Разработка автоматизированной системы управления бытовой хлебопечкой на базе микроконтроллера

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное общеобразовательное учреждение

Оренбургский государственный университет

Факультет информационных технологий

Кафедра вычислительной техники

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

по курсу «Микропроцессорные системы»

 

Разработка автоматизированной системы управления бытовой 

хлебопечкой на базе микроконтроллера

 

ОГУ 230101.5107.02 ПЗ

 

 

 

 

 

 

Руководитель проекта

__________Бурькова Е.В.

“__”____________2008г.

Исполнитель

студент группы 04ВМК-2

__________Болтунов С.А.

“__”____________2008г.

 

 

 

 

 

 

Оренбург 2008 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Факультет информационных технологий

Кафедра вычислительной техники

 

 

 

 

 

 

Задание на курсовой проект

 

Исходные данные:   Разработать  микроконтроллерную систему,

                                   позволяющую управлять работой бытовой хлебопечки.

                                  Требования к системе:  точность поддержания

                                   температуры: 0,2 град. С;

 

                                    Разработать:  1. структурную схему;

                                                          2. функциональную схему;

3. электр. принципиальную схему  и спецификацию;

                                                         4. схему алгоритма программы;

                                                          5. текст программы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                             Дата выдачи задания      17    марта      2008г.

                                             Руководитель           Бурькова Е. В.

                                             Исполнитель

                                             студент группы 04 ВМК-2          Болтунов С.А.

                                             Срок защиты проекта  25  мая  2008 г.

 

 

 

 

Содержание

 

 

Введение

Аналоговые устройства обработки  сигналов продолжают занимать важное место в промышленной электронике. Это объясняется тем, что большинство  типов первичных преобразователей физических величин – датчики температуры, давления и прочие – являются источниками аналоговых сигналов, а многие исполнительные элементы в объектах управления – электродвигатели, электромагниты и т.п. – управляются непрерывно изменяющимся электрическим током. Сложные системы управления, основой которых являются цифровые вычислительные комплексы, сопрягаются с объектами управления и датчиками с помощью аналоговых и аналого-цифровых устройств. Все это стимулирует ежегодное появление в мире многих десятков новых моделей аналоговых и аналого-цифровых интегральных микросхем. /1/

Также всё больше различных устройств работают под управлением компьютеров. При этом, часто более удобным является не использование отдельного специализированного компьютера, а подключение устройства к персональному компьютеру. Это вызвано рядом причин:

- персональные компьютеры широко  распространены, что позволяет подключить устройство без больших дополнительных затрат;

- персональные компьютеры имеют  огромные возможности для визуализации получаемых сигналов;

- легко организовать запись  сигналов для их последующего  анализа;

- имеются широкие возможности  для математической обработки полученных данных;

- при необходимости изменения зависимости выходных сигналов от входных, изменению может подвергаться только программная часть, что существенно упрощает адаптацию устройства.

Таким образом, персональный компьютер  может применяться как устройство контроля и управления. Однако, очень часто сигналы, с которыми приходится иметь дело, имеют аналоговую форму, а компьютер, как известно, обрабатывает сигналы в цифровой форме. Для того, чтобы согласовать аналоговое оборудование с компьютером применяют цифро-аналоговые преобразователи, для превращения цифрового сигнала компьютера в форму, приемлемую для аналогового оборудования, и аналогово-цифровые преобразователи, для выполнения обратной функции.

Следовательно, задача построения АЦП, имеющего заданные характеристики, является очень актуальной. Данные преобразователи могут иметь различные характеристики и способы взаимодействия с ЭВМ.

 

  1 Формализация задачи проектирования

1.1 Техническое описание микропроцессорной системы

Принцип работы бытовой хлебопечки описывается следующим образом:

