ローカル自律データ収集システム

同社は、ネクストテクノロジーズ社が国産したモニタリングポストNEKST-Mを購入した。 ポンプユニットの動作を確実に見える化するために、
火災警報器と防犯警報器、スターターの電圧の有無、室温、緊急水位。 NEKST-M の心臓部は ATMEGA 1280 であり、この事実は、特定のニーズに合わせて独自のキットを作成できる可能性という点で心強いものです。

特定のニーズに対応する完全自律型のローカル配車システムを可能な限り最短の時間と最小限のコストで構築することが課題として設定されました。 基礎となるのはマイクロコントローラーです。 開発、製造、スタッフ自らが作り上げたもの。

システムは、携帯電話ネットワーク、サーバー、インターネット、および無線周波数リソースを使用するためのライセンス システムに依存せずに動作する必要があり、監視および制御システムの動作にコンピュータを使用したり、せいぜい定期的にラップトップを使用したりする必要はありません。長期間 (6 ～ 9 か月) のオブジェクト。 ネットワーク構成は放射状構造となっています。 データは XNUMX つの時点で収集され、通常の通信チャネルを介して、またはハードコピーとして処理のために送信されます。

システムは以下を提供する必要があります。

• ポンプユニットの動作の監視
• 技術的な自動化
• 緊急事態の結果からの保護
• 緊急信号
• 稼働時間の計算
• 消費電力量の計算
• 機器の温度管理
• セキュリティと火災警報器
• 情報の定期的な遠隔記録
• 将来の要件は不明

労働条件：

• カバーエリア 1 平方キロメートル。
• オブジェクト間の直接可視性
• 温度+50℃から-50℃
• 湿度100%まで
• 生物学的に活性な沈着物（カビ、硫酸塩還元細菌）
• GOST ISO 1-2-10816 に基づくクラス 1 ～ 97 の機械の振動はこれ以上ありません
• 電磁環境 - KT 6053 コンタクタによる電気モーターのスイッチング、RVS-DN ソフトスタート装置、SIEMENS MICROMASTER PID 制御装置、これらのデバイスの要件に従った ISM および GSM 範囲の放射線、現場での手動アーク溶接
• 過剰なネットワーク電圧、電源の短期間の中断、雷の過電圧、6 ～ 10 kV の配電ネットワークで架空線が断線した場合の位相の不均衡。

このような厳しい要件にもかかわらず、問題を段階的に解決する場合、実装は非常に簡単です。

すべてを考慮して、「Arduino Nano 3.0」ボードが計画の「頭脳」となりました。 robotdyn ボードには ATMEGA 328 コントローラーが搭載されており、
電流 800 mA と CH340G UART-USB へのコンバータ。

まず、営業時間カウンターが最新のものとして作成されました。 以前使用されていたトランスレス電源回路を備えた PIC 上に組み立てられた工業用メーターは、動作後 5 年以内に電圧サージにより故障しました。 自家製の 1V 電源を使用して接続されているものだけがそのまま残りました。 設置を迅速化し、接続の多様性を高めるために、ユニットの状態に関する信号がスイッチング デバイスの端子から取得されます。 380V の三相電源で 220 相電圧の存在を登録します。 コントローラと調整するには、5516V 巻線を備えた中間リレー、または LED と GL817 フォトレジスタで構成されるフォトカプラ、または PC22 フォトカプラが使用されます。 すべてのオプションがテストされました。 LED は、メガオーム計による回路の偶発的なテスト中の安全のために直列に接続された 630 V の電圧向けに設計された XNUMX つの SVVXNUMX​​XNUMX コンデンサを使用して、電流制限付きの整流された電圧によって電力を供給されます。
ST7735S LCD スクリーンを使用して動作時間の読み取り値を読み取り、周波数 01 MHz の E01-ML05DP2,4 モジュールを使用して無線経由でリアルタイム データ送信を行います。 このデバイスには、nRF24L01+ チップと RFX2401C 送信/受信アンプが含まれています。
最大出力100mW。 オンライン計算機で必要な範囲に合わせて設計されたヘリカル アンテナ сайта。 アンテナの種類の選択は、周囲の金属構造からの単一反射波の受信を排除することによって決まります。 アンテナ部分は3Dプリンターで出力。 カウンタの現在の状態はコントローラ自体の EEPROM に保存され、予期しない停電が発生した場合には復元されます。 カウントの時間間隔は、バックアップ バッテリーを備えたモジュールの形式で RTC チップ DS3231 によって提供されます。 電源には 3 つのモジュール、実際のパルス源 220/5V HLK-PM01 600mA、1-5V から 5V へのコンバータを使用します。 HW-553 и 03962A - バッテリーコントローラー付き スキーム 短絡、過放電、過充電に対する保護。 すべてのコンポーネントは Aliexpress Web サイトで購入しました。

