AVR S tudio — это интегрированная отладочная среда разработки приложений для 8-разрядных RISC — микроконтроллеров семейств AVR (Tiny, Classic, Mega). Версия AVR Studio 4 объединяет средства управления проектами, текстовый редактор, Ассемблер и отладчик программ на языках Си и Ассемблер. Таким образом, AVR Studio 4 поддерживает проектировщика на стадиях разработки, отладки и верификации программного обеспечения. Кроме того, AVR Studio 4 поддерживает аппаратную платформу STK500, которая позволяет программировать все устройства AVR, и внутрисхемные эмуляторы ICE40, ICE50, ICE200, JTAG ICE [15]. Программа для устройства была написана и отлажена в среде для разработки AVR Studio. AVR S tudio- интегрированная среда разработки (IDE) для разработки 8-ми и 32-х битных AVR приложений от компании Atmel, работающая в операционных системах Windows NT/2000/XP/Vista/7. AVR Studio содержит ассемблер и симулятор, позволяющий отследить выполнение программы.
Текущая версия поддерживает все выпускаемые на сегодняшний день контроллеры AVR и средства разработки. AVR Studio содержит в себе менеджер проектов, редактор исходного кода, инструменты виртуальной симуляции и внутрисхемной отладки, позволяет писать программы на ассемблере или на C/C++.Характеристики AVR Studio: Интегрированный Ассемблер;
Интегрированный симулятор;
Поддержка инструментов Atmel, совместимых с 8-разрядной AVR архитектурой, в том числе AVR ONE!, JTAGICE mkI, JTAGICE mkII, AVR Dragon, AVRISP, AVR ISPmkII, AVR Butterfly, STK500 и STK600;Поддержка плагина AVR RTOS;Поддержка AT90PWM1 и ATtiny40;Интерфейс командной строки с поддержкой TPI. Ввиду ограниченных ресурсов микроконтроллерных систем исходные тексты их программ создаются и обрабатываются на персональном компьютере вплоть до получения исполняемой программы. В этом случае говорят, что инструментальная система другая, а ассемблирование называют кросс-ассемблированием (перекрестным ассемблированием). Существуют компьютерные программы, имитирующие работу микроконтроллеров, что может быть весьма полезно для отладки программ на инструментальных компьютерах (KEIL, 2550A.D.Software, Inc, IAR и т. д.) Такие методы моделирования работы программ называются математическими. При помощи инструментальных компьютеров и специальных приставок к ним осуществляется отладка программ в условиях, приближенных к реальной работе микроконтроллера с реальным изделием. Такие методы отработки называются эмуляцией.
Инструментальные компьютеры используются и для записи исполняемого файла в ПЗУ при помощи периферийного устройства, называемого программатором. Так, использование интегрированной среды проектирования AVR Studio, свободно распространяемой, дает возможность не только разрабатывать, но и отлаживать создаваемое программное обеспечение с помощью встроенного симулятора. Наконец, подключив к AVR Studio 4 стартовый набор разработчика STK500, можно проверить созданную программу непосредственно в целевом микроконтроллере, а подключив через разъем расширения дополнительные устройства, — и в составе системы. AVR S tudio состоит из нескольких панелей и модулей, каждый из которых выполняет часть общей задачи. Создание программ в среде AVR Studio происходит в виде проектов, каждый из которых имеет файл, сохраняющий информацию о проекте и входящих в него файлах, установки Ассемблера, пользовательские настройки и т. д. Рисунок 6.3 — Внешний вид программы AVR StudioОписание: AtmelStudio 6 позволяет осуществлять разработку и отладку на платформах AVR, AVR32 и ARM, поддерживает большое количество средств программирования и отладки для этих платформ, содержит встроенный компилятор С/С++ (GNU GCC).Редактор служит для написания программного кода, он полнофункционален, имеет подсветку синтаксиса, которая может быть изменена и дополнена пользователем. Окно редактора также используется при отладке, при этом точки возможного программного останова могут быть размещены на левой границе поля. Рабочее пространство разделено на несколько областей, расположение и комбинации которых можно изменять. Основная часть рабочего пространства отведена для написания кода, а все остальные элементы для отображения состояния микроконтроллера в режиме пошаговой отладки.
