Схема алгоритма управления теплицей

Пошаговое руководство как с помощью автоматики оборудовать теплицу: обзор видов и производителей, как сделать своими руками

Растения требуют постоянного получения питательных веществ и ухода. В этом смогут помочь автоматические устройства, контролирующие действия и процессы.

Такие системы хорошо подходят для придомовых и дачных крытых сооружений. Вследствие этого работы, связанные с уборкой и уходом за растениями, выполняются с минимальными физическими затратами.

Преимущества использования автоматики

Внедрение автоматической системы обеспечивает существенное облегчение труда на приусадебном участке, повышению урожайности.

Монтаж автомата для сооружения подобного типа способствует оптимальному микроклимату для роста культур. Такие системы экономят время, израсходованное на полив на даче. Это особенно актуально, так как его нужно выполнять ежедневно.

Также потребуется расходовать меньше воды и внесения удобрения. Установка теплового подогрева и освещения способствует круглогодичному выращиванию в парниках овощных культур, зелени.

Если предусмотреть наличие на дачном участке автоматизированного строения, то можно выращивая урожай насладиться единением с природой. Парник без присмотра можно оставить в течение недели.

При этом не придется сталкиваться с неприятной ситуацией, когда саженцы завянут.

Виды автоматических устройств для теплиц и парников

Полив

Полезнейшей функцией в теплице является автоматическая система полива. При поливе овощных культур дважды в день обеспечивается быстрый рост растений.

Монтирование подобной системы понижает затраты времени на полив, по сравнению со шлангом.

Такие поливы подразделяются на дождевание, капельный, внутрипочвенное орошение. Подбирая их, следует брать во внимание квадратуру обработки и мощность насоса.

Первый тип сопоставим с душем. Подача воды осуществляется посредством трубок под незначительным давлением. Специально предназначенные насадки смогут обеспечить оптимальное орошение культур. Второй тип предполагает просачивание воды посредством трубок, проложенных по периметру размещения грядок.

В дальнейшем вода под давлением может выйти посредством специальных оросителей, попав на почву и наполнив корневую систему растений влагой.

Последний тип предназначается для орошения многолетних растений с использованием емкостей, трубок с отверстиями. Установив автоматический полив, можно всегда получать урожай в значительных объемах.

Вентиляция

Контроль температуры внутри помещения выполняется с помощью вентиляционных систем. Автономные системы оснащены открыванием и закрытием форточек в автоматическом режиме. Такие системы бывают разных видов в соответствии с принципом их функционирования.

Система, предполагающая электрическое управление, основана на работе термореле. При нагреве реле начинает запускаться электромотор вентилятора.

Она дает возможность пользователю отрегулировать чувствительность, температуру воздуха, обеспечивая удобство в применении.

Биметаллическое автономное проветривание предполагает использование характеристик пластин при нагреве. В итоге происходит изменение их положения, открывающее створку в теплицу. При охлаждении пластины начинают сужаться.

Существует гидравлический способ проветривания. В системе имеется жидкость, которая нагреваясь проникает в трубочку из латуни. Она выдвигается, что способствует открытию рамки в теплицу. Данные системы характеризуются удобством в эксплуатации и отменной мощностью.

Отопление

Предусмотрев автоматику для обогрева можно поддерживать требуемую температуру в теплице. Подобные системы обогревают воздух и почву вне зависимости от погодных условий.

Произвести обогрев строения можно, установив нагревательный кабель (теплый пол).

В теплице станет теплее с монтажом нагревательных приборов. К ним относится масляный радиатор, электрический камин. Также иным вариантом служит водяное отопление (водяной теплый пол).

Если предпочтение было отдано ему, то надо обустроить дополнительное оборудование, включающее электрический или газовый котел на жидком/твердом топливе.

Когда теплица обустраивается согласно принципам, основанным на автоматизации, то во всех отношениях подходит система теплый пол, электрические приборы, система водяного отопления с электрическим котлом.

Их регулирование происходит исключительно вручную.

Освещение

Вырастить растения независимо от времени суток можно, установив систему освещения в тепличном сооружении. Подача требуемых микромолей способствует нормальному фотосинтезу.

При автоматизации процесса освещения можно автоматизировать этот процесс по заданным показателям.

Настройка системы освещения происходит с учетом времени или согласно астрономическому таймеру. Она работает по такому механизму, что с сокращением светового дня увеличивается досвечивание лампами.

Работа освещения происходит в соответствии с сумеречными датчиками. Их использование связано со сложностями, заключающимися в калибровке и периодичности включения.

Как сделать своими руками: примеры расчетов, схемы и чертежи, лучшие варианты

Специалисты утверждают, что требуется приобретение датчиков и системы капельного полива.

