Реализация устройства автоматического полива почвы

Разработка устройства, предназначенного для измерения сопротивления, индикации состояния и орошения почвы с возможностью адаптации к различным видам грунта. Описание основных модулей микроконтроллера AVR АТMEGA 8А. Реализация программы управления поливом.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Реферат

Данная пояснительная записка содержит: 38 страниц, 12 рисунков, 2 таблицы, 7 источников по перечню ссылок, 1 приложение.

Целью данного курсового проекта является практическое применение знаний, полученных в различных областях науки в пределах таких курсов, как "Микропроцессоры и микроконтроллеры", "Компьютерная электроника", "Проектирование специализированных микропроцессорных систем", а также "Программирование" для реализации полученного технического задания.

Результат выполнения задания - реализация устройства, предназначенного для измерения проводимости почвы на микроконтроллере AVR АТMEGA 8А. Принцип измерения основан на явлении резистивного изменения сопротивления почвы. Устройство измеряет сопротивление почвы, индицирует ее состояние и сигнализирует о чрезмерном пересыхании почвы. При этом осуществляется автоматическая подача воды для полива в зависимости от состояния грунта. Осуществляется реализация обмена данными с персональным компьютером по протоколу UART.

В пояснительной записке представлены этапы перехода от словесного описания поставленной задачи до конкретной реализации в виде функционирующего устройства. Выполнены все этапы проектирования от технического задания до реализации проекта в выбранной элементной базе (микроконтроллер ATMEL ATmega8A,) с использованием сред WinAVR и CodeVisionAVR.

МИКРОКОНТРОЛЛЕР, НАГРУЗКА, ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ, ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, УПРАВЛЕНИЕ, ВСТРОЕННЫЙ, LCD-ДИСПЛЕЙ.

Содержание

Введение

1. Техническое задание

1.1 Назначение устройства

1.2 Требования к реализации

1.3 Входные/выходные параметры

2. Техническое предложение

2.1 Элементная база

2.2 Алгоритм реализации

3. Эскизный проект

3.1 Описание основных модулей микроконтроллера

3.1.1 Интерфейс SPI

3.1.2 LCD - экран

3.1.3 Интерфейс USART

3.1.4 Интерфейс I²C

4. Технический проект

4.1 Разработка проекта.

4.2 Описание интерфейса.

4.3 Реализация основных функций

5. Рабочий проект

5.1 Компиляция проекта

5.2 Прошивка

5.3 Физическое тестирование

Выводы

Перечень ссылок

Приложение А. Исходный код основной программы модуля управления

Введение

Задачей данного курсового проекта было практическое применение знаний, полученных ранее в различных областях науки, для реализации конкретного технического задания.

Результатом выполнения такого задания являлась реализация устройства, предназначенного для измерения проводимости почвы на микроконтроллере AVR АТMEGA 8А. Принцип измерения основан на явлении резистивного изменения сопротивления почвы.

В пояснительной записке представлены этапы перехода от словесного описания поставленной задачи до конкретной реализации в виде функционирующего устройства. Выполнены все этапы проектирования от технического задания до реализации проекта в выбранной элементной базе. Также выполнено программирование микроконтроллера AVR АТMEGA 8А.

Микроконтроллеры семейства AVR за сравнительно короткое время завоевали заслуженную популярность во всём мире.

Atmel Corporation -- изготовитель полупроводниковых электронных компонентов. Компания основана в 1984 году. Один из лидеров производства микроконтроллеров (MCS-51, ARM, AVR, AVR32). Также разрабатывает и производит небольшие модули энергонезависимой памяти для электронных изделий, ПЛИС, цифровые микросхемы-радиоприёмники и передатчики, сканеры отпечатков пальцев.

Продукция Atmel широко применяется в компьютерных сетях, промышленности, медицине, связи, автомобилях, космосе, военных устройствах, а также кредитных картах.

Микроконтроллеры AVR имеют гарвардскую архитектуру (программа и данные находятся в разных адресных пространствах) и систему команд, близкую к идеологии RISC. Процессор AVR имеет 32 8-битных регистра общего назначения, объединённых в регистровый файл. В отличие от "идеального" RISC, регистры не абсолютно ортогональны

AVR, пожалуй, одно из самых интересных направлений, развиваемых корпорацией Atmel. Они представляют собой мощный инструмент для создания современных высокопроизводительных и экономичных многоцелевых контроллеров.