Таким образом, пока не будет запущена пошаговая отладка, эти элементы не активны. Наиболее важными и полезными рабочими областями являются: «Processor», «I/O View», «Memory». Рабочая область Processor отображает указатель команд, указатель вершины стека, частоту процессора, регистр SREG, а также 32 РОН во вкладке Registers. Регистры X, Y, Z, входящие в число 32-х регистров общего назначения, для удобства вынесены отдельно. Параметр StopWatch отображает время после включение питания контроллера (в данном случае это начало пошаговой отладки). С его помощью можно быстро определить, сколько времени занимает та или иная команда, цикл и т. д.Рисунок 6.4 — Рабочая область ProcessorРабочая область I/O View отображает состояние всех регистров, отвечающих за управление периферийными устройствами контроллера.
По каждому из устройств можно получить подробную информацию, если раскрыть соответствующую вкладку. Для примера рассмотрим вкладку TIMER_COUNTER1 (вкладка была открыта во время пошаговой отладки).Рисунок 6.5 — Информация о периферийных устройствах микроконтроллера.
При раскрытии списка TIMER_COUNTER1 отображаются все регистры, имеющие отношению к данному таймеру, их адреса (относительные и абсолютные) и значения (в шестнадцатеричном и побитовом представлении). Значения этих регистров доступны для изменения во время отладки программы. Рисунок 6.6 — Состояние таймера TIMER_COUNTER_1Рабочая область Memoryотображает содержимое памяти контроллера. На рисунке показано, что можно выбрать память данных (Data), память программ (Program)в EEPROM, регистров ввода/вывода (I/O), остальных регистров (Register).В графе Address можно ввести адрес интересуемого сегмента памяти в шестнадцатеричном виде, чтобы быстро перейти к отображению его содержимого, что является весьма удобным средством при отладке программ. Рисунок 6.7 — Окно MemoryУстановка ПОДля поддержки STK500 требуется AVR Studio версии 3.2 и выше. В приложении приведен загрузочный файл для версии 6.
16.Для инсталляции AVR Studio вставьте компакт-диск приложения в компьютер и скопируйте файл «AvrStudio416Setup.exe» в любую свободную папку на жестком диске, запустите. В ходе инсталляции будем предложено ввести директорию, в которую будет устанавливаться AVR Studio. Для стабильной работы приложения, этот путь должен быть максимально простым, например, «C:AVR», и не должен содержать кириллические символы. Работа с ПОПосле установки AVR Studio создадим проект. Для этого нужно открыть вкладку «Project» и выбрать «NewProject». После этого откроется окно с выбором свойств проекта. Тип проекта определяет, на каком языке будет написано приложение. В данной работе приведены приложения, созданные только с использованием Atmel AVR Assembler. Для использования AVR GCC требуется дополнительно установить приложение WinAVR перед установкой AVR Studio.
Также указывается имя проекта, имя исходного файла и расположение проекта. Рисунок 6.8 — Окно «Создание проекта"После указания основных свойств проекта можно перейти далее и указать свойства проекта более подробно. В частности, предлагается указать отладочную платформу и наименование микроконтроллера. В данной работе использовался программный симулятор AVR Simulator и микроконтроллер ATmega88. Рисунок 6.9 — Окно «Создание проекта», Создание проекта завершено, и можно переходить непосредственно к написанию и отладке программы. Для того чтобы загрузить программу в микроконтроллер необходимо вызвать компиляцию программы на панели управления. Если в программе имеются ошибки, то их нужно устранить, в противном случае исполняемый файл не будет создан. Желательно, чтобы работы программы была предварительно проверена с помощью программного симулятора, так как количество числа стираний/записи в Flash-память микроконтроллера ограничено. Рисунок 6.10 — Выбор используемых аппаратных средств.