Монтаж, возможно, осуществить самостоятельно. Есть системы капельного полива, рассчитанные на 200 л воды, которая расходуется в течение 4-5 поливов.

Неплохим вариантом будут израильские капельницы, более устойчивые к напору.

Подсчеты специалистов по капельному поливу, учитывая все моменты, в среднем составляют 14 678 руб. (на основе системы Gardena).

Они подробно освещают порядок очередности и последовательности всех работ. Останавливаются на вопросах грамотного управления теплицей.

Для того чтобы выбрать для себя подходящий проект автоматизированной теплицы можно воспользоваться специализированными компьютерными программами, которые позволят создать модель 3D парника.

Совершенствование парника способствует получению конструкции для круглогодичного использования.

Простой капельный полив

Система капельного полива способствует достаточному получению растениями требуемого объема влаги.

Дачники предпочитают применение системы капельного полива Капля.

Многие знатоки придерживаются мнения, что использование медицинских систем для капельниц значительно дешевле и не хуже.

Для этого необходимо иметь в наличии несколько таких систем, шланг и бак на 20-30 литров воды. Такой вариант эффективен, когда в теплицах выращивается небольшое количество растений.

Самодельный водопровод можно сделать с помощью саморезов, которые вкручиваются в шланг напротив каждого растения. Подача воды под растения регулируется при помощи метизов, вкручивающихся/выкручивающихся по резьбе.

Придется потратить время, чтобы подстроить настройку полива.

Использование контроллеров для регуляции влажности и температуры: как автоматизировать систему вентиляции

Для этих целей используются измерители-регуляторы, как например, ИРТВ-02. Прибор можно настраивать на осуществление нагрева, охлаждения, осушения и увлажнения.

Это возможно за счет высокотехнологичного емкостного датчика, которым снабжен прибор.

Точность измерений составляет 0,1. Показания отображаются на 2-х экранах, что облегчает процесс контроля за этими величинами.

Автоматика для отопления

Большое значение для теплиц имеет автоматизация отопительной системы. Без этого немыслима жизнь растений в зимний период года.

На сегодняшний день существует множество вариантов их обогрева в соответствии с видами энергоносителей.

Это могут быть системы электрического теплого пола, конвекционный обогрев с помощью тепловентиляторов, масляных радиаторов, электрокаминов, инфракрасного обогрева газовыми горелками.

Наиболее оправданной и безопасной, по мнению специалистов, считается электрообогрев или водяной от электрокотла.

Система зашторивания

Первоочередной составляющей конструкции является данная система, обеспечивающая необходимый микроклимат и экономичность в энергетическом плане.

Применяемый материал экрана — специальная ткань на основе полиэстера, включающая полоски фольги из алюминия.

Может использоваться принцип перемещения штор с помощью троса и на основе реек.

Идеи автоматизации с использованием подручных средств

Сделать рычаги самостоятельно можно, применяя отрезки планок на основе дерева или металла.

Автоматизация процесса полива осуществляется с помощью подручных средств на основе способа солнечной дистилляции.

Он обеспечивает достаточную влажность культурам даже при жаркой погоде. Метод предполагает нагрев воды до появления пара, конденсируемого в воду. Для этих целей нужно взять пластиковые бутылки различного объема. В одну наливается вода, вторая служит колпаком для нее. В результате испарении воды оседание пара происходит на стенках колпака.

Не сложно смонтировать устройство для капельного полива, воспользовавшись стержнями ненужных шариковых авторучек.

Их надо промыть бензином, чтобы очистить от пасты. Один конец надежно закрывается палочкой из дерева. Иглой для шитья прокалывается отверстие на четыре сантиметра от заглушки.

В бутылке отверстие делается немного поменьше, чем стержня. Существует несколько вариантов, как установить такие емкости.

Первый предполагает отрезание дна, когда отверстие делается для стержней на уровне плечиков. Пробка закрывает горлышко.

Бутылка устанавливается вверх дном. Другой способ состоит в том, что отверстия делаются выше на 20 мм от дна. Пробка снимается, бутылка ставится на дно.

Отверстие надежно уплотняется с помощью пластилина. В дальнейшем можно наливать воду. В течение пяти минут будет вытекать десять капель.

Полезные советы: какие компоненты для автоматизации можно купить в магазине, на чем сэкономить

В садовом магазине можно купить приборы электроники. Они продаются по доступной стоимости. Их монтаж выполняется с применением набора, состоящего из отверток, электродрели и пассатижи.

Расположив блок управления и датчики, можно обеспечить бесперебойное функционирование системы.

