 410
6	Согласование разработок	Руководитель	20 000	3	909	2 727
7	Разработка ПО для стенда	Руководитель	20 000	3	909	2 727
		Разработчик	15 000	9	682	6 138
8	Отладка стенда и ПО	Руководитель	20 000	2	909	1 818
		Разработчик	15 000	3	682	2 046
9	Оценка результатов отладки	Руководитель	20 000	1	909	909
		Разработчик	15 000	2	682	1 364
10	Разработка и оформление эксплуатационных документов на стенд и ПО	Руководитель	20 000	5	909	4 545
		Разработчик	15 000	10	682	6 820
Итого	45 914

Статья 4

Дополнительная заработная плата (ДЗП) в среднем составляет 20-30% от суммы основной заработной платы (ОЗП).

ДЗП = ОЗП * 30% = 45 914 * 0.3 = 13 774 рубля.

Дополнительная заработная плата научного и производственного персонала составляет по проекту 13 774 рубля.

Статья 5

Отчисления на социальные нужды (страховые взносы - СВ) составляют 30% (22% - взносы в Пенсионный фонд, 5,1% - фонд обязательного
медицинского страхования, 2,9% - взносы в фонд социального страхования) от фонда оплаты труда (ФОТ), который состоит из основной и дополнительной заработной платы (ОЗП и ДЗП).

ФОТ = ОЗП + ДЗП = 45 914 + 13 774 = 59 688 рублей.

СВ = ФОТ * 30% = 59 688 * 0,3 = 17 906 рублей.

Взносы в пенсионный фонд = ФОТ * 22% = 59 688 * 0,22 = 13 131 рубль.

Фонд обязательного медицинского страхования = ФОТ * 5.1% = 59 688 * 0.051 = 3 044 рубля.

Взносы в фонд социального страхования = ФОТ * 2,9% = 59 688 * 0.029 = 1 731 рубль.

Статья 6

Расходы по данному разделу отсутствуют.

Статья 7

В процессе разработки данного проекта услуги сторонних организаций не использовались.

Статья 8

Накладные расходы (НР): принимают за 250% от основной заработной платы:

НР = ОЗП * 250% = 45 914 * 2.5 = 114 785 рублей.

Статья 9

По статье “Прочие расходы” затрат нет.

Себестоимость проекта

В таблице 2.3.4 представлен расчёт полной себестоимости проекта.

Таблица 2.3.4. Полная себестоимость проекта.

№ пп	Номенклатура статей расходов	Затраты, рубли
1	Материалы, покупные изделия и полуфабрикаты (за вычетом отходов)	8 763
2	Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ	0
3	Основная заработная плата научного и производственного персонала	45 914
4	Дополнительная заработная плата научного и производственного персонала	13 774
5	Страховые взносы в социальные фонды	17 906
6	Расходы на научные и производственные командировки	0
7	Оплата работ, выполненных сторонними организациями и предприятиями	0
8	Накладные расходы	114 785
9	Прочие прямые расходы	0
Итого	201 142

Прибыль

Норма прибыли (П) составляет 20 - 30% от себестоимости (С) разработки.

П = С * 30% = 201 142 * 0.3 = 60 343 рубля.

Налог на добавленную стоимость (НДС)

Разработка ведется на базе кафедры Информационных систем института Кибернетики ФГБОУ ВО «Московский технологический университет» МИРЭА, поэтому налог на добавленную стоимость (НДС) не взимается, следовательно, НДС = 0.

Договорная цена

Договорная цена определяется как сумма себестоимости (С) разработки, прибыли (П), и налога на добавленную стоимость (НДС).

Формула договорной цены (ДЦ):

ДЦ = П + С + НДС = 201 142 + 60 343 + 0 = 261 485 рубль.

2.4 Оценка экономической целесообразности проведения работ

Заключение

Экономическая целесообразность разработки лабораторного стенда для изучения шины последовательного периферийного интерфейса SPI датчиков и вторичных измерительных преобразователей для ФГБОУ ВО «Московский технологический университет» МИРЭА заключается в следующем:

1. Разработанный лабораторный стенд является уникальным, полностью адаптированным к условиям и нуждам Заказчика, учитывающим специфику и перспективы развития предприятия Заказчика;

2. Созданный лабораторный стенд позволит сократить трудоёмкость измерений и уменьшить влияние человеческого фактора при проведении измерений, что положительно сказывается на точности измерений;

3. Данная лабораторный стенд достаточно дешёвый и имеет дружественный интерфейс, интуитивно понятный пользователю стенда;

4. Разработанный лабораторный стенд позволит повысить качество знаний, получаемых студентами кафедры Информационных систем при изучении шины последовательного периферийного интерфейса SPI датчиков.