Далее нужно выбрать элемент «Connection» на панели управления. В раскрывшемся окне необходимо указать имеющуюся в наличии платформу (программатор) и номер COM-порта, к которому он подключен, после чего нажать «Connect». Стоит отметить, что питание у стенда STK500 должно быть включено. Рисунок 6.11 — Настройки программатора После соединения AVR Studio с платформой STK500 откроется окно программатора. Чтобы записать программу в микроконтроллер во вкладке Flash нужно выбрать исполняемый файл с расширением .hex. Важно отметить, что при смене проектов имена загружаемых файлов не меняются автоматически в строке адреса, а потому стоит внимательно проверять их при каждом запуске программатора. Функция Verify позволяет проверить сохранность файла (выполняется проверка контрольной суммы). Функция Read позволяет считать файл, записанный в микроконтроллер ранее. Для записи данных в EEPROM используется аналогичный набор функций. 6.3 Программа работы микроконтроллераAVRStudio позволяет писать программу как на языке низкого уровня — Assembler, так и на языке C. Наша программа написана на языке Assembler. Этот язык позволяет нам рациональнее использовать программную память микроконтроллера, что не маловажно при больших размерах программы и при использовании сложных конструкций подпрограмм. Программа не имеет команды останова и выполняется циклически, пока микроконтроллер подключен к питанию. Основные команды и процессы описаны в комментариях в тексте программы. Рассмотрим несколько подпрограмм, которые выполняют в нашем приборе те или иные функции. АЦП — аналого-цифровой преобразователь, в данной системе используется для определения и расчета данных, полученных от датчика влажности HIH4010−004.ACP_init-подпрограмма настройки АЦПldir16,0b10000000;outADCSRA, r16;nop;Пропускаем один машинный циклldir16,0b10000111;outADCSRA, r16;nop; Пропускаем один машинный циклldir16,0b00100000;outADMUX, r16;nop; Пропускаем один машинный циклret1) Установив 1 в бите № 7 регистра ADCSRA мы разрешаем работу АЦП — включаем аппаратную часть микроконтроллера, которая выполняет преобразование аналогового сигнала в цифровой, методом последовательного приближения.
2)Битами 0−2 регистра ADCSRA настраивается делитель тактовой частоты процессора, в нашем случае, делитель равен 128.
3)В регистре ADMUX настраиваем формат данных (правосторонний или левосторонний) и битами 0−4 выбираем вывод микроконтроллера, к которому подключен датчик влажности.
4)Инструкция NOP — это инструкция не имеющая действия, она использована для того, чтобы АЦП успел корректно записать все настройки, которые были к нему применены. Инструкция RET — возвращает вектор выполнения основной программы на то место, из которого была вызвана подпрограмма настройки АЦП. На этом настройка АЦП окончена, теперь, при запуске преобразования, АЦП правильно рассчитает цифровое значение — соответствующее уровню входного сигнала, полученного от датчика влажности.
1.8. 2 UART -интерфейс для связи микроконтроллера и модема.
Рассмотрим три подпрограммы, обеспечивающие общение микроконтроллера и модема. Первая подпрограмма настраивает UART таким образом, чтобы все настройки его совпадали с настройками UARTа модема WISMO228. Вторая и третья — обеспечивают передачу и прием соответственно. UART_init:Настройка UARTldir16,24outUCSR0B, r16ldir16,0×86stsUCSR0C, r16ldir16,0×00stsUBRR0H, r16ldir16,0×01outUBRR0L, r16retВ регистре UCSR0B настраиваются запрет или разрешение выполнения прерываний по приему или передаче, включение и выключение приемника и передатчика, длинна передаваемого и принимаемого байта. В регистре UCSR0С мы выбираем синхронный или асинхронный режимы передачи данных, четность, устанавливаем количество стоп-битов.В регистрах UBRR0H и UBRR0L настраивается скорость обмена данными. UART_rec:Передача данных UartCKL: ldsr17,UCSR0Asbrsr17,5rjmpUartCKLstsUDR0,r16retОтправка данных в UART происходит следующим образом, сначала реализуется цикл, в котором мы определяем, свободен ли регистр данных, и готов ли он для загрузки байта для отправки в UART, как только регистр освобождается мы отправляем в него передаваемый нами байт. UART_res:Приемданныхcallinterruptldir16,0×30ldir20,1ldir18,0x3Aclrr31ldir30,1okz1:clrr16sbicUCSR0A, RXC0rjmpcht11cpser30, r20 rjmpokexit1rjmpokz1cht11: inr16,UDR0cpser16,r18rjmpokz1 incr31okk1: clrr16sbicUCSR0A, RXC0rjmpcht12cpser30, r20 rjmpokexit1rjmpokk1cht12: inr16,UDR0incr31cpir31,5brneok11sts1204,r16ok11:cpir31,6brneok12sts1201,r16ok12:cpir31,7brneok13sts1200,r16ok13:cpir31,8brneok14sts1202,r16ok14:cpir31,9brneok15sts1203,r16ok15:cpir31,27brshokexit1rjmpokk1okexit1:ret"callinterrupt".
