طراحی و شبیه سازی دماسنج کنترلی قسمت دوم

2-2) سنسور تشخیص دما LM35:

معروف ترین سنسور تشخیص دما موجود در بازار lm 35 میباشد ، این سنسور تغییرات دما را به ولتاژ انالوگ تبدیل میکند .
این سنسور دارای 3 پایه میباشد ، در صورتی که سنسور روربروی شما باشد (بتوانید نوشته هایش را ببینید ) اولین پایه سمت چپ vcc سنسور (متصل به 5 ولت میشود) ، پایه وسط ولتاژ خروجی (به میکرو متصل میشود) و پایه سوم گراند سنسور ست .

محدوده دمایی که این سنسور قادر به اندازه گیری ان میباشد بین -55 تا 150 درجه است و این سنسور به ازای هر درجه سانتی گراند 10 میلیولت ولتاژ خروجی را تغییر میدهد .
یعنی به ازای دمای 1 درجه ولتاژ خروجی سنسور 10 میلی ولت و به ازای 100 درجه خروجی سنسور 1 ولت میباشد
همچنین به ازای دمای -20 درجه خروجی سنسور -20 میلی ولت میباشد . از انجا که در سنسور پایه برای ولتاژ منفی به چشم نمیخورد ، برای اندازه گیری دمای منفی باید پایه vo سنسور را توسط یک مقاومت 1 کیلو به ولتاژ منفی متصل کنید (-5 ولت(

LM35 نیازی به کالیبره شدن نداردزیرا ذاتا کالیبره است. خروجی آن ^mv10 در ازای هر درجة سانتیگراد است. این سنسور دارای دقت در دمای اتاق و در تمام بازة کاربردی آن یعنی از -55 تا -150 است. امپدانس خروجی کوچک، خروجی خطی و کالیبراسیون دقیق ذاتی آن ارتباط با آن را برای بازخوانی و کنترل مدارات ساده می کند. از آنجائیکه این سنسور تنها ^ma60 از منبع جریان می کشد، خیلی کم افزایش دمای داخلی پیدا می کند

خلاصه ای از خصوصیات LM35 عباتست از :

● کالیبره شدة داخلی بر حسب سلسیوس.

● دارای مقیاس خطی .

● دقت تضمین شدة 0.5 ( در دمای 25 )

● بازة مجاز -55 تا -150 درجة سانتیگراد.

● قیمت مناسب پایین.

●کار با ولتاژهای 4 تا 30 ولت.

● جریان درین کمتر از 60.

● تولید گرمای داخلی کمتر از 0.08

● عملکرد غیر خطی تنها در حدود .

● امپدانس خروجی پایین، برای بار .

شکل 1-1 اشکال مختلف سنسور دماLM35

2-4) LCD :

LCD ها ابزاری برای نمایش اطلاعاتی هستند که شامل حروف و اعداد و همچنین برخی کاراکترهای گرافیکی می شود. بطور معمول در تجربیات اولیه در نمایش اطلاعات دیجیتال از نمایشگر های هفت قسمتی (seven segment) استفاده می شود که این نمایشگرها فقط ارقام (0 تا 9) و بعضی حروف مثل A b C را بصورت نه چندان زیبا نمایش می دهند. اما با بکار گیری LCD اطلاعات را بصورت زیبا و کاملتر می توان نمایش داد. البته استفاده از LCD برای مدارات ساده توصیه نمی شود و عموما آنرا همرا با میکروکنترلر یا CPU ها بکار می برند.

 

چیزی که از آن بعنوان LCD یاد می شود درواقع یک صفحه نمایشگر LCD مانندصفحه ماشین حساب است که همراه با آی سی کنترلر و مدارهای جانبی اش و عموما با لامپ پشت صفحه در یک بسته پیش ساخته عرضه می شود.

