Разработка микропроцессорной системы управления на базе Arduino

Содержание

• Содержание 2
• Задание на контрольную работу 3
• Разработка схемы электрической принципиальной системы управления 4
• Описание работы 4
• Перечень элементов 4
• Разработка схемы в Fritzing 5
• Разработка алгоритма работы системы управления 6
• Таблица истинности работы релейно-контакторной схемы 6
• Структура и алгоритм работы программного обеспечения 7
• Блок-схемы алгоритмов работы 10
• Разработка программного обеспечения 11
• Создание нового проекта 11
• Функция инициализации 11
• Функция цикла 12
• Реализация алгоритма релейно-контакторной схемы 13
• Заключение 18
• Список использованных источников 19

1 Задание на контрольную работу

Разработать схему электрическую принципиальную микропроцессорной системы управления в соответствии с заданием.

• Подключить 3 кнопки к Arduino.
• Подключить потенциометр к аналоговому входу Arduino.
• Подключить 5 светодиодов к выходным каналам Arduino.
• Подключить реле с катушкой 5В к выходному каналу Arduino.
• Отобразить разработанную схему в Fritzing.
• Разработать программу для Arduino.
• На основе релейно-контакторной схемы разработать блок-схему работы реле K1. Привести описание выражения.
• Разработать программное обеспечение, реализующее релейно- контакторную схему управления по вариантам, где K1 – катушка и собственный дополнительный контакт, S1, S2, S3 – кнопки управления, A1 – сигнал с аналогового компаратора.

Схема под номером №28:

[IMAGE_1] Рисунок 1 – Релейно-контакторная схема Тип аналогового компоратора №1: 1/4 о.е. < Вход И Вход < 3/4 о.е.

Разработка схемы электрической принципиальной системы управления

Описание работы

В работе рассматриваются вопросы разработки и проектирования систем световой индикации и вывода информации на базе микроконтроллеров.

Задание заключается в построении схемы микропроцессора Arduino c различными элементами (такими как кнопки, светодиоды, резисторы и потенциометр в качестве реле с катушкой) и реализации программы соответствующую заданной схеме.

В результате работы студент будет знать физические процессы передачи и преобразования сигналов; основные функции и структуру современных микроконтроллеров; уметь программировать микроконтроллеры; использовать углубленные знания в области микропроцессорных систем управления (МСУ) и полупроводникового преобразования энергии в профессиональной деятельности; анализировать внутренние и выходные сигналы МСУ; владеть практическими навыками проектирования и исследования МСУ; способностью к профессиональной эксплуатации и разработки МСУ; методами исследования и анализа временных характеристик МСУ.

Перечень элементов

• Плата Arduino Uno – является наиболее распространённой микроконтроллерной платой из всей линейки Arduino. Она наиболее актуальна для проектов, в которых не требуется применения большого количества аналоговых (не больше 6) и цифровых устройств (не больше 14). Небольшие размеры, низкая стоимость и широкая доступность в магазинах электроники во многих случаях определяют выбор именно этой платы;
• Макетная плата;
• Кнопка (3 шт) – простейшее электромеханическое устройство (коммутатор цепи);
• Светодиод (5 шт) – полупроводниковый прибор, который излучает свет при пропускании через него в прямом направлении (от анода к катоду) электрического тока;
• Резистор (5 шт) – это сопротивление, которое позволяет ограничивать силу тока, переводя при этом часть энергии в тепло;
• Потенциометр – переменный резистор, с регулируемым значением сопротивления;
• Соединительные провода.

2.3 Разработка схемы в Fritzing

Fritzing – это программное средство с открытым кодом, предназначенное для облегчения процесса прототипирования проектов на базе популярных микропроцессорных платформ (Arduino, Raspberry Pi и т.д.).

Рисунок 2 – Схема, разработанная в Fritzing

Разработка алгоритма работы системы управления

Таблица истинности работы релейно-контакторной схемы

Таблица 2 – Таблица истинности положения, когда ключ К1 замкнут

3.2 Структура и алгоритм работы программного обеспечения

На рисунке 3 изображена блок-схема анализа состояния кнопок. Программа считывает с какой кнопки пришел сигнал и присваивает соответствующей глобальной переменной значение.

Рисунок 3 – Блок-схема

Разработка программного обеспечения

Создание нового проекта

В начале создания программы переобозначим кнопки и создадим глобальные переменные.

SB1, SB2, SB3 – обозначение кнопок 1,2,3 соответственно;
HL_SB1, HL_SB2, HL_SB3 – светодиоды для соответствующих кнопок;
HL_AA1 – светодиод потенциометра; HL_K1 – светодиод катушки реле;
Analog – аналоговый вход для потенциометра; Rele – резерв для подключения катушки реле; AA1, S1, S2, S3, K1 – глобальные переменные.