— вызываем подпрограмму настройки прерывания, если модем по какой либо причине не ответит нам на запрос, то по окончании времени, отведенного на прием, микроконтроллер сам выйдет из цикла ожидания ответа, в противном случае, микроконтроллер останется в цикле ожидания до тех пор, пока модем не ответит либо пока микроконтроллер не будет перезагружен. В ветке «okz1:» организован цикл ожидания байта и проверка на переполнение таймера ожидания. В остальных циклах — Okl1-Okl5 происходит запись пяти байт, полученных от модема. Количество байт может быть любым, и способы приема байт тоже могут быть разными, для нас было удобнее организовать прием таким образом, так как принятые байты мы сохраняем в определенных ячейках оперативной памяти микроконтроллера. Рассматривать весь код не имеет смысла, так как он имеет размер в 20`000 строчек кода, поэтому я привел примеры всего нескольких подпрограмм, отображающих основные процессы, протекающие в приборе. Все подпрограммы выполняются в строгой последовательности, в них определяется значение температуры и влажности, принимаются решения о включении или выключении исполнительных устройств, происходит обмен данными с модемом, в экстренных случаях происходит отправка сообщений на номера телефонов лиц, которые занимаются обслуживанием теплиц, а так же происходит прием и обработка входящих СМС, посредством которых выполняется управление и настройка прибора на расстоянии.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной дипломной работе быласпроектированасистема на основе работы микроконтроллераATmega256, которая осуществляет регулирование влажности и контроль температуры в теплице. В ходе выполнения данной работы был произведен анализ принципов работы систем управления поддержанием технологических параметров теплиц, измерения параметров, полное управления каждой отдельной подсистемой. АСУ ТКГМК позволяетв автоматическом режиме поддерживать заданные параметры микроклимата и в теплице. Повышение гибкости системы возможно с помощью применения в качестве задающего и контролирующего устройства центральной ЭВМ тепличного комплекса. Разработанная система позволяет:
повысить урожайность и улучшить качества продукции по сравнению с традиционными методами;
— эффективно использовать энергоресурсы, существенно уменьшая себестоимость производимой продукции;
— максимально эффективно использовать возможности исполнительных систем, возможности культивирование различных видов культур растений;
— поддерживать заданные параметры микроклимата в течение всего года. Основной причиной создания АСУ ТКГМК является высокая экономическая эффективность, получаемая как за счет повышения урожайности, так и вследствие значительной экономии ресурсов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Пушкарев О. GSM-модуль начального уровня WISMO 218 // Новости электроники.
2009. № 10. с.
15−18Техническое описание. www.sierrawireless.com/ en/Support/Downloads.WISMO228.Изаков Ф. Я., Попова С. А. Энергосберегающие системы автоматического управления микроклиматом. — ЧГАУ 2003. 231 c. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные устройства. Справочное пособие/ Б. Д. Кошарский. ;
Л.: Машиностроение, 1976, — 347 c. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. — М.: Энергоиздат, 2012, — 124 c. Гурвич Л. Ч. Статистические и динамические характеристики многопролётной блочной системы: // РИСХ. — М.: 2008.
Попова С. А. Энергосберегающая система автоматического управления температурным режимом в теплице: Диссертация к.т.н. — ЧГАУ 2010, 176 c. Рысс А. А., Гурвич Л. И. Автоматическое управление температурным режимом в теплицах. — М.: Агропромиздат, 2005, 213 c. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные устройства. Справочное пособие/ Б. Д. Кошарский. — Л.: Машиностроение, 2011. 411 c. Беликов Ю. М. Автоматизация управления микроклиматом в тепличных комбинатах. Техника в с/х № 1, 2006.
с. 21−24Гончарук Н.С., Лебл Д. О. Новые направления в автоматизации микроклимата теплиц.//Механизация и электрификация с/х. — № 2, 2007, с. 24−27Трамперт, В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR-микроконтроллеров / В. Трамперт; пер. с нем. — Киев.: МК-Пресс, 2006. -.