 همانطور که گفته شد LCD دارای یک کنترلر است که با فرستادن اطلاعات به آن این اطلاعات را در صفحه ای که عموما به چند سطر و ستون تقسیم شده نمایش می دهد. مثلا برای نمایش حرف “M” کافیست کد اسکی این حرف را طبق یک پروتکل ساده به LCD ارسال کنیم. همچنین می توان دستوراتی از قبیل پاک کردن صفحه نمایش، جابجایی مکان نما، خاموش روشن کردن مکان نما و غیره را نیز به LCD ارسال کرد.
LCD ها از طریق مقدار اطلاعاتی که میتوانند در صفحه نمایش بدهند انتخاب و خریداری می شوند.انواع معمول آن عبارتند از 16 ، 20 ، 32 و 40 کاراکتر در هر خط در 1 یا 2 یا 4 سطر. مثلا 2 در 16 یعنی صفحه دارای دو خط و هر خط 16 کاراکتر است. همچنین LCD موردنظر میتواند همراه با لامپ پشت صفحه (Back light) یا بدون آن انتخاب شود. LCD ها کاراکتر ها را در ماتریس های 5×7 pixel نمایش می دهند. در تصویر زیر یک نمونه 2 در 16 مشاهده می شود:

نمای پشتی:

تقریبا همه LCD ها دارای 16 پایه هستند که 8 خط آن مربوط به فرستادن یا خواندن داده ها یا دستورالعمل ها می باشد.  پایه های دیگر خطوط کنترل و ولتاژهای تغذیه می باشند. لیست کامل خط ها بقرار زیر است:

1- vss (زمین)

2-vdd (مثبت)

3-VEE (برای تنظیم کنتراست lcd)

4- RS (انتخاب ثبات) RS=1 برای انتخاب ثبات داده و RS=0 برای انتخاب دستورالعمل ثبات فرمان

5- R/W (گذرگاه داده 8 بیت) R/W=1 برای خواندن و R/W=0 برای نوشتن است.

6- E یا Enable (برای لچ کردن اطلاعات ارائه شده به پایه های داده اش استفاده می شود)

7- D0 تا D7(8 بیت خط داده برای ارسال اطلاعات به LCD)

8- پایه 15 ،آند led که برای روشنایی صفحه lcd میباشد که باید به مثبت وصل شود.

9- پایه 16 ،کاتد led که باید به منفی (زمین ) وصل شود.  

 Vee :برای تنظیم درخشندگی کاراکترها بکار می رود که باید ولتاژی بین صفر و 5 ولت به این پایه اعمال نمود. برای بیشترین درخشندگی این پایه را به زمین متصل کنید. انتخابگر ثبات داده / دستور مشخص می کند که چه چیزی به LCD فرستاده می شود. اگر این خط صفر باشدکنترلر LCD بایت موجود روی خطوط 7 تا 14 را بعنوان یک دستور تلقی کرده و اگر این پایه یک باشد اطلاعات را بعنوان یک کد اسکی که باید کاراکتر معادل آنرا نمایش دهد در نظر می گیرد. انتخابگر خواندن / نوشتن جهت اطلاعات را نشان می دهد. اگر این پایه صفر باشد اطلاعات به LCD ارسال می شود و اگر یک باشد عمل خواندن از LCD صورت می گیرد. فعال کننده: برای هر دستور یا داده ای که به LCD میفرستیم یا میخواهیم از آن بخوانیم باید یک پالس پائین رونده (یعنی تغییر از سطح یک به صفر) را به این پایه اعمال کنیم تا دستور یا داده بوسیله کنترلر LCD پردازش شود. در خطوط 7 تا 14 خط 7 کم ارزشترین بیت(LSB) و خط 14 پر ارزش ترین بیت (MSB) می باشد. در صورت تمایل به روشن کردن لامپ پشت صفحه ولتاژ 5 ولت را به پایه 15 اعمال و پایه 16 را به زمین متصل می کنیم. برای آزمایش می توان LCD را به پورت چاپگر متصل واطلاعاتی را به آن ارسال نمود. در این حالت بطور معمول خطوط داده پورت به خطوط 7 تا 14 و سه خط کنترلی به پایه های 4 تا 6 اتصال داده می شود توجه داشته باشید که ولتاژ تغذیه و لامپ پشت صفحه LCD توسط منبع خارجی تامین می شود.
روش فرستادن یک کاراکتر:
خط خواندن نوشتن را صفر کنید تا نوشتن انتخاب شود.
خط داده / دستور را یک کنید تا داده انتخاب شود.
کد اسکی کاراکتر مورد نظر را روی خطوط D0 تا D7 قرار دهید.
خط انتخاب را ابتدا یک و سیس صفر کنید. حداقل 450 نانو ثانیه باید این خط را صفر نگه دارید تا داده پردازش شود. بعد از آن حالت خط تاثیری نخواهد داشت.