ブレッドボード
4チャンネルカウンター。 ツイストペア通信回線を介した干渉から保護するために、入力に LC フィルターがあります。 制御対象の状態データを1秒に36回常に読み込み、LCDにカラー表示します。 測定値は 36 秒ごとに更新され、不揮発性メモリに記録されます。 1 秒は 100 時間の 12/100000 であり、これがデータが必要な形式です。 1秒ごと各コントロールユニットの動作秒数に関する情報が送信されます。 EEPROM メモリの書き込み消去サイクル数は、メーカーによれば 4 回に制限されています。 最悪の選択肢は、少なくとも 4 つのセルが常に更新されている場合です。 16 番目のカウンタのボリュームは 1024 バイトで、これは長い形式の数値で、64 つのカウンタ、合計 4 バイトが 7 つのレコードによって占有されます。 チップのメモリの長さは XNUMX バイトで、XNUMX つのカウンターの XNUMX エントリの後、記録が再開されます。 EEPROM ライブラリでは、EEPROM.put メソッドは書き込みを行いません。セルの値と書き込まれる情報が一致していれば、セルの劣化はありません。 これにより、メモリ動作保証時間はXNUMX年以上となります。 可能ではありますが、作業が保証されるわけではないため、作業時間がさらに長くなる可能性があります。

回路図
Arduino IDEでのプログラム//12 バイト (328%)

＃含む// コアグラフィックスライブラリ
＃含む// ハードウェア固有のライブラリ
＃含む
＃含む
#include
＃含む
＃含む
RF24 無線 (9、10); // RF24 ライブラリを操作するためのラジオ オブジェクト、
// およびピン番号 nRF24L01+ (CE、CSN)
＃含む
DS3231 rtc(SDA、SCL);
時間t;

//#TFT_CS 10 を定義する
#TFT_CS 8 の定義
#define TFT_RST -1 // これを Arduino リセットに接続することもできます
// その場合、この #define ピンを -1 に設定します。
//#define TFT_DC 9 // DC=RS=A0 - コマンドまたはデータ レジスタを選択するための指定オプション。
#TFT_DC 3 の定義

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

// オプション 2: 任意のピンを使用しますが、少し遅くなります。
#define TFT_SCLK 13 // これらを好きなピンに設定します。
#define TFT_MOSI 11 // これらを好きなピンに設定します。
//Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(TFT_CS、TFT_DC、TFT_MOSI、TFT_SCLK、TFT_RST);
＃含む

バイトシフト = 52;
バイトピン状態。
unsigned long Pump[4];// 4 秒のカウンター値を含む配列
浮動小数点 m = 3600.0;
unsigned int アドレス = 0;
int rc;// カウンタ用の変数
unsigned long sumprim = 0;
unsigned long sumsec = 0;
バイト i = 0;
バイトk = 34;
unsigned int z = 0;
バイト b = B00000001;
バイト pumrcounter[4]; // オブジェクトの状態を格納する配列、1 - オフ、0 - オン。
int 開始 = 0; //

voidセットアップ（）{

rtc.begin();
radio.begin(); // 作業を開始します nRF24L01+
radio.setChannel(120); // データ チャネル (0 ～ 127)。
radio.setDataRate(RF24_250KBPS); // データ転送速度 (RF24_250KBPS、RF24_1MBPS、RF24_2MBPS)。
radio.setPALevel(RF24_PA_MAX); // 送信電力 (RF24_PA_MIN=-18dBm、RF24_PA_LOW=-12dBm、
// RF24_PA_HIGH=-6dBm、RF24_PA_MAX=0dBm)
radio.openWritingPipe(0xAABBCCDD11LL); // データ転送用の識別子を使用してパイプを開きます

// 時間を設定するには、必要な行のコメントを解除します
//rtc.setDOW(1); // 曜日
//rtc.setTime(21, 20, 0); // 24 時間形式の時刻。
//rtc.setDate(29, 10, 2018); // 日付、29 年 2018 月 XNUMX 日

tft.initR(INITR_BLACKTAB); // ST7735S チップを初期化します、黒いタブ
// 1.44 インチ TFT を使用している場合は、このイニシャライザを使用します (コメントを解除します)。
//tft.initR(INITR_144GREENTAB); // ST7735S チップを初期化する、RED rcB タブ
tft.setTextWrap(false); // テキストが右端からはみ出るようにする
tft.setRotation( 2 ); // BLACK PCB と RED の場合 tft.setRotation(0) かどうか。
tft.fillScreen(ST7735_BLACK); // 画面をクリア

DDRD = DDRD | B00000000;
ポートド = ポートド | B11110000; // ソフトウェアの強化は機能しています、高レベル -
// 制御されたオブジェクトは「機能しない」。4 つ​​の上位ポート D すべてに「1」が書き込まれ、カウントは行われない。

for ( rc = 0; rc < 4; rc++)
{
tft.setCursor ( 3, rc * 10 + シフト ); // 制御オブジェクトの位置番号を表示する
tft.print(rc + 1);
}

tft.setCursor(12, 