208 с. Кравченко, А.В. 10 Практических устройств на AVR-микроконтроллерах/ А.В. Кравченко// Книга 1 — М.:Издательский дом «Додэка-XXI», Киев «МК-Пресс», 2008. 224с. Кестер, У.Н. Аналогово-цифровое преобразование / У.Н. Кестер// Под ред. У. Кестера. — М.: Техносфера, 2007. 1016 с. Волович, Г. И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств/ Г. И. Волович.
М.: Додэка-XXI, 2005. 528 с. Yandex: ATMEL 8-разрядный AVR-микроконтроллер ATmega 256. Datasheet /Электронный ресурс URL.:
http://atmel.ruYandex: LM7805. 1.2V to 37V voltage regulator. Datasheet /Электронный ресурс URL:
http://www.datasheetarchive.comМальцев, П. П. Цифровые интегральные микросхемы / П. П. Мальцев. М.: Радио и связь, 1994.
240 сПетров, И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / И. В. Петров. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. 256 с. Дьяконов, В. П. Генерация и генераторы сигналов / В. П. Дьяконов.
М.: ДМК Пресс, 2009. 384 с. Голубева, Ю. Л. Типовые нормы времени на разработку конструкторской документации/ Ю. Л. Голубева. М.: Экономика, 1991.
44 с. Евстифеев, А. В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя / А. В. Евстифеев. М.: Додека-XXI, 2007. 592 с. Хемминг, Р.
В. Цифровые фильтры / Р. В. Хемминг. М.: Недра, 1987. 221 с. Рабинер, Л.
Теория и применение цифровой обработки сигналов / Л. Рабинер, Б. Гоулд. М.: Мир, 1978.
847 с. Баскаков, С. И. Радиотехнические цепи и сигналы / С. И. Баскаков. М.: Высшая школа, 1988. 448 с. Мамаев, В. Я. Воздушная навигация и элементы самолетовождения/ В. Я. Мамаев, А.
Н. Синяков, К. К. Петров, Д. А. Горбунов; СПбГУАП. СПб., 2002.
256 с. Бузыкин, Г. А. Радиотехническое оборудование летательных аппаратов/ Г. А. Бузыкин, В. И. Вертоградов, М. В. Подашевский. М.: Воениздат, 1970, 416 с. Операционные усилители и компараторы: Справочник. Том 141 М.:Додэка-XXI: 2002- 560 с. Богданченко, Н.М., Курсовые системы и навигационные автоматы самолетов гражданской авиации/ Н. М. Богдаренко, Г. Ю. Волошин, В. С. Белых. М.:Транспорт, 1971. 268 с. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение.
Издание второе, исправленное и дополненное — М. ДОДЭКА, 1998 г., 400 с. Аверин, С. В. Проектирование печатных плат устройств силовой электроники на основе САПР OrCAD и P-CAD/ С. В. Аверин. М.:Додэка: 2009,88 с. Сердюк, В. С. Безопасность жизнедеятельности: Методические указания к самостоятельным работам / В. С. Сердюк, Игнатович И. А., Кирьянова Е. Н., Стишенко Л. Г. Омск: ОмГТУ, 2007. ГОСТ 23 752–79. Платы печатные. Общие технические условия.
ГОСТ Р 52 003;2003.
Уровни разукрупнения радиоэлектронных средств. Термины и определения.
ГОСТ Р 50 923−96 «Дисплеи. Рабочее место оператора. Общие эргономические требования и требования к производственной среде. Методы измерения».ГОСТ 12.
0.003−74* «ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация"ГОСТ 12.
1.038−82* «Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов"ГОСТ Р 50 948−2001 «Средства отображения информации индивидуального пользования. Общие эргономические требования и требования безопасности"ГОСТ Р 50 949−2001 «Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерения и оценки эргономических параметров и параметров безопасности»:ГОСТ 12.
1.004−91 «Пожарная безопасность. Общие требования"Сан.
ПиН 2.
2.2/2.
5.1340−03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы"СНиП 23−05−95 «Естественное и искусственное освещение"Сан.
ПиН 2.
2.5. 548−96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений"СНиП 41−01−2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».ГН 2.
2.6. 009−94 «Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны».СН 2.
2.4/2.
1.8. 562−96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки"НПБ 88−2001 «Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования"НПБ 104−03 «Системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах в зданиях и сооружениях».