Опытные дачники для экономии советуют установить гидравлические элементы управления. Выполнить монтажные работы можно, используя инструмент и несколько автоматических “открывателей”.

Дачники на собственном опыте убедились, что автоматизация теплицы позволяет получить щедрый и качественный урожай.

Монтаж таких устройств способствует созданию микроклимата, позволяющего растениям приниматься и быстро плодоносить. Специальные приспособления упрощают процесс ежедневного ухода за тепличными сортами растений.

Источник статьи: http://teplicaexpert.com/obustrojstvo-i-kommunikacii/avtomatika/

Курсовая работа: Разработка автоматизированной системы управления теплицей

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 4

1.1.Характеристика технического объекта……………………………………4

1.2. Расчёт параметров настройки регулятора………………………………..5

2. ВЫБОР ДАТЧИКОВ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ 7

2.1. Датчик влажности воздуха…………………………………………….…..7

2.2. Датчик расхода воды на распыление…………………………………….11

2.3. Исполнительный механизм……………………………………………….13

3. РАСЧЁТ ПОГРЕШНОСТЕЙ 15

3.1. Разрядности АЦП и ЦАП………………………………………………… 15

3.2. Трансформированная погрешность………………………………………16

3.3. Инструментальная погрешность…………………………………………. 16

4. ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА 18

5. ВЫБОР БАЗОВОГО КОМПЛЕКСА 22

5.2. Аналого-цифровой преобразователь…………………………………… 24

5.3. Цифро-аналоговый преобразователь…………………………………. 26

6. СТРУКТУРА АСУТП 28

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 31

С каждым годом в тепличных предприятиях все большее внимание уделяется качественному поддержанию микроклимата. Правильно выбранная технология поддержания микроклимата — одна из важнейших составляющих, позволяющих повысить урожайность. А эффективное использование энергоресурсов — дополнительная возможность существенно уменьшить себестоимость производимой продукции. Современная автоматизированная система управления микроклиматом должна поддерживать не только заданный режим, но и максимально эффективно использовать возможности исполнительных систем.

В настоящее время ведется активная модернизация теплиц, связанная с повышением количества исполнительных систем: разделение контуров, модернизация форточной вентиляции, установка систем зашторивания, установка вентиляторов. И чем больше исполнительных систем имеет теплица, тем важнее для нее выбор критерия, определяющего стратегию поддержания микроклимата. Например, одним из наиболее популярных критериев управления является экономия теплоресурсов. В данном случае целесообразнее активно использовать нижние контура обогрева, т.к. они меньше всего отдают тепла внешней среде. Другой подход к выбору критерия предполагает поддержание температуры у точки роста выше, чем у корней растения и тем самым подразумевает активное использование верхних контуров обогрева. Еще один критерий управления основывается на том, что нижний контур должен поддерживать в корневой зоне постоянную температуру, так называемый оптимум, и лишь при исчерпанных ресурсах других исполнительных систем отклоняться от него.

Опыт внедрения автоматизированных систем управления показывает, что на этапе проектирования системы достаточно сложно выбрать единый критерий управления. Поэтому в системе управления должна существовать возможность оперативно задать критерий во время эксплуатации, причем методы его задания должны в наглядной форме отражать агрономические, экономические и технические требования, предъявляемые к системе. Таким образом, современная система управления должна позволять задать не только один из вышеперечисленных критериев управления или их комбинацию, но и любой другой возникающий в процессе производства, предоставляя агроному-технологу широкие возможности в выборе метода поддержания температурно-влажностного режима в теплице.

Одной из основных характеристик системы управления является ее надежность. Поэтому в качестве аппаратно-технической базы системы был выбран контроллер, который содержит современные средства защиты от сбоев: копию основных параметров работы системы в энергонезависимой памяти, средство защиты от зависаний и т.д. Помимо контроллера автоматизированная система управления микроклиматом включает в себя набор датчиков для измерения параметров внутри теплицы. Для передачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы система включает в себя блок релейной коммутации с возможностью ручного управления.

Важным элементом системы управления является диагностика неисправностей и возможностей системы управления. Иногда в процессе эксплуатации случаются непредвиденные ситуации, связанные с нестабильностью температуры подаваемой воды, повышенным износом и люфтом исполнительного механизма или связанные с другого рода ограничениями, накладываемыми на исполнительные системы. Заложенные в систему методы диагностики должны выявлять нестандартные ситуации и своевременно перестраивать алгоритмы управления, поддерживая при этом параметры микроклимата с минимально возможным отклонением. При невозможности разрешения ситуации без участия человека, система выдает соответствующее аварийное сообщение.