1. Сразу после включения устройства устанавливается текущее время при помощи цифровой клавиатуры;
2. После закладки ингредиентов осуществляется программирование устройства:
• нажать клавишу «1» и после того, как загорится красный светодиод, ввести время брожения теста (в зависимости от ингредиентов), ввод подтверждается клавишей «ENTER»;
• нажать клавишу «2» и после того, как загорится красный светодиод, ввести время, к которому должна быть готова выпечка, ввод подтверждается клавишей «ENTER»;
• запустить устройство в работу одновременным нажатием клавиш «1» и «ENTER».
3. Работа устройства:
• сразу после загрузки ингредиентов устройство замешивает тесто в течение 10 минут. Запуск мотора осуществляется по сигналу с микроконтроллера.
• устройство находится в состоянии ожидания до тех пор, пока это необходимо для готовности хлеба к определенному времени. После этого оно включается в работу. Время выпечки фиксировано: 4 часа.
• в течение всего времени брожения теста поддерживается постоянная температура в устройстве: имеется цифровой датчик температуры, который выдает ее значение в десятичной форме (2 знака). Если температура опускается ниже заданной на 2%, включается подогреватель; когда температура повышается выше заданной на 2% подогреватель выключается;
• в течение всего времени выпечки поддерживается заданная (как другая константа) температура в устройстве. Если температура опускается ниже заданной на 5%, то включается нагреватель; когда температура повышается выше заданной на 5%, нагреватель выключается;
• на цифровом дисплее постоянно отображается время, оставшееся до готовности хлеба;
• контейнер с хлебом вращается в течение одной минуты каждые 10 минут брожения теста и каждые 15 минут выпечки. Запуск мотора осуществляется по сигналу с микроконтроллера.
4. После окончания выпечки звучит звуковой сигнал из динамика устройства в течение 1 минуты. Частота сигнала 1 кГц.

1.2 Определение набора функционально-системных требований

• Диапазон измерения температуры: +20°С - +250°С
• Точность измерения температуры во время брожения: 0.2°С
• Ввод времени брожения теста
• Точность измерения температуры во время выпечки: 0.5°С
• Поддержка заданной температуры
• Отображение оставшегося до окончания выпечки времени
• Выдача звукового сигнала после окончания выпечки

1.3 Функциональная спецификация

Функции устройства:

• ввод времени с клавиатуры
• ввод чисел с клавиатуры
• измерение температуры датчиком
• включение/выключение электромотора
• включение/выключение нагревателя
• отсчет заданных интервалов времени
• выдача звукового сигнала
• вывод времени на экран
• обработка данных

 

Функция	Направление сигналов	Устройство
Ввод времени	вход	Клавиатура
Ввод чисел	вход	Клавиатура
Измерение температуры	вход	Датчик
Включение/выключение электромотора	выход	Интерфейс
Включение/выключение нагревателя	выход	Интерфейс
Отсчет интервалов времени	-	Таймер
Выдача звукового сигнала	выход	Динамик
Вывод времени на экран	выход	ЖК-дисплей
Обработка данных	-	МК

 

 

 

 

 

 2 Системно-алгоритмическое проектирование

2.1 Разбиение МПС на аппаратную  и программную части

Функции, выполняемые аппаратной частью МПС:

• выдача звукового сигнала
• ввод данных с датчика
• включение/выключение электромотора
• включение/выключение нагревателя
• отсчет заданных интервалов времени

 

Функции, выполняемые программной  частью МПС:

• ввод времени с клавиатуры
• ввод чисел с клавиатуры
• вывод времени на экран
• обработка данных

2.2 Разработка структурной схемы

Структурная схема проектируемой  микропроцессорной системы по управлению бытовой хлебопечкой приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Структурная схема МПС

 

 3 Разработка аппаратных средств МПС

3.1 Выбор и описание типа микроконтроллера

В данном курсовом проекте было решено использовать микроконтроллер ADuC812BS (рисунок 3.1).

Преобразователь ADuC812BS семейства MicroConverter™  фирмы Analog Devices является устройством, представляющим собой законченную систему сбора данных на одном кристалле, включающим микроконтроллер, Flash-память, АЦП и ЦАП.

Приведем характеристики данного  изделия:

1. Обработка входного и выходного аналогового сигнала:

• 8-канальный прецизионный 12-разрядный АЦП;

• Встроенный источник опорного напряжения 20ppm/оC;
• Высокая скорость выборок 200 кSPS;
• Контроллер канала прямого доступа к внешней памяти данных;
• Два 12-разрядных ЦАП с вольтовым выходом;
• Внутренний температурный сенсор.
2. Память:
• 8 Кбайт FLASH памяти программ;
• 640 байт FLASH памяти данных;
• Внутренний генератор подкачки заряда;
• 256 байт внутренней памяти данных;
• 16 Мбайт пространства внешней памяти данных;
• 64 Кбайт пространства внешней памяти программ.
3. Микропроцессорное ядро, совместимое с 8051:
• 12МГц номинальная частота [16МГц – макс.];
• Три 16-разрядных счетчика/таймера;
• 32 программируемые линии ввода/вывода;
• Порт с высоким током - Порт3;
• 9 источников прерываний, 2 уровня приоритета. 
4. Питание:
• Специфицирован для работы от 3В до 5В;
• Режимы: нормальный, холостой и дежурный;
• Последовательный порт UART;
• 2-Проводной (IІC) и/или SPI порт;
• Сторожевой таймер (WDT);
• Монитор источника питания.