#define SB1 1
#define SB2 2
#define SB3 3
#define HL_SB1 9
#define HL_SB2 10
#define HL_SB3 11
#define HL_A1 12
#define HL_K1 13
#define Analog A0
#define Rele 7
uint8_t AA1, S1, S2, S3, K1;

Функция инициализации

Функция setup исполняется микроконтроллером один раз при запуске или перезапуске Arduino. Как правило она используется для инициализации входов/выходов платы, дополнительных функций и подгружаемых библиотек.

void setup() {
pinMode(SB1, INPUT_PULLUP); pinMode(SB2, INPUT_PULLUP); pinMode(SB3, INPUT_PULLUP);
pinMode(HL_SB1, OUTPUT); pinMode(HL_SB2, OUTPUT); pinMode(HL_SB3, OUTPUT); pinMode(HL_A1, OUTPUT); pinMode(HL_K1, OUTPUT); pinMode(Rele, OUTPUT);
AA1 = S1 = S2 = S3 = K1 = 0;
}

4.3 Функция цикла

Функция loop выполняется микроконтроллером циклично на протяжении всей работы и предназначена для размещения кода основной программы (цикла)

void loop() { Analize_SB(); Analize_Analog(); RKS();
Put_Indication();
};

void Analize_SB(void) {
if (!digitalRead(SB1)) {S1 = 1;} else {S1 = 0; }; if (!digitalRead(SB2)) {S2 = 1;} else {S2 = 0; }; if (!digitalRead(SB3)) {S3 = 1;} else {S3 = 0; };
};

void Analize_Analog(void) { uint16_t A = analogRead (Analog);
if ((A > 256) && (A < 768)) {AA1 = 1; } else {AA1 = 0; };
};

void RKS(void) {
M1: if (K1==1) goto M4; M2: if (AA1==1) goto M4; M3: if (S1==0) goto M6; M4: if (S3==0) goto M8; M5: if (S2==1) goto M8; M6: K1=0;

1;} else {S1 = 0; }; if (!digitalRead(SB2)) {S2 = 1;} else {S2 = 0; }; if (!digitalRead(SB3)) {S3 = 1;} else {S3 = 0; };

};

void Analize_Analog(void) { uint16_t A = analogRead (Analog);

if ((A > 256) && (A < 768)) {AA1 = 1; } else {AA1 = 0; };

};

void RKS(void) {

M1: if (K1==1) goto M4; M2: if (AA1==1) goto M4; M3: if (S1==0) goto M6; M4: if (S3==0) goto M8; M5: if (S2==1) goto M8; M6: K1=0;

M7: goto M_END; M8: K1=1; M_END:

return;

};

void Put_Indication(void) {

if (S1 == 1) { digitalWrite (HL_SB1, HIGH); } else { digitalWrite (HL_SB1, LOW); }

if (S2 == 1) { digitalWrite (HL_SB2, HIGH); } else { digitalWrite (HL_SB2, LOW); }

ОГУ 15.03.06. 2123. 923 ПЗ
Лист 12
Изм. Лист № докум. Подпись Дата

if (S3 == 1) { digitalWrite (HL_SB3, HIGH); } else { digitalWrite (HL_SB3, LOW); }

if (AA1 == 1) { digitalWrite (HL_A1, HIGH); } else { digitalWrite (HL_A1, LOW); }

if (K1 == 1) { digitalWrite (HL_K1, HIGH); } else { digitalWrite (HL_K1, LOW); }

};

4.4 Реализация алгоритма релейно-контакторной схемы

Рисунок 4 – Схема, при включенной кнопке 1

ОГУ 15.03.06. 2123. 923 ПЗ
Лист 13
Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Рисунок 5 – Схема, при включенной кнопке 2

ОГУ 15.03.06. 2123. 923 ПЗ
Лист 14
Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Рисунок 6 – Схема, при включенной кнопке 3

ОГУ 15.03.06. 2123. 923 ПЗ
Лист 15
Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Рисунок 7 – Схема, при работающем потенциометре

Рисунок 8 – Схема, при включенных кнопках 1,2,3 и работающем потенциометре

ОГУ 15.03.06. 2123. 923 ПЗ
Лист 16
Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Рисунок 9 – Схема, при выключенных кнопках и работающем потенциометре

ОГУ 15.03.06. 2123. 923 ПЗ
Лист 17
Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Заключение

В данной контрольной работе была разработана схема электрическая принципиальная микропроцессорной системы управления, создана программа для Arduino на основе релейно-контактной схемы, блок-схема работы реле и разработано программное обеспечение, реализующее релейно-контакторную схему управления по вариантам.

ОГУ 15.03.06. 2123. 923 ПЗ
Лист 18
Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Список использованных источников

1 Применение программно-аппаратных средств Arduino при разработке автоматизированных систем световой индикации и вывода информации / в 2 ч. Ч. 1: учебное пособие / Е.С. Шелихов, Э.Л. Греков, А.С. Безгин; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург: ОГУ, 2019. – 127 с.

ОГУ 15.03.06. 2123. 923 ПЗ
Лист 19
Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Эксперт

Анна

Всего несколько лет назад онлайн-курсы были почти полностью связаны с бизнес-сферой. Теперь дистанционный формат обучения – наша повседневность. Помогу разобраться с курсами, заданиями, итоговыми работами дистанционно!

Задать вопрос

Эксперт

Елена

Исследования ученых о взаимосвязи ума и красоты говорят о том, что умные люди – красивые!

Задать вопрос

Эксперт

Владимир

Секреты успешного обучения? Какие они? Точно не Chat GPT! Главное - это вера в себя и наличие ответственного помощника.

Задать вопрос

Эксперт

Алексей

У онлайн-обучения много плюсов. Но есть и минусы. Один из них – откладывание на потом. Если у Вас накопилось много задолженностей, обратитесь за помощью к нашим консультантам. Вместе составим график, шаг за шагом придем к нужному результату.

Задать вопрос

Представленная информация была полезной?

ДА

83.96%

НЕТ

16.04%

Проголосовало: 374

или напишите нам прямо сейчас:

⚠️ Пожалуйста, пишите в MAX или заполните форму выше.

В России Telegram и WhatsApp блокируют - сообщения могут не дойти.

Написать в MAX

Написать в Telegram

Написать в WhatsApp