מערכת אוטונומית מקומית לאיסוף נתונים

החברה רכשה עמדות ניטור NEKST-M, שיוצרו בארץ על ידי Next Technologies. כדי להבטיח הדמיה של פעולת יחידות השאיבה,
אזעקות אש ואבטחה, נוכחות מתח במתחילים, טמפרטורת החדר, מפלס מים לשעת חירום. הלב של NEKST-M הוא ATMEGA 1280 ועובדה זו מעודדת מבחינת האפשרות ליצור ערכה משלך לצרכים ספציפיים.

המשימה נקבעה ליצור מערכת שיגור מקומית אוטונומית מלאה לצרכים ספציפיים בזמן הקצר ביותר ובעלות מינימלית. הבסיס הוא מיקרו-בקר. פיתוח, ייצור, שנוצר על ידי הצוות עצמו.

על המערכת לפעול ללא תלות ברשתות סלולריות, שרתים, אינטרנט ומערכת הרישוי לשימוש במשאבי תדרי רדיו, לא להשתמש במחשבים בתפעול מערך הניטור והבקרה או לכל היותר להשתמש מעת לעת במחשבים ניידים, ללא גישה ל- חפצים במשך זמן רב (6-9 חודשים). לתצורת הרשת יש מבנה רדיאלי. הנתונים נאספים בשלב מסוים ולאחר מכן נשלחים לעיבוד באמצעות ערוצי תקשורת רגילים או כעותק מודפס.

המערכת חייבת לספק:

• ניטור פעולת יחידות השאיבה
• אוטומציה טכנולוגית
• הגנה מפני ההשלכות של תנאי חירום
• איתות חירום
• חישוב זמן פעולה
• חישוב כמות החשמל הנצרכת
• בקרת טמפרטורה של ציוד
• אבטחה ואזעקת אש
• הקלטה תקופתית מרחוק של מידע
• דרישות עתידיות לא ידועות

תנאי עבודה:

• שטח כיסוי 1 קמ"ר.
• נראות ישירה בין אובייקטים
• טמפרטורה בין +50 ל-50 מעלות צלזיוס
• לחות עד 100%
• משקעים פעילים ביולוגית (עובש, חיידקים מפחיתי סולפט)
• רטט, לא יותר, של מכונות מדרגות 1-2 לפי GOST ISO 10816-1-97
• סביבה אלקטרומגנטית - מיתוג מנועים חשמליים עם מגע KT 6053, ציוד התחלה רכה RVS-DN, ציוד בקרת SIEMENS MICROMASTER PID, קרינה בטווח ISM ו-GSM בהתאם לדרישות למכשירים אלו, ריתוך קשת ידני באתר
• מתח רשת מוגזם, הפסקות קצרות טווח באספקת החשמל, מתחי יתר ברק, חוסר איזון פאזה כאשר חוט קו עילי נשבר ברשתות הפצה של 6-10 קילו וולט.

למרות דרישות כה מחמירות, היישום הוא די פשוט כאשר פותרים את הבעיה צעד אחר צעד.

אם לוקחים הכל בחשבון, לוח "Arduino Nano 3.0" הפך ל"מוח" של התוכנית. ללוח robotdyn יש בקר ATMEGA 328, מייצב המתח ההכרחי של 3,3V עבור
זרם 800 mA וממיר ל-CH340G UART-USB.