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1.1.Характеристика технического объекта

Выращивание сельхозпродукции в тепличных условиях требует поддержания микроклимата в теплице, к основным параметрам которого относятся:

· Температура и влажность воздуха в теплице;

· Температура и влажность почвы.

Числовые значения всех перечисленных выше параметров определяются типом выращиваемой культуры. В частности, для земляники, в зависимости от фазы диапазон изменения влажности воздуха составляет 65 – 80%. При этом точность поддержания заданной влажности должна составлять ±3%. Кроме регулирования система должна предусматривать контроль расхода воды на распыление.

Рис.1. Структурная схема ОУ.

Передаточная функция ОУ определяется следующим выражением:

где .

Y₁ (t) – сигнал с датчика для регулируемой переменной ОУ;

Y₂ (t) – сигнал с датчика по каналу контроля.

1.2. Расчёт параметров настройки регулятора

Исходя из особенностей разрабатываемой системы, к которой предъявляется требование повышенной точности отработки заданных воздействий, регулятор должен реализовать пропорционально-интегральный закон управления. Параметры ПИ-регулятора определяются требованиями к качеству переходного процесса:

· нулевая статическая ошибка;

· величина перерегулирования не более 5%;

· длительность переходного процесса не более постоянной времени ОУ.

С помощью моделирования системы в пакете Simulinkопределяем параметры настройки регулятора.

Рис.2. Схема модели цифровой системы.

Рис.3. Графики сигнала рассогласования управляющего воздействия и регулируемой переменной для случая входного воздействия в виде скачка .

Таблица параметров дискретного ПИД регулятора.

Название: Разработка автоматизированной системы управления теплицей Раздел: Промышленность, производство Тип: курсовая работа Добавлен 23:27:21 10 января 2009 Похожие работы Просмотров: 1845 Комментариев: 14 Оценило: 3 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно Скачать

Параметр	Значение
	0,3
	560

2. ВЫБОР ДАТЧИКОВ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

2.1. Датчик влажности воздуха

По требуемой точности измерения, которая определяется точностью поддержания влажности и коэффициентом :

и заданному диапазону изменения регулируемой переменной выбираем датчик HIH-3602-Lфирмы Honeywell.

Рис.4. Внешний вид датчика влажности.

Датчики этой серии предназначены для использования в многоканальных автоматизированных системах контроля параметров микроклимата на базе ПЭВМ, которые осуществляют непрерывные круглосуточные измерения относительной влажности воздуха и поддержаниезаданных режимов.

В настоящее время на практике для измерения относительной влажности применяется несколько технологий, использующих свойство различных структур изменять свои физические параметры (емкость, сопротивление, проводимость и температуру) в зависимости от степени насыщения водяным паром. Каждой из этих технологий свойственны определенные достоинства и недостатки (точность, долговременная стабильность, время преобразования и т.д.).

Среди всех типов емкостные датчики, благодаря полному диапазону измерения, высокой точности и температурной стабильности, получили наибольшее распространение, как для измерения влажности окружающего воздуха, так и применения в производственных процессах.

Компания Honeywell производит семейство емкостных датчиков влажности, применяя метод многослойной структуры (рис.5), образуемой двумя плоскими платиновыми обкладками и диэлектрическим термореактивным полимером, заполняющим пространство между ними. Термореактивный полимер, по сравнению с термореактивной пластмассой, обеспечивает датчику более широкий диапазон рабочих температур и высокую химическую стойкость к таким агрессивным жидкостям и их парам, как изопропил, бензин, толуол и аммиак. В дополнение к этому датчики на основе термореактивного полимера имеют самый большой срок службы в этиленоксидных стерилизационных процессах.

Характеристика	Величина
Активный материал	термореактивный полимер
Подложка	керамическая или кремниевая
Изменяющийся параметр	ёмкость
Измеряемый параметр	% RH
Диапазон измерения	0…100% RH
Точность	±1…±5%
Гистерезис	1,2%
Линейность	±1%
Время отклика	5…60 сек
Диапазон рабочих температур	-40…+185 0 С
Температурный эффект	-0,0022% RH/ 0 С
Долговременная стабильность	±1%RH/5 лет
Стойкость к загрязнению	отличная
Стойкость к конденсату	отличная

В процессе работы водяной пар проникает через верхнюю пористую обкладку конденсатора (рис.5) и уравновешивается с окружающим газом. Одновременно эта обкладка защищает электрические процессы, протекающие в полимерном слое, от внешних физических воздействий (света и электромагнитного излучения). Слой полимера, покрывающий пористый платиновый электрод сверху, служит защитой конденсатора от пыли, грязи и масел. Такая мощная фильтрационная система, с одной стороны, обеспечивает датчику длительную бесперебойную работу в условиях сильной загрязненности окружающей среды, с другой — снижает время отклика.