Произведенный экономический расчет позволил оценить соответствие ресурсов, затраченных на данную разработку и полученных доходов предприятия, что позволило сделать положительное заключение об экономической целесообразности работы. Выбор программных и организационно-технологических проектных решений обеспечил минимизацию финансовых, материальных и трудовых затрат.

Разработка данного лабораторного стенда является экономически целесообразной.

2.5 Выводы

Во второй части выпускной квалификационной работы был разработан бизнес-план проекта на разработку, создание и проверку на работоспособность лабораторного стенда по изучению последовательного периферийного интерфейса SPI, а также на разработку и создание программного обеспечения лабораторного стенда; составлен календарный график выполнения работ; был произведен расчёт трудозатрат и составлена смета затрат на выполнения проекта; проведено технико-экономическое обоснование целесообразности проекта. Договорная цена на разработку с учетом 30% прибыли составила 262 тысяч рублей. Использование данного лабораторного стенда не только практично, но и экономически целесообразно для кафедры Информационных систем института кибернетики ФГБОУ ВПО “Московский технологический университет” МИРЭА.

На данный момент нет сведений о других лабораторных стендах, которые могли бы быть использованы с целью изучения интерфейса SPI. Необходимость в рекламе разрабатываемого продукта может возникнуть только при использовании вне пределов предприятия.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выпускной квалификационной работе получены следующие результаты:

1. Был проведён теоретический обзор последовательного периферийного интерфейса и платы Arduino Uno R3, на основании которого были выбраны реальные датчики давления, влажности, термопара и АЦП, работающие по интерфейсу SPI и пригодные для подключения к Arduino Uno;

2. Разработана структурная схема лабораторного стенда, состоящая из персонального компьютера, платы Arduino Uno, датчиков и аналогово-цифрового преобразователя аналогового сигнала термопары в цифровой сигнал, жидкокристаллического индикатора.

3. Выбраны современные, аппаратные средства (датчики, индикаторы, аналогово-цифровые преобразователи сигнала термопары, кнопки, беспаечная макетная плата) для разработки и сборки аппаратной части лабораторного стенда на практике;

4. Составлен алгоритм функционирования программного обеспечения лабораторного стенда;

5. Разработан, создан и проверен на работоспособность лабораторный стенд, а также создано программное обеспечение лабораторного стенда, позволяющее наблюдать результаты измерений в графическом и текстовом виде;

6. В экономическом разделе выпускной квалификационной работы был разработан бизнес-план проекта, произведены расчёты трудозатрат и составление сметы затрат, связанных с разработкой и созданием лабораторного стенда и программного обеспечения к нему, а также с проверкой на работоспособность лабораторного стенда. Рассчитана договорная цена на разработку с учетом 30% прибыли, равная 262 тыс. руб.

В результате выполнения данной работы была разработана, создана и проверена на работоспособность измерительная система - лабораторный стенд, предназначенный для изучения интерфейсной последовательной периферийной шины SPI.

Основные характеристики лабораторного стенда:

? Измерение температуры воздуха в помещении в диапазоне от 0 °C до +500 °С с абсолютной погрешностью, не превышающей ±2 °С;

? Измерение атмосферного давления в помещении в диапазоне от 300 до 1100 гПа с абсолютной погрешностью, не превышающей ±0.09 Па;

? Измерение относительной влажности воздуха в помещении в диапазоне от 0 до 100% гПа с абсолютной погрешностью, не превышающей ±3 %;

? Передачу результатов измерений на индикатор и в ПК по команде пользователя;

? Возможность работы лабораторного стенда без ПК;

? Простое управление всеми датчиками посредством последовательного переключения датчиков с помощью тактовой кнопки;

? Отображение результатов измерения на экране монитора ПК в текстовом и графическом виде;

? Возможность использовать лабораторный стенд при выполнении лабораторных работ по изучению шины последовательного периферийного интерфейса SPI;

? Позволяет студентам на основе результатов данной ВКР получить практические полезные навыки, связанные с физическим подключением датчиков к плате Arduino Uno R3, а также с программированием лабораторного стенда для сбора и отображения данных с датчиков.