קודם כל, נוצרו מוני שעות פעילות בתור המעודכנים ביותר. מונים תעשייתיים ששימשו בעבר שהורכבו על PICs עם מעגל אספקת חשמל ללא שנאי, נכשלו עקב עליות מתח בתוך שנה מהפעילות. רק אלה המחוברים באמצעות ספקי כוח 5V תוצרת בית נותרו ללא פגע. כדי להאיץ את ההתקנה ואת הרבגוניות של החיבור, אות על מצב היחידות נלקח מהמסופים של התקני המיתוג, כלומר. רישום של נוכחות מתח שלב 1 עם ספק כוח תלת פאזי של 380V. כדי לתאם עם הבקר, נעשה שימוש בממסר ביניים עם פיתול 220V או מצמד אופטו המורכב מ-LED ונגד פוטו GL5516 או מצמד אופטו PC817. כל האפשרויות נבדקו. ה-LED מופעל על ידי מתח מתוקן עם הגבלת זרם באמצעות שני קבלים SVV22 המיועדים למתח של 630V המחוברים בסדרה לבטיחות במהלך בדיקה מקרית של המעגלים עם מגוהמטר.
קריאת קריאת זמן פעולה באמצעות מסך ה-LCD ST7735S, העברת נתונים בזמן אמת באמצעות רדיו באמצעות מודול E01-ML01DP05 בתדר של 2,4 מגה-הרץ. מכשיר זה מכיל את שבב nRF24L01+ ואת מגבר השידור/קליטה RFX2401C,
הספק פלט עד 100 mW. אנטנות סליליות המיועדות לטווח הרצוי במחשבון המקוון сайта. הבחירה בסוג האנטנה נקבעת על ידי אי הכללה של קליטה של ​​גלים מוחזרים בודדים ממבני מתכת שמסביב. חלקי האנטנה מודפסים במדפסת תלת מימד. המצב הנוכחי של המונים נשמר ב-EEPROM של הבקר עצמו ומשוחזר במקרה של הפסקת חשמל בלתי צפויה. מרווחי זמן לספירה מסופקים על ידי שבב RTC DS3 בצורה של מודול עם סוללת גיבוי. ספק הכוח משתמש ב-3231 מודולים, מקור הדופק בפועל 3/220V HLK-PM5 01mA, ממיר מ-600-1V ל-5V HW-553 и 03962A - בקר סוללה עם תָכְנִית הגנה מפני קצר חשמלי, פריקת יתר וטעינת יתר. כל הרכיבים נרכשו באתר Aliexpress.

לוח לחם
מונה 4 ערוצים. ישנם מסנני LC בכניסות להגנה מפני הפרעות על קו תקשורת זוג מעוות. נתונים על מצב אובייקטי בקרה נקראים כל הזמן פעם בשנייה ומוצגים בצבע על ה-LCD. הקריאות מתעדכנות ונרשמות בזיכרון לא נדיף כל 1 שניות. 36 שניות זה 36/1 שעה, זה הפורמט שבו הנתונים נדרשים. כל 100 שניות. מועבר מידע על מספר שניות הפעולה עבור כל יחידת בקרה. לזיכרון EEPROM יש מספר מוגבל של מחזורי מחיקה של כתיבה, על פי היצרן, 12 פעמים. האפשרות הגרועה ביותר היא כאשר לפחות תא אחד מתעדכן כל הזמן. נפח המונה הראשון הוא 100000 בתים, זהו מספר פורמט ארוך, 1 מונים, סה"כ 4 בתים תפוסים על ידי רשומה אחת. אורך הזיכרון של השבב הוא 4 בתים; לאחר 16 כניסות של 1024 מונים, ההקלטה תתחיל מחדש. בספריית EEPROM, שיטת EEPROM.put לא כותבת; אם הערך של התא והמידע הנכתב תואמים, לא תהיה השפלה של התאים. כתוצאה מכך, זמן הפעולה המובטח של הזיכרון יהיה יותר מ-64 שנים. הזמן של עבודה אפשרית אך לא מובטחת יכול להיות ארוך בהרבה.