در نقشه بالا میبینید که یک پناسیومتر به پایه 3 وصل شده است که برای تغییر کنتراست lcd میباشد این پناسیومتر را میتوانید 10کیلو یا 1کیلو انتخاب کنید وهمچنین در این نقشه پایه های 7و8و9و10 را به زمین وصل کرده ولی اگر هم وصل نکنید مشکلی نیست 6 پایه ای که اینور هستند باید به میکرو وصل کنیم و همچنین پایه های 16و15 در این نقشه نشان داده نشده که آند وکاتد led میباشند که همون طور که در بالا گفتم باید وصل شوند.

فصل سوم

نرم افزار

در این فصل سعی دارم که عملیات نرم افزاری که بخش عمده ی این پروژه را تشکیل می دهد را تفسیر کنم.

قصد دارم که با استفاده از نرم افزارهای مختلف سخت افزار های پروژه را به هم ارتباط بدهم.

LM35

باس ارتباطی

میکرو کنترلر

باس ارتباطی

LCD

(فلوچارت ارتباط کلی قطعات)

نرم افزارهای به کار رفته در این پروژه عبارتست از:

1. نرم افزار CodVision
2. نرم افزار Proteus

3-1) نرم افزار Codvision

کامپایلرها نرم افزارهایی هستند که کار ترجمه زبان های مختلف برنامه نویسی را برعهده دارند. هر زبان برنامه نویسی کامپایلر مخصوص به خود را دارد و برای برنامه نویسی به یک زبان خاص به کامپایلر مربوط به همان زبان نیازمند هستید و در واقع کامپایلر یکی از اولین نیازهای یک برنامه نویس است. CodeVisionAVRنام یک کامپایلر زبان C است که به طور تخصصی می تواند برای دانشجویان رشته های برق و سخت افزار کامپیوتر مورد استفاده قرار گیرد. این نرم افزار امکان برنامه نویسی برای میکروکنترلرهای AVR و برنامه ریزی آنها را فراهم می کند.

3-2) نرم افزار Protues

این نرم افزار قوی ترین نرم افزار شبیه سازی الکترونیک می باشد که 90% کارایی بالای آن در شبیه سازی IC های قابل برنامه نویسی یا همان میکروکنترلر ها از جمله میکرو کنترلر های AVR , PIC می باشد . تمامی افرادی که کمی با الکترونیک آشنا باشند این نرم افزار را به خوبی می شناسند و نیازی به معرفی ندارد . نرم افزار Proteuse  دارای 2 بخش می باشد . بخش اول طراحی مدار ها و شبیه سازی آن و بخش دیگر طراحی پشت فیبر برای مدار ها .

با این نرم افزار می توانید مداری را طراحی و اجرای آنرا شبیه سازی کنید. در هنگام شبیه سازی می توانید عوامل تاثیر گذار محیط واقعی مثل دمای اتاق را هم اعمال کنید و یا دمای خازن را برای ولتاژهای مختلف مشاهده کنید. رسم نمودارها، وجود دستگاه هایی مثل اسلسکوپ و … از امکانات ارزشمند این نرم افزارند.

وجود چندین مثال آماده (مثل شبیه سازی کامپیوتر Z80 یا طراحی گیم به صورت سخت افزاری و … ) از ویژگی های جالب این نرم افزار هست.

محیط این برنامه ساده بوده و این باعث افزایش سرعت طراحی می شود. از دیگر امکانات نرم افزار این است که حتی بعد از طراحی می توانید حالت سه بعدی آن را هم مشاهده کنید.

در این نرم افزار براحتی و در عین سادگی میتوانید تمام قطعات الکترونیکی را پیدا کنید و مدارات خود را با ان ببندید هم چنین اگر برنامه نویس هستید می توانید برنامه های خود را که برای کار با میکرو کنترلر ها نوشته اید را در آن اجرا کنید و از کم و کیف و مشکلات برنامه خود آشنا شوید.