Разработанный, созданный и проверенный на работоспособность лабораторный стенд полностью отвечает всем требованиям, предъявленным в задание на выпускную квалификационную работу.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino / Пер. с нем. В.Н. Букирева; под общ. ред. Кондуковой Е.К; -- 2-е изд. -- СПб.: БХВ-Петербург, 2017. -- 256 с;

2. Блум Д. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства / Пер. с англ. В.К. Петина; под общ. ред. Кондуковой Е.К; -- СПб.: БХВ-Петербург, 2015. -- 336 с.: ил;

3. Иго Т. Arduino, датчики и сети для связи устройств / Пер. с англ. С.В. Таранушенко. -- 2-е изд. -- СПб.: БХВ-Петербург, 2015. -- 544 с;

4. ГОСТ Р 8.585-2001. Государственная система обеспечения единства измерений. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования. Введ. 01.07.2001; Действующий. УДК 536.531:669.231:006.354. Группа Т 86.6;

5. Data sheet Arduino Uno R3 [Электронный ресурс]: URL:http://radiodetalki.narod.ru/pribory/Arduino_Uno_R3.pdf (дата обращения 04.05.2017);

6. Data sheet MAX6675 Cold-Junction-Compensated K-Thermocouple-to-Digital Converter (0°C to +1024°C) [Электронный ресурс]: URL:https://www.sparkfun.com/datasheets/IC/MAX6675.pdf (дата обращения 04.05.2017);

7. Data sheet BMP280 Digital Pressure Sensor [Электронный ресурс]: URL:http://ru.mouser.com/ds/2/621/BST-BMP280-DS001-09-371189.pdf (дата обращения 04.05.2017);

8. Final data sheet BME280 Combined humidity and pressure sensor [Электронный ресурс]: URL:https://cdn-shop.adafruit.com/product-files/2652/2652.pdf (дата обращения 04.05.2017);

9. Data sheet I2C 1602 Serial LCD Module [Электронный ресурс]: URL:https://robom.ru/file/d9912b51694dc2252e1a489154dc3c3f/datasheet%20(I2C+LCD1602+дисплей).pdf (дата обращения 04.05.2017);

10. NXP Semiconductors N.V. UM10204. I2C-bus specification and user manual. Rev. 6 -- 4 April 2014. User manual [Электронный ресурс]: URL:http://www.nxp.com/documents/user_manual/UM10204.pdf (дата обращения 04.05.2017);

11. Петин В.А. Arduino и Raspberry Pi в проектах Internet of things. -- СПб.: БХВ-Петербург, 2016. -- 320 с;

12. Логан С. Управление несколькими периферийными устройствами по линиям шин SPI/I²C // Компоненты и технологии. - 208. - №7. - с.66-70;

13. Крамарухин Ю.Е. Приборы для измерения температуры. -- М.: Машиностроение, 1990. -- 208 с;

14. ГОСТ 22520-85. Датчики давления, разрежения и разности давлений с электрическими аналоговыми выходными сигналами ГСП. Общие технические условия. Введ. 01.07.86; Действующий. УДК 681.2.083.8.082.7:531.78:006.354. Группа П14;

15. ГОСТ Р 8.758-2011. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Гигрометры кулонометрические. Общие технические условия. Введ. 01.01.2013; Действующий. УДК 533.275.08:543.275.1.08:006.354. Группа Т 86.5;

16. ГОСТ 2.702-2011. Единая система конструкторской документации. Правила выполнения электрических схем. Введ. 12.05.2011; Действующий. УДК 744.43:621.3.062:006.354. Группа Т 52;

17. РД 50-34.698-90. Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов. Введ. 01.01.92; Действующий. УДК 628.012.011.56:006.354. Группа П87;

18. Рубичев Н.А. Измерительные информационные системы: Учебн. пособие: - М.: Дрофа, 2010. - 334, [2] c;

19. Щепетов А.Г. Основы проектирования приборов и систем: учебник и практикум для академического бакалавриата: - М.: Издательство Юрайт, 2016. - 334 c;

20. Суранов А.Я. LabVIEW 8.20: Справочник по функциям. -- М.: ДМК-Пресс, 2009. -- 537 с;



ПРИЛОЖЕНИЕ А.

СКЕТЧ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

#include <SPI.h>

#include <LCD_1602_RUS.h>

#include <Adafruit_BME280.h>

#include <Adafruit_BMP280.h>

#include <max6675.h>

#define BME_SCK 13

#define BME_MISO 12

#define BME_MOSI 11

#define BME_CS 10

Adafruit_BME280 bme(BME_CS);

#define BMP_SCK 9

#define BMP_MISO 8

#define BMP_MOSI 7

#define BMP_CS 6

Adafruit_BMP280 bmp(BMP_CS, BMP_MOSI, BMP_MISO, BMP_SCK);

int thermoDO = 3;

int thermoCS = 4;

int thermoCLK = 5;

MAX6675 thermocouple(thermoCLK, thermoCS, thermoDO);

LCD_1602_RUS lcd(0x3F, 16, 2);

const int BUTTON = 2;

int a = 0;

int val;

boolean lastButton = LOW;

boolean currentButton = LOW;

void setup()

