ОРГАНИЗАЦИЯ СОПРЯЖЕНИЯ ДАТЧИКОВ С АНАЛОГОВЫМ ВЫХОДОМ С ПК И ДЕМОНСТРАЦИЕЙ В MATLAB

Черных А.А.

Студент,

НИ Томский политехнический университет

ОРГАНИЗАЦИЯ СОПРЯЖЕНИЯ ДАТЧИКОВ С АНАЛОГОВЫМ  ВЫХОДОМ С ПК И ДЕМОНСТРАЦИЕЙ В MATLAB

Аннотация

В данной работе будет описана организация сопряжения датчиков с компьютером. Большая группа датчиков – аналоговые, то есть датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины. Анализ и обработку полученных данных, а также контроль оборудования удобно производить на компьютере. Связь датчиков с ПК целесообразно осуществлять через микроконтроллер по UART интерфейсу с демонстрацией в программе Matlab.

Ключевые слова: микроконтроллер, аналоговый датчик, АЦП, UART интерфейс.

Chernykh A.A.

Student,

Tomsk Polytechnic University

ORGANIZATION OF INTERFACE WITH SENSORS WITH ANALOG OUTPUT AND PERSONAL COMPUTER WITH DEMONSTRATION IN MATLAB

Abstract

This article describes a realization of sensor-computer interface. A large group of sensors are analog, i.e. sensors generating analog signals proportional to the change of input value. Data Analysis and processing as well as device control can be easily performed on a computer. Sensor and computer connection made through microcontroller using UART interface with demonstration in MatLab program.

Keywords: microcontroller, analog sensor, ADC, UART interface.          

Введение

За последние годы в связи с заметным уменьшением природных ресурсов, тревожными глобальными изменениями климата и ростом численности населения Земли, роль автоматизации всё больше усиливается, а сферы её применения непрерывно расширяются.

На сегодняшний день практически не существует технических устройств, которые не содержат элементов автоматики – начиная от простых устройств, используемых в быту, и заканчивая сложнейшими промышленными установками.

Практически в каждой автоматической системе присутствуют различные сенсоры. Широко распространены датчики с аналоговым выходом. Для удобства обработки данных, а также для контроля производства с ПК требуется передача данных с установок на главный компьютер. В данной работе реализуется и тестируется один из таких вариантов.

Сборка и программирование устройства с передачей данных на ПК

Для сборки данного устройства была выбрана следующая элементная база: плата с микроконтроллером Atmega 16, макетная плата, резистор 5 Ком, соединительные провода, переходник USB – UART.

Собранная схема устройства представлена на рисунке 1. Потенциометр 5кОм, имитирующий датчик с аналоговым выходом, подключен к порту PA0 микроконтроллера для измерения напряжения.

Программа написана в среде Atmel Studio 6.0 на языке C++. Применялась следующая периферия, встроенная в МК: UART, АЦП, TIMER.

Рис. 1 – Монтаж схемы

       

Настройки UART

Выводы микроконтроллера, используемые модулем UART, являются линиями порта PD. В качестве входа приемника (RXD) используют вывод РD0, а в качестве выхода передатчика (TXD) - вывод PD1.

Для корректной работы и своевременной передачи данных с МК на ПК необходимо настроить UART в МК. Один из основных регистров ­– UBRR. Его значение находится по формуле:, где Fck – тактовая частота микроконтроллера, BAUD – скорость передачи данных МК модуля в бодах, 16 – для обычного асинхронного режима (8 – для ускоренного).

Также следует настроить следующие регистры:

UCSRB |= (1 << TXEN) | (1 <<RXEN);

Выставление данных битов в единицы разрешает прием и передачу данных.

Аналого-цифровой преобразователь — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код. В данной работе используется 10-битное АЦП.

Основные настройки:

Используется первый канал АЦП, а также в качестве референса – потенциал, поданный на вывод AVCC.

ADMUX = 0x00|(1<<ADLAR)|(1<<REFS0);

Включаем АЦП и запускаем одиночное преобразование, включаем прерывание по окончанию преобразования.

ADCSRA = 0xCD.

Вывод данных на ПК

Для вывода данных была использована математический пакет matlab. В COM – порт передаются данные с МК по интерфейсу UART. Была написана программа на обработку данных, и вывод значений напряжения с потенциометра в виде графика в реальном времени (Рис. 2).

Рис. 2 – График напряжения 0-5В от времени

       

Заключение

В результате проведенной работы было собрано устройство сопряжения датчиков с компьютером на основе UART интерфейса.

Проведены лабораторные испытания, заменив датчик на потенциометр. Данные были выведены в виде графика от времени через математический пакет Matlab. При доработке ПО и аппаратной части, данное устройство возможно применять с разными датчиками для решения различных задач по анализу и мониторингу процессов в автоматических системах.

Литература

1. Электронная энциклопедия [Электронный ресурс].URL: https://ru.wikipedia.org Режим доступа: свободный (дата обращения: 05.01.2015).
2. Datasheet на микроконтроллер ATmega16.
3. Сайт: MathWorks – Центр компетенций [Электронный ресурс]. URL: http://matlab.exponenta.ru/ Режим доступа: свободный (дата обращения: 25.12.2014).

References

1. Jelektronnaja jenciklopedija [Jelektronnyj resurs].URL: https://ru.wikipedia.org Rezhim dostupa: svobodnyj (data obrashhenija: 05.01.2015).
2. Datasheet na mikrokontroller ATmega16.
3. Sajt: MathWorks – Centr kompetencij [Jelektronnyj resurs]. URL: http://matlab.exponenta.ru/ Rezhim dostupa: svobodnyj (data obrashhenija: 25.12.2014).