Выходной сигнал абсорбционного датчика влажности представляет собой функцию от температуры и влажности, поэтому для получения высокой точности измерения в широком диапазоне рабочих температур требуется температурная компенсация характеристики преобразования. Компенсация особенно необходима, когда датчик используется в индустриальном оборудовании для измерения влажности и точки росы.

Рис.5. Метод многослойной структуры, применяемый при изготовлении датчиков влажности

Датчики влажности Honeywell — это интегрированные приборы. Помимо чувствительного элемента, на той же подложке расположена схема обработки сигнала, которая обеспечивает преобразование сигнала, его усиление и линеаризацию. Выходной сигнал датчика Honeywell является функцией от напряжения питания, окружающей температуры и влажности. Чем выше напряжение питание, тем больше размах выходного сигнала и, соответственно, чувствительность. Связь же между измеренной датчиком влажностью, истинной влажностью и температурой показана на объемной диаграмме (рис.6).

Рис.6. Связь между измеренной датчиком влажностью, истинной

влажностью и температурой

Она легко аппроксимируется с помощью комбинации двух выражений:

1. Прямая наилучшего соответствия при 25 °C (жирная линия на диаграмме), описывается выражением U_вых = U_пит (0,0062 · (%RH₂₅ ) + 0,16). Из этого уравнения определяется процент RH₂₅ при температуре 25 °C.

2. Далее производится температурная коррекция и вычисляется истинное значение RH: RH_{истинная} = (%RH₂₅ ) · (1,0546 — 0,00216T), где T измеряется в °C.

Выражения выше соответствуют характеристикам реальных датчиков со следующими отклонениями:

– для

– для

– для

Рис.7. Характеристики преобразования датчика влажности Honeywell

при различных температурах

Модели HIH-3602-L и HIH-3602-L-CP выполнены в корпусе TO-39 со щелевым отверстием. Они предлагают оптимальное соотношение цена/надежность. Эти датчики нашли широкое применение в метеорологическом оборудовании и системах климат-контроля.

2.2. Датчик расхода воды на распыление

Рис.8. Внешний вид датчика.

Датчик ДРК-4 предназначен для измерения расхода и объема воды в трубопроводах и имеет следующие технические характеристики:

1) Измеряемая среда – вода с параметрами:

– температура от 1 до 150°С;

– давление до 2,5 МПа;

– вязкость до 2·10 6 м 2 /с

2) Диаметр трубопровода D_у 80. 4000 мм

3) Динамический диапазон 1:100

4) Пределы измерений 2,7. 452 400 м 3 /ч

5) Выходные сигналы: токоимпульсный (ТИ); унифицированный токовый 0…5, 4…20 мА ;

6) Предел допускаемой относительной погрешности измерений объема и расхода по импульсному сигналу и индикатору:

±1,5% при скоростях потока 0,5. 5 м/с;

±2,0% при скоростях 0,1≤V 2 )

Из выполненных расчётов видно, что обеспечить заданную допустимую погрешность вычислений В можно, выбрав коэффициент ослабления помех равный , АЦП и ЦАП 8-ми разрядными, а количество разрядов АЛУ не менее 12-ти.

4. ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА

При измерении технологических параметров информация от датчиков поступает в аппаратуру ввода/вывода в виде унифицированных сигналов (0-10В или 4-20 мА), т.е. реальной физической величине соответствует напряжение или сила тока. В устройствах связи с объектом эти сигналы преобразуются в двоичные коды длиной от 8 до 16 разрядов. Чтобы провести анализ получаемой информации, необходимо преобразовать коды АЦП в масштаб реальных физических величин: % RH, м 3 /час. К тому же датчики могут иметь статические ошибки, нелинейные характеристики или зашумленный выходной сигнал.

Для получения корректных значений результатов мониторинга из двоичных кодов применяют алгоритмы первичной обработки такие, как нормализация, пересчет в технические единицы, проверка на достоверность, сглаживание, проверка на технологические границы.

В данной работе исследуются такие алгоритмы первичной обработки, как

— проверка на достоверность,

Проверка на достоверность . Благодаря её выполнению, обнаруживаются и устраняются импульсные помехи, выявляется обрыв или короткое замыкание в канале связи и формируется сообщение о нарушениях оператору-технологу.

В данной работе в качестве измерительной погрешности учитывается только погрешность датчика. Если выбран датчик с погрешностью , то максимально допустимое значение погрешности измерения определяется как:

Это выражение следует из нормального закона распределения погрешностей измерения, в соответствии с которым максимальное значение случайного сигнала y_max = 3σ_y (σ_y – среднеквадратическое значение). При этом условие проверки на достоверность имеет вид:

.