דיאגרמת מעגל
תוכנית ב- Arduino IDE//12 בייטים (328%)

#לִכלוֹל // ספריית גרפיקה ליבה
#לִכלוֹל // ספריה ספציפית לחומרה
#לִכלוֹל
#לִכלוֹל
#לִכלוֹל
#לִכלוֹל
#לִכלוֹל
רדיו RF24(9, 10); // אובייקט רדיו לעבודה עם ספריית RF24,
// ומספרי PIN nRF24L01+ (CE, CSN)
#לִכלוֹל
DS3231 rtc(SDA, SCL);
זמן t;

//#define TFT_CS 10
#define TFT_CS 8
#define TFT_RST -1 // אתה יכול גם לחבר את זה לאיפוס Arduino
// במקרה זה, הגדר את ה-#define pin ל-1!
//#define TFT_DC 9 // DC=RS=A0 - אפשרויות ייעוד לבחירת פקודה או אוגר נתונים.
#define TFT_DC 3

Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);

// אפשרות 2: השתמש בכל סיכות אבל קצת יותר לאט!
#define TFT_SCLK 13 // הגדר את אלה לאיזה סיכות שתרצה!
#define TFT_MOSI 11 // הגדר את אלה לאיזה סיכות שתרצה!
//Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(TFT_CS, TFT_DC, TFT_MOSI, TFT_SCLK, TFT_RST);
#לִכלוֹל

העברת בתים = 52;
byte pinState;
משאבה ארוכה ללא סימן[4];// מערך עם ערכי מונה של 4 שניות
float m = 3600.0;
כתובת int unsigned = 0;
int rc;// משתנה עבור מונים
sumprim ארוך ללא סימן = 0;
sumsec ארוך ללא סימן = 0;
byte i = 0;
byte k = 34;
unsigned int z = 0;
byte b = B00000001;
byte pumrcounter[4]; // מערך לאחסון מצבי אובייקט, 1 - כבוי, 0 - מופעל.
int start = 0; //

void setup () {

rtc.begin();
radio.begin(); // ליזום עבודה nRF24L01+
radio.setChannel(120); // ערוץ נתונים (מ-0 עד 127).
radio.setDataRate(RF24_250KBPS); // קצב העברת נתונים (RF24_250KBPS, RF24_1MBPS, RF24_2MBPS).
radio.setPALevel(RF24_PA_MAX); // הספק משדר (RF24_PA_MIN=-18dBm, RF24_PA_LOW=-12dBm,
// RF24_PA_HIGH=-6dBm, RF24_PA_MAX=0dBm)
radio.openWritingPipe(0xAABBCCDD11LL); // פתח צינור עם מזהה להעברת נתונים

// כדי להגדיר את השעה, בטל את ההערה בשורות הדרושות
//rtc.setDOW(1); // יום בשבוע
//rtc.setTime(21, 20, 0); // זמן, בפורמט של 24 שעות.
//rtc.setDate(29, 10, 2018); // תאריך, 29 באוקטובר 2018

tft.initR(INITR_BLACKTAB); // אתחול שבב ST7735S, לשונית שחורה
// השתמש באתחול זה (בטל הערה) אם אתה משתמש ב-TFT בגודל 1.44 אינץ'
//tft.initR(INITR_144GREENTAB); // אתחול שבב ST7735S, לשונית rcB אדומה
tft.setTextWrap(false); // אפשר לטקסט לרוץ מהקצה הימני
tft.setRotation( 2 ); // עבור BLACK PCB ו-RED tft.setRotation(0) או לא.
tft.fillScreen(ST7735_BLACK); // מסך נקי

DDRD = DDRD | B00000000;
PORTD = PORTD | B11110000; // הידוק התוכנה עובד, רמה גבוהה -
// אובייקטים מבוקרים "לא עובדים", "4" נכתב לכל 1 הפורטים הבכירים D, לא מתרחשת ספירה.