Proteus اسم نرم افزاری برای طراحی مدارات الکترونیکی است.
که با آن می توانید مداری را طراحی و اجرای آنرا شبیه سازی کنید. در هنگام شبیه سازی می توانید عوامل تاثیر گذار محیط واقعی مثل دمای اتاق را هم اعمال کنید و یا دمای خازن را برای ولتاژهای مختلف مشاهده کنید. رسم نمودارها،وجود دستگاه هایی مثل اسیلسکوپ و … از امکانات ارزشمند این نرم افزارند.

نحوه کار با این نرم افزار را به طور اختصار توضیح می دهم :

درپروتوس شبيه سازی مدرات شامل مراحل زيراست :

-1 انتخاب قطعه ازکتابخانه و آوردن آن به صفحه شماتيک

-2 گذاشتن قطعه و اجرای سيمکشی بين انها

–3 ايجاد تغيير در مشخصات قطعه

طريقه آوردن قطعات ازکتابخانه :

اولین مرحله برای شبيه سازی اوردن قطعات ازکتابخانه ميباشد برای اوردن قطعات درمنوی انتخاب قطعات بر روی Divicesکليک کنيد تاوارد کتابخانه نرمافزار پروتوس شويد.

پس از انتخاب قعات و سیم کشی آنها مدار پروزه را به صورت زیر رسم میکنیم.

پس از طراحی مدار نوبت به راه اندازی میکرو و ریختن کد هگز آن می باشد. در ابتدا سورس کد میکرو را توسط برنامه Codvision می نویسیم و کد هگز را آن را می سازیم و سپس به روش زیر در میکرو می ریزیم.

ريختن کد هگزروی ميکرو :

بر روی ميکرو دوباره کليک کنيد ،پنجره ای مانند شکل زير باز مي شود ، برروی محل مشخص شده کليک کنيد و در پنجره ای که در ادامه باز ميشود کد هگز ر ا باز کنيد.

clock frequency مشخص کننده فرکانس کاری ميکرو مي باشد ،مقدارنوشته شده دراين قسمت بايد با مقدار کريستال ميکرو ،يکی باشد تا دستور ات تاخير و.. درست انجام شود.

نيز برخی از فيوزبيت ها ميکرو وجود دارد (مانند استفاده ازکريستال خارجی و… ) که درقسمت Advanced properties مي توانيد انهارا ويرايش کنيد ، دراين مورد عدد صفر ( 0) به نشانه برنامه ريزی و رقم 1 به نشانه عدم برنامه ريزی است.

بعدد از اعمال تنظیمات بر روی OK کلیک میکنیم و سپس در صفحه اصلی بر روی playکلیک میکنیم تا عملیات شبیه سازی انجام شود.

بعدد از اعمال تنظیمات بر روی OK کلیک میکنیم و سپس در صفحه اصلی بر روی playکلیک میکنیم تا عملیات شبیه سازی انجام شود.

:

میکرو کنترلر

باس ارتباطی

LCD

فلوچارت ارتباط صفحه نمایش و میکرو

 

 

 

LCD

باس ارتباطی

میکرو کنترلر

باس ارتباطی

LM35

فلوچارت ارتباطLM35 و صفحه نمایش و میکرو

فصل چهارم

جمع بندی

در این مقاله سعی شد که نگاهی نسبتا عمیق و دقیق به نحوه ی عملکرد پروژه و جنبه های مختلف آن داشته باشیم. پس از بررسی نرم افزاری و سخت افزاری پروژه ، حال به بررسی کاربرد های این پروژه در بسیاری از موارد می پردازیم. لازم به ذکر است در برخی کاربردها ، این پروژه نیاز به تغییراتی دارد تا کارایی آن را بیشتر سازد و یکی از محاسن این پروژه قابلیت انعطاف پذیری آن می باشد.

کاربرد ها :

به طور کلی می توان کاربردهای دما سنج کنترلی را به صورت زیر دسته بندی کرد: 

1. کاربرد در بحث مدیریت ساختمان (نشت یابی، ارزیابی اتلافهای گرمایش/سرمایشی و …)
2. کاربرد در سیستم های هوشمند صنایع مختلف از جمله صنایع ریخته گری
3. کاربرد در بخش کنترل کیفی (QC) (Quality Control)صنایع

پایان