Проверка сигналов на достоверность заключается в следующем: если условие не выполняется, то содержимое счетчика нарушений увеличивается на 1, неверное значение показаний датчика заменяется последним достоверным, и проверяется следующее показание датчика. При этом осуществляется переход к меньшему шагу опроса датчика: (— новое значение шага опроса датчика после обнаружения первого неправильного отсчета). Процедура проверки повторяется. Если трижды подряд с шагом не выполняется условие проверки на достоверность, то по знаку разности () принимается решение об обрыве или неисправности датчика i -го канала. Фиксируется время нарушения, его причина и включается резервный канал или резервный датчик.

Сглаживание. Обычно по ходу технологических процессов возникают помехи с частотами, близкими или равными частотам полезного сигнала. Примером такой помехи могут быть погрешности измерения. Устранить их аппаратными фильтрами не удается, но можно ослабить, и весьма существенно, программным путем, реализуя алгоритм скользящего или экспоненциального сглаживания.

Алгоритм скользящего среднего или скользящего окна имеет вид:

M_i – параметр сглаживания, величина которого определяет количество отсчетов , взятых для вычисления одного сглаженного значения .

Принцип скользящего: для вычисления очередного сглаженного значения записанная в М _i ячейках памяти информация сдвигается влево, и в освободившуюся ячейку заносится новый отсчет датчика. После чего выполняются процедуры суммирования М _i отсчетов и умножения на коэффициент . Из анализа алгоритма ясно, что для его реализации потребуется M_i +2 ячейки памяти, а время готовности алгоритма выдать с заданной точностью 1-е сглаженное значение составит

.

Величина параметра сглаживания вычисляется по заданному значению коэффициента ослабления помех , который, в свою очередь, представляет собой отношение

,

где — среднеквадратическое значение помех в отсчетах датчиков x_ik ; — среднеквадратическое значение помех в сглаженных, вычисленных в соответствии по алгоритму значений xc_ik .

Значение параметра сглаживания для i –го датчика:

.

Экспоненциальное сглаживание. Его алгоритм имеет вид:

при начальном значении и диапазоне изменения параметра сглаживания: 0_i -5

для сигнала с датчика влажности.

5. ВЫБОР БАЗОВОГО КОМПЛЕКСА

ADuC7020 — микроконтроллер фирмы AnalogDevices для прецизионной обработки аналоговых сигналов, содержащий в своем кристалле полнофункциональную 12-разрядную систему сбора и обработки данных на основе ядра микроконтроллера ARM7TDMI и 12-разрядного АЦП с частотой преобразования 1 МГц. По аналогии с другими интегральными преобразователями данных микроконтроллер характеризуется сочетанием на одном кристалле прецизионного аналогово-цифрового и цифро-аналогового преобразования и флэш-микроконтроллера.

Рис.11. Функциональная схема микроконтроллера

(ИОН – источник опорного напряжения, ПЛМ – программируемая логическая матрица, УАПП – устройство асинхронной приемо-передачи, ОЗУ – оперативное запоминающее устройство, MIPS – млн. операций в сек.)

· 12-разр. АЦП с 5 мультиплексированными входами, частота преобразований АЦП 1 МГц

· Четыре 12-разр. ЦАП с выходами по напряжению с полным размахом (Rail-to-Rail)

· Прецизионный источник опорного напряжения (2,5В±10 мВ)

· Ядро микроконтроллера ARM7TDMI с производительностью 45 млн. операций в сек.

· 62 кбайт внутрисхемно перепрограммируемой флэш-памяти программ/данных

· 8 кбайт статического ОЗУ

· Последовательные порты: УАПП, SPI и два I 2 C

· Компаратор, матрица программируемой логики (PLA), супервизор питания (PSM), сброс при подаче питания (POR), гибкое конфигурирование блока синхронизации, гибкие режимы уменьшения энергопотребления

· Внутрисистемное последовательное программирование

· 14 линий универсального ввода-вывода

Устройство тактируется от встроенного генератора с синтезатором частоты с ФАПЧ (PLL), который генерирует тактовые импульсы с частотой до 45 МГц. Этот тактовый сигнал проходит через программируемый делитель частоты, с выхода которого тактовая частота поступает на ядро процессора. В микросхеме применено микропроцессорное ядро ARM7TDMI, 16/32-разрядный RISC процессор, обеспечивающий пиковую производительность до 45 миллионов операций в секунду (MIPS). На кристалле имеется 62 kB энергонезависимой

флэш/ЕЕ памяти, а также 8 kB статического ОЗУ (SRAM). Для ядра ARM7TDMI вся память и регистры доступны в одном линейном пространстве памяти.