עבור ( rc = 0; rc < 4; rc++)
{
tft.setCursor (3, rc * 10 + shift); // הצגת מספרי מיקום של אובייקטי בקרה
tft.print(rc + 1);
}

tft.setCursor(12, 0); // פלט 3 שורות טקסט
tft.println("DEVELOPERS & BUILD"); // לשבח את עצמך אהובים
tft.setCursor(24, 10); // או זכויות יוצרים מרושעות
tft.print("DEVELOPER MM");
tft.setCursor(28, 20);
tft.print("BUILD-ER DD");

//שחזור מידע////////////////////////////////////////////// ///////////

for ( z = 0; z < 1023; z += 16 ) { // חוזר דרך כל תאי התעשייה
//וכותב למערך של 4 משתני משאבה, 4 בתים לכל מונה, כי
// משתנה ארוך ללא סימן. יש 4 מונים, רשומה אחת מכל הארבעה לוקחת 4 בתים.
EEPROM.get(z, pump[0]); // אז, ללא לולאת for, פחות נפח
EEPROM.get(z+4, pump[1]);
EEPROM.get(z+8, pump[2]);
EEPROM.get(z+12, pump[3]);

// הקצאת ערך הבא חדש לסכום של 4 מונים
sumprim = (משאבה [0] + משאבה [1] + משאבה [2] + משאבה [3]);

// משווה את הערך החדש של סכום 4 מונים במשתנה sumprim עם הערך הקודם במשתנה
// sumsec ואם הסכום הקודם קטן או שווה לסכום החדש, הסכום החדש הגדול או השווה מוקצה
// ערך sumsec.

if ( sumsec <= sumprim ) {
sumsec = sumprim; //

//והערך הנוכחי z מוקצה למשתנה הכתובת, z היא הכתובת של ההתחלה של בלוק של 16 בתים של 4 ערכים
// מונים מוקלטים בו-זמנית (מכיוון שכאשר שולפים יציאה, כל 8 הסיביות שלו נכתבות בו-זמנית,
// כולל 4 ביטים הגבוהים הדרושים שלנו של יציאה D).
כתובת = z;
}
}

// שוב ניגש לזיכרון ה-eeprom בכתובת ההתחלה של בלוק של 16 בתים של 4 ערכי מונה מוקלטים
// אחרון, כלומר ערכים לפני כיבוי או אתחול מחדש עקב הקפאה. הקלטת האחרונה
// ערכי מונה לתוך מערך של 4 משתנים משאבים.

EEPROM.get(address, pump[0]);
EEPROM.get(כתובת + 4, משאבה[1]);
EEPROM.get(כתובת + 8, משאבה[2]);
EEPROM.get(כתובת + 12, משאבה[3]);

כתובת += 16; //הגדלת הכתובת לכתיבת הבלוק הבא מבלי להחליף את הנתונים של הרשומה האחרונה

//סוף שחזור נתונים////////////////////////////////////////// //////////////////

attachInterrupt(0, count, RISING); // סיכה D2, אפשר פסיקות, מגיעות כל שנייה
// פולסים מ-RTC DS3231 ממוצא SQW

wdt_enable(WDTO_8S); // הפעל את טיימר כלב השמירה, הפעל מחדש את הבקר במקרה של הקפאה, זמן,
// שעבורו עליך להנפיק את פקודת איפוס הטיימר wdt_reset( ולהימנע מאתחול מחדש במהלך פעולה רגילה - 8 שניות.
// עבור בדיקות לא מומלץ להגדיר את הערך לפחות מ-8 שניות. במקרה זה, הטיימר מאופס רצוי
// מטלטל, וזה קורה כל שנייה.

}

loid loop () {
// מחזור ריק, כאן תהיה שליטה על פעולת הפאזה הפתוחה של המנוע החשמלי
}

void count() {

tft.setTextColor(ST7735_WHITE); // הגדר את צבע הגופן
t = rtc.getTime(); // זמן קריאה
tft.setCursor(5, 120); // הגדרת מיקום הסמן
tft.fillRect(5, 120, 50, 7, ST7735_BLACK); // ניקוי אזור פלט הזמן
tft.print(rtc.getTimeStr()); // פלט קריאות שעון