{

Serial.begin(9600);

SPI.begin();

pinMode (BUTTON, INPUT);

lcd.init();

lcd.backlight();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(L"Загрузка...");

delay (5000);

}

boolean debounce(boolean last)

{

boolean current = digitalRead(BUTTON);

if (last != current)

{

delay(5);

current = digitalRead(BUTTON);

return current;

}

}

void loop()

{

currentButton = debounce(lastButton);

if (lastButton == LOW && currentButton == HIGH)

{

a = a + 1;

}

lastButton = currentButton;

if (Serial.available())

{

val = Serial.read();

if (val == '0')

{

a = 2;

}

if (val == '1')

{

a = 3;

}

if (val == '2')

{

a = 4;

}

}

if (a == 5)

{

a = 0;

lcd.clear();

}

if (a == 0)

{

a = 1;

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(L"Перезагрузка...");

delay (5000);

}

if (a == 1)

{

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(L"Нажмите кнопку: ");

}

if (a == 2)

{

if ((thermocouple.readCelsius()>1024)||(thermocouple.readCelsius()<0)||(thermocouple.readCelsius()==NAN))

{

a = 3;

}

else

{

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(L"Термометр ");

lcd.print("MX6675 ");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(L"T=");

lcd.print((float)thermocouple.readCelsius(), 2);

lcd.print(L" °C ");

Serial.println((float)thermocouple.readCelsius(), 2);

delay (1000);

}

}

if (a == 3)

{

if (!bmp.begin())

{

a = 4;

}

else

{

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(L"Барометр ");

lcd.print("BMP280 ");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(L"P=");

lcd.print((float)bmp.readPressure(), 2);

lcd.print(L" Па ");

Serial.println((float)bmp.readPressure(), 2);

delay (1000);

}

}

if (a == 4)

{

if (!bme.begin())

{

a = 5;

}

else

{

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(L"Гигрометр ");

lcd.print("BME280: ");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(L"Phi=");

lcd.print((float)bme.readHumidity(), 2);

lcd.print(L" % ");

Serial.println((float)bme.readHumidity(), 2);

delay (1000);

}

}

}

Приведённый скетч является примером реализации программы функционирования лабораторного стенда, которая обеспечивает конфигурацию и активацию реально подключенных датчиков к плате Arduino Uno R3, а также обеспечивает сбор измерительных данных с выбранного датчика с их последующим отображением на жидкокристаллическом индикаторе и передачей в персональный компьютер. Студенты, которые будут выполнять лабораторный практикум по дисциплине “Интерфейсы измерительных систем” должны, опираясь на этот скетч, модернизировать его в соответствии с заданием, написанным в методических указаниях к лабораторному практикуму. В данной ВКР методические указания не разрабатываются. Разрабатываются аппаратная и программная части стенда.



ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ОПИСАНИЕ СОЗДАННОГО МАКЕТА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

Созданный макет измерительного устройства, входящего в аппаратную часть разработанного и созданного лабораторного стенда для изучения шины последовательного периферийного интерфейса SPI, представлен на рисунке Б.1. Устройство подключается и питается от компьютера через USB-кабель.

Рисунок Б.1 - Созданный макет измерительного устройства

Состав измерительного устройства: гигрометр SPI, барометр SPI, термопара с АЦП SPI, индикатор, кнопка, беспаечная плата, Arduino Uno R3.

На рисунке Б.2 представлен экран загрузки измерительного устройства.

Рисунок Б.2 - Экран загрузки измерительного устройства

Инициализация измерений происходит по нажатию тактовой кнопки (расположенной на беспаечной плате c правой её стороны), о чём сообщает измерительное устройство через индикатор, который показан на рисунке Б.3.

Рисунок Б.3 - Оповещение о необходимости нажать тактовую кнопку

На рисунке Б.4 показано отображение измеряемой температуры воздуха.

Рисунок Б.4 - Отображение измеряемой температуры воздуха на индикаторе

На рисунке Б.5 показано отображение измеряемого давления.

Рисунок Б.5 - Отображение измеряемого давления на индикаторе

На рисунке Б.6 показано отображение измеряемой влажности воздуха.

Рисунок Б.6 - Отображение измеряемой влажности воздуха на индикаторе

После измерения и сбора данных со всех датчиков - устройство перезагружается для подготовки к новому циклу измерений и сбора данных с датчиков, о чём сообщается на индикаторе, что можно увидеть на рисунке Б.7.

Рисунок Б.7 - Перезагрузка измерительного устройства после сбора данных

Размещено на Allbest.ru

...