Встроенное программное обеспечение поддерживает внутрисхемную последовательную загрузку через порты последовательных интерфейсов UART и JTAG, при этом через интерфейс JTAG можно осуществлять эмуляцию.

Данные микроконтроллеры работают при напряжении питания 2,7 … 3,6 В и их параметры нормированы для индустриального температурного диапазона

-40°C. 125°C. При работе на частоте 45 МГц рассеиваемая мощность составляет 150 мВт.

4.2. Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь, входящий в состав ADuC7020 – это быстродействующий, многоканальный 12-разрядный АЦП. Он работает при напряжении питания 2.7. 3.6 В и обеспечивает производительность до 1 миллиона отсчетов в секунду (1 MSPS) при тактовой частоте 45 МГц. В блок АЦП входят многоканальный мультиплексор, дифференциальное устройство выборки-хранения, встроенный источник опорного напряжения (ИОН) и собственно АЦП.

Преобразователь представляет собой 12-разрядный АЦП последовательного приближения на основе двух ЦАП на переключаемых конденсаторах. АЦП может работать в одном из трех различных режимов, в зависимости от заданной конфигурации:

• полностью дифференциальный режим – для слабых дифференциальных сигналов;

• однополярный режим – для любых однополярных сигналов

• псевдодифференциальный режим – для любых однополярных сигналов, но при этом обеспечивается преимущество – подавление синфазного сигнала псевдодифференциальным входом.

Данный преобразователь работает с аналоговым сигналом в диапазоне от 0 до VREF при работе в однополярном или псевдодифференциальном режиме. В полностью дифференциальном режиме синфазное напряжение VCM входного сигнала должно находиться в диапазоне 0. AVDD и амплитуда входного сигнала не должна превышать 2·VREF.

На кристалле имеется прецизионный, высокостабильный источник опорного напряжения (ИОН) напряжением 2.5 В. Также можно использовать внешний ИОН, как описано ниже. С помощью программы запускается режим одиночного или непрерывного преобразования. Кроме того, для запуска аналого-цифрового преобразования может быть использован сигнал на входе CONVSTART, выходной сигнал встроенной в кристалл программируемой логической матрицы (PLA), а также сигнал переполнения таймера Timer1 или Timer2.

В псевдодифференциальном или однополярном режиме входной сигнал находится в диапазоне 0. VREF. Выходной код в псевдодифференциальном или однополярном режиме – прямой двоичный код, единица младшего разряда (LSB) соответствует 1 LSB = FS/4096 или 2.5 В/4096 = 0.61 мВ = 610 мкВ при опорном напряжении VREF = 2.5 В. В идеале характеристика преобразования проходит через точки 1/2 LSB, 3/2 LSBs, 5/2 LSBs, . . ., FS–3/2 LSB. Идеальная характеристика преобразования показана на рисунке 12.

Рис.12. Характеристика преобразования АЦП в

псевдодифференциальном или однополярном режиме

В полностью дифференциальном режиме амплитуда дифференциального сигнала представляет собой разность между величинами сигналов на входах VIN+ и VIN– (то есть VIN+ – VIN–). Максимальный размах дифференциального сигнала таким образом составляет величину от –VREF до + VREF (то есть 2·VREF). Это без учета синфазного сигнала (common mode, CM). Синфазный сигнал является средним двух сигналов, т.е. (VIN+ + VIN–)/2 и таким образом синфазный сигнал – это уровень, относительно которого изменяются два входных сигнала. Поэтому пределы изменения сигнала на каждом входе определяются величиной CM ± VREF/2. Синфазное напряжение устанавливается с помощью внешних цепей и его диапазон зависит от величины VREF. В полностью дифференциальном режиме аналоговый сигнал преобразуется в дополнительный цифровой код с величиной 1 LSB = 2·VREF/4096 или 2·2,5 V/4096 =1,22 мВ при VREF = 2,5 В. В идеале характеристика преобразования проходит через точки 1/2 LSB, 3/2LSBs, 5/2LSBs, . FS–3/2 LSB. Идеальная характеристика преобразования показана на рисунке 13.

Рис.13. Характеристика преобразования АЦП в

полностью дифференциальном режиме.

4.3. Цифро-аналоговый преобразователь

В микросхеме ADuC7020 имеется четыре 12-разрядных ЦАП с выходом напряжения. Каждый ЦАП обладает выходным буфером с полным диапазоном

напряжения (rail-to-rail) и способным работать на нагрузку 5 кОм/100 пФ. Буферы можно отключить.