На настоящий момент соотношение "цена - производительность - энергопотребление" для AVR является одним из лучших на мировом рынке 8-разрядных микроконтроллеров. Объемы продаж AVR в мире удваиваются ежегодно. В геометрической прогрессии растет число сторонних фирм, разрабатывающих и выпускающих разнообразные программные и аппаратные средства поддержки разработок для них. Можно считать, что AVR постепенно становится еще одним индустриальным стандартом среди 8-разрядных микроконтроллеров общего назначения.

Система команд микроконтроллеров AVR весьма развита и насчитывает в различных моделях от 90 до 133 различных инструкций. Большинство команд занимает только 1 ячейку памяти (16 бит). Большинство команд выполняется за 1 такт машинного цикла.

Семейства микроконтроллеров AVR, представленных на рынке: tinyAVR (ограниченный набор периферийных устройств, минимальное число линий ввода-вывода и количество памяти), megaAVR (число линий ввода-вывода 23-86, аппаратный умножитель, расширенная система команд и периферийных устройств), XMEGA AVR (наличие достаточного объема памяти, четырёхканальный DMA-контроллер, инновационная система обработки событий).

Области применения AVR многогранны. Для семейства "tiny" - это интеллектуальные автомобильные датчики различного назначения, игрушки, игровые приставки, материнские платы персональных компьютеров, контроллеры защиты доступа в мобильных телефонах, зарядные устройства, детекторы дыма и пламени, бытовая техника, разнообразные инфракрасные пульты дистанционного управления.

Для семейства "classic" - это модемы различных типов, современные зарядные устройства, изделия класса Smart Cards и устройства чтения для них, спутниковые навигационные системы для определения местоположения автомобилей на трассе, сложная бытовая техника, пульты дистанционного управления, сетевые карты, материнские платы компьютеров, сотовые телефоны нового поколения а также различные и разнообразные промышленные системы контроля и управления.

Для "mega" AVR - это аналоговые (NMT, ETACS, AMPS) и цифровые (GSM, CDMA) мобильные телефоны, принтеры и ключевые контроллеры для них, контроллеры аппаратов факсимильной связи и ксероксов, контроллеры современных дисковых накопителей, CD-ROM и т. д.

Из этого семейства для реализации данного проекта наиболее подходит микроконтроллер AVR ATmega8A, т.к. он имеет достаточное количество линий ввода-вывода, необходимую периферию и довольно низкое энергопотребление.

Микроконтроллер семейства mega - Atmega 8А - маломощный 8-разрядный КМОП микроконтроллер, основанный на расширенной AVR RISC-архитектуре. За счет выполнения большинства инструкций за один машинный цикл Atmega 8А достигает производительности 1 млн. операций в секунду, что позволяет проектировщикам систем оптимизировать соотношение энергопотребления и быстродействия.

Высокая производительность, наличие развитой подсистемы ввода/вывода и широкого спектра встроенных периферийных устройств позволяют отнести микроконтроллеры AVR АТMEGA 8А к классу наиболее функциональных микроконтроллеров для встроенных систем управления.

Для разработки программной части проекта была использована среда CodeVisionAVR. Это интегрированная среда разработки программного обеспечения для микроконтроллеров семейства Atmel AVR.

CodeVisionAVR включает в себя следующие компоненты: компилятор ассемблера и Си-подобного языка для AVR, генератор начального кода программы, позволяющего произвести инициализацию периферийных устройств, модуль взаимодействия с программатором и редактор исходного кода с подсветкой синтаксиса.

Для компиляции исходного кода и прошивки в конечное устройство был использован программный комплекс WinAVR - набор опенсорсных инструментов для разработки программного обеспечения для микроконтроллеров Atmel AVR для платформы Windows. В комплект входит компилятор GNU GCC для языков программирования C и C++.

1. Техническое задание

Техническое задание (ТЗ) - исходный документ на проектирование технического объекта, который устанавливает основное назначение разрабатываемого объекта, его технические и тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предписание по выполнению необходимых стадий создания документации, а также специальные требования. Техническое задание обычно объемный документ, в котором на естественном языке описана словесная модель проектируемой системы. Несмотря на строгость и точность формулировок ТЗ не дает однозначного описания объекта проектирования и не позволяет непосредственно переходить от описания функционирования системы к ее техническому воплощению.

1.1 Назначение устройства

Необходимо аппаратно реализовать устройство, предназначенное для измерения проводимости почвы на базе микроконтроллера AVR АТMEGA 8А.

Устройство долж...