Проанализируем сколько выводов нам необходимо (таблица 2.6).

Из таблицы видно, что достаточно одного порта в/в для подключения внешних устройств. Для подсчета времени работы воспользуемся таймером, поэтому в микроконтроллере должен быть хотя бы один таймер/счетчик. Аппарат будет работать в условиях комнатной температуры, вполне достаточно иметь корпус, рассчитанный на коммерческое использование (0ºС–70ºС).

Таблица 2.6 – Анализ количества необходимого количества выходов в/в

Будем пользоваться микроконтроллером Atmel AT89C1051, так как прост и используется в обычном DIP корпусе, обладает 1К Flash памяти, имеет достаточное количество выводов, работает на приемлемой частоте и напряжении, имеет 1 16-битный таймер.

3                   Разработка функциональной схемы

3.1           Источник питания

Рисунок 3.1 – Источник питания

Питается аппарат от источника 220В 50Гц, с помощью внешнего источника питания получим напряжение, значение которого не превышает 12В (рисунок 3.1). Необходимо подать на стабилизатор напряжение, имеющее пульсации в пределах 10%. Для этого воспользуемся полярным конденсатором. Рассчитаем его емкость. [31-40]

Для подстраховки от возможных отклонений напряжения в сети максимальный размер пульсаций не должен превышать 2В за период. Тогда С = 5000 мкФ.

Далее напряжение подается на трехвыводной стабилизатор напряжения 7805, с выхода которого получим постоянное напряжение в 5В.

Светодиод установлен, чтобы сигнализировать о включенном питании, резистор установлен для обеспечения необходимого тока светодиода. Так как светодиод светит при 20 мА, рассчитать сопротивление резистора не сложно: по закону Ома получим R = U / I = (5-2) / 0,02 = 150 Ом.

3.2 Микроконтроллер

Как было указано выше, для работы аппарата был выбран микроконтроллер Atmel AT89C1051 [29] (рисунок 3.2).

PDIP/SOIC

Рисунок 3.2 – Назначение выводов Atmel AT89C1051

Технические характеристики:

• Совместим с MCS-51™ продуктами;

• 1K байт программируемой flash памяти – рассчитанной: 1,000 запись/удаление циклов;

• 2.7V до 6V рабочий диапазон;

• 0 Hz to 24 MHz;

• 64 байт SRAM;

• 15 программируемых I/O выходов;

• Один 16-Bit Таймер/Счетчик;

• Три источника прерывания;

• Внутренний Аналоговый компаратор;

Описание:

AT89C1051 это низковольтный, высокопроизводительный CMOS 8-битный микроконтроллер с 1К байт программируемой памятью. Устройство собрано с использованием высоко плотной технологии и совместимо с индустриальным стандартом инструкций MCS-51™. Используя многослойный 8-битный CPU с памятью в монолитном чипе, делает Atmel AT89C1051 мощным микроконтроллером, обеспечивающим высокую гибкость и стоимостную эффективность решений множества ориентированных на контроль устройств.

В дополнение AT89C1051 проектировался со статической логикой для операций упавшей до нуля частоты и поддерживает два программно выбираемых энергосберегающих режима.

Подключение устройств к микроконтроллеру:

Список подключений и описание см. таблица 3.1. [42-46]

Таблица 3.1 – Подключения

3.3 Тактовый генератор

Используем осциллятор с частотой 24 МГц (рисунок 3.3). Ёмкость конденсаторов равна 30 пФ, что рекомендует производитель, описывая данную схему в технической документации. [29, 31-40]

Рисунок 3.3 – Тактовый генератор

3.4 Проверка уровня воды

Рисунок 3.4 – Схема проверки уровня воды

Схема проверки воды в баке состоит из излучающего фотоны светодиода и принимающего фотодиода [31-41] (рисунок 3.4).

Фотодиод находиться на трубке, соединенный с баком. Он установлен на уровне соответствующий минимальному уровню воды. В трубке находиться поплавок, который перекрывает фотодиод, когда уровень воды мал.

Для работы светодиода необходимо обеспечить ток 20мА, для этого установлены резисторы. Рассчитывается он просто: по закону Ома получим

R = U / I = (5-2) / 0,02 = 150 Ом.

Схема соединена с портом микроконтроллера Р3.7, с помощью которого программно будем проверять достаточно воды в баке или нет. Если высокий уровень, то воды достаточно, а если низкий, то воды не достаточно и необходимо проинформировать об этом пользователя, с помощью светодиода, отвечающего за низкий уровень воды (он будет мигать).

3.5 Индикатор уровня воды

Рисунок 3.5 – Индикатор уровня воды

Индикатор представляет собой светодиод зеленного цвета (рисунок 3.5), который будет светить, когда уровень воды достаточен, и мигать, если необходимо долить воду в бак. [31-41]

Для работы светодиода необходимо обеспечить ток 20мА, для этого установлены резисторы. Рассчитываются они просто: по закону Ома получим

R = U / I = (5-2) / 0,02 = 150 Ом

Схема присоединена к порту Р1.2, с помощью которого будем программно управлять светодиодом.

3.6 Схема управления шаговым двигателем

Как указывалось выше, для работы используется шаговый двигатель российского производства FL28STH32-0956A [13]. Вот некоторые его характеристики:

·                   Рабочий ток 0,95А;

·                   Крутящий момент 0,43 кг*см;

·                   Момент инерции ротора 0,9 г*cм2;

·                   Вес 0,11 кг.

Для работы мотора необходимо обеспечить ток в 0,95А для этого установлены блоки усиления (рисунок 3.6). Транзистор выбран так, чтобы обеспечить необходимый ток для работы шагового двигателя, а конкретно, если двигатель потребляет 0,95А, а выход микроконтроллера 20мА, то соответственно необходимый коэффициент усиления ≈50, для его обеспечения воспользуемся схемой Дарлингтона. [31-40]

Рисунок 3.6 – Сема управления шаговым мотором

Схема присоединена к 4 портам: с Р1.4 по Р1.7. Каждый порт отвечает за свою обмотку, таким образом, программно будем подавать сигнал на ту или иную обмотку и тем самым будем раскручивать ротор мотора.

3.7 Схема управления насосом

Для работы используется насос 2013 14Вт, имеющий отдельное питание от сети 220В, который включается с помощью низковольтного реле (рисунок 3.7). С помощью трубок он будет качать воду в стаканчики.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5