wdt_reset(); // אפס את כלב השמירה בכל מחזור, כלומר שניה

עבור (rc = 0; rc < 4; rc ++) // תחילת המחזור לבדיקת התאימות של מצב הקלט
// יציאות סיביות למצב הקריאה הקודם של סיביות יציאה D
{
pinState = (PIND >> 4) & ( b << rc );

if (pumrcounter [rc] != pinState) { // ואם אינו תואם, אז
pumrcounter[rc] = pinState; // הקצאת למשתנה מצב סיביות היציאה ערך חדש 1/0
}
// ציון המצב של אובייקטי בקרת צבע
// BLUE הוא תקלה קטנה במסך הקיים (או הספרייה?), RGB ו-BGR מעורבבים.
if (pinState == ( b << rc )) {
tft.fillRect(15, ((rc * 10 + shift)), 7, 7, ST7735_BLUE); // לספירת רמה נמוכה שנה את GREEN לכחול
אחר} {
tft.fillRect(15, ((rc * 10 + shift)), 7, 7, ST7735_GREEN); // עבור ספירה ברמה נמוכה שנה את הכחול לירוק
משאבה [rc] += 1; // הוסף שנייה אחת למונה זמני הפעולה
}
}

k++;
if (k == 36) {
k = 0;

tft.fillRect(30, shift, 97, 40, ST7735_BLACK); // ניקוי אזור תצוגת זמן הפעולה
tft.fillRect(60, 120, 73, 7, ST7735_BLACK); // ותאריכים

tft.setCursor(60, 120); // הגדרת מיקום הסמן
tft.print(rtc.getDateStr()); // הצג את התאריך על מסך ה-LCD

עבור (rc = 0; rc < 4; rc ++) //פלט שעות פעילות בשלמות, עשיריות ו
{
tft.setCursor ( 30, rc * 10 + shift ); // מאיות השעה עם הסטת מסך למטה ב-10 פיקסלים
tft.println(משאבה [rc] / m);
}

// כתיבת ערכי שעות פעילות "גולמיים" (בשניות) ל-EEPROM /////////////////////////////

עבור (rc = 0; rc < 4; rc++)
{
EEPROM.put(כתובת, משאבה [rc]);
כתובת += sizeof(float); // הגדל את משתנה הכתובת לכתוב
}
}

// שלח נתונים דרך ערוץ הרדיו מנתונים המציינים כמה בתים יש לשלוח.
if ((k == 6 ) || (k == 18 ) || (k == 30 )) {

נתונים ארוכים לא חתומים;

radio.write(&start, sizeof(start));

עבור (i = 0; i < 4; i++) {
data = משאבה [i ];
radio.write(&data, sizeof(data));
}
}
}

כמה הערות בסוף. הספירה מתרחשת ברמה לוגית נמוכה בכניסות.

התנגדויות המשיכה R2-R5 הן 36 קילו אוהם לאופציה עם נגדי פוטו GL5516. במקרה של מצמד אופטו-טרנזיסטור וממסר, הגדר ל-4,7-5,1 קילו אוהם. טוען האתחול Arduino Nano v3.0 הוחלף ב-Arduino Uno באמצעות מתכנת TL866A לתפעול נכון של טיימר כלב השמירה. הנתיכים מתוקנים לפעול במתחים מעל 4,3 V. לא נעשה שימוש במעגל האיפוס החיצוני R6 C3. בתוכנית לדוגמה, תדר המשדר אינו תואם לטווח הבלתי מורשה; טווח ה-2,4 מגה-הרץ מוגבל לתדרים 2400.0-2483.5 מגה-הרץ.

הטווח של משדר E01-ML01DP05 הוא 2400-2525 מגה-הרץ. רוחב הפס של ערוץ אחד הוא 1 מגה-הרץ, כאשר מגדירים את המהירות כ-"RF24_2MBPS" ערוץ radio.setChannel(120) שצוין והבא הבא יהיו תפוסים, כלומר. הרצועה תהיה 2 מגה-הרץ.

מקור: www.habr.com