ЦАП может работать в трех диапазонах выходного сигнала: 0. VREF (при работе с внутренним ИОН 2.5 В),0. DACREF (вывод 56) и 0. AVDD. К выводу DACREF подключается внешний опорный источник. Диапазон сигнала на этом входе может составлять от 0 до AVDD.

Каждый ЦАП управляется независимо при помощи регистра управления и регистра данных. Эти регистры одинаковы у всех четырех.

Структура ЦАП представляет собой цепочку резисторов (string DAC) с буферным усилителем на выходе. ИОН для каждого ЦАП может выбираться пользователем программно. Это может быть AVDD, VREF или DACREF. В режиме 0–AVDD сигнал на выходе ЦАП изменяется в диапазоне от 0 до

напряжения питания на выводе AVDD. В режиме 0–DACREF сигнал на выходе ЦАП изменяется в диапазоне от 0 до напряжения на выводе DACREF. В режиме 0–VREF сигнал на выходе ЦАП изменяется в диапазоне от 0 до напряжения внутреннего ИОН VREF = 2.5 В. Буфер на выходе ЦАП обладает rail-to-rail выходом. Это означает что при отсутствии нагрузки сигнал на выходе может приближаться ближе чем на 5 мВ к напряжениям питания (AGND и AVDD). Более того,параметры, характеризующие линейность ЦАП (при нагрузке 5 кОм) гарантированы для всего диапазона кода, за исключением диапазонов кода 0. 100 и (если только АЦП работает в диапазоне 0–AVDD) для кодов 3995. 4095. Линейность ухудшается вблизи «земли» и вблизи AVDD из-за насыщения выхода усилителя.

Чтобы уменьшить эффект насыщения выходного усилителя на конечных участках характеристики и уменьшить погрешности смещения и усиления можно

отключить внутренний буфер с помощью управляющего регистра ЦАП. Это позволит получить полный диапазон сигнала на выходе ЦАП (rail-to-rail),

и этот сигнал затем должен быть буферирован с помощью внешней схемы на усилителе с биполярным питанием с целью получить rail-to-rail сигнал на

выходе. Этот внешний буфер должен располагаться как можно ближе к

6.1. Назначение системы

Разрабатываемая АСУТП представляет собой комплекс автоматизированного контроля и управления влажностным режимом теплицы и является программно-технической системой для достоверного измерения состояния климата в теплице и расчет на этой основе управляющих воздействий на исполнительные механизмы инженерного оборудования теплицы.

Система должна выполнять следующие функции:

· задание суточного цикла влажности и поддержание необходимого климатического режима (при изменении задания система обеспечивает плавный переход из одного состояния в другое);

· контроль расхода воды в канале распыления;

· сбор, обработку и хранение архивных данных;

· представление технологической информации в удобном для оперативного персонала виде;

· регистрация событий и ведение журнала тревог (например, при выходе значения влажности за пределы установленного диапазона);

· обеспечение возможности калибровки измерительных датчиков;

· повышение производительности теплицы за счёт жесткого автоматического поддержания требуемых параметров;

· обеспечение возможности постепенной модернизации и усложнения системы за счёт введения новых аппаратных и программных модулей.

6.2. Архитектура системы

Архитектура разрабатываемой системы имеет два уровня: нижний – подсистема управления (датчики, микроконтроллер, исполнительные механизмы и оборудование) и верхний – пост оператора (персональный компьютер). Связь между уровнями осуществляется по интерфейсу RS-485. Реализация алгоритмов управления осуществляется с помощью автоматизированного модуля верхнего уровня (например, SCADA-система TRACEMODE), который также отвечает за интерфейс на посту оператора.

Рис.15. Мнемосхема АСУТП.

В данном курсовом проекте была синтезирована двухуровневая АСУТП, которая осуществляет дискретное регулирование влажности воздуха и контроль расхода воды на распыление в теплице. По заданным параметрам ОУ путём моделирования были определены параметры настройки ПИ-регулятора, который обеспечивает необходимую точность регулирования и качество отработки входных воздействий (здесь – задание величины влажности). Используя алгоритмы первичной обработки, исследовалось влияние их параметров на характеристики сигнала с датчика влажности. Исходя из условия величины погрешности вычисления кода управления, были рассчитаны разрядности элементов ЦУУ (АЦП, ЦАП и АЛУ микроконтроллера) и произведен выбор комплекса технических средств.

1) Пьявченко Т.А. Автоматизированное управление в технических системах. Учебное методическое пособие, 1999 г.

2) Автоматизированная система контроля технологических параметров тепличного комбината. Журнал «Современные технологии автоматизации»

Источник статьи: http://www.bestreferat.ru/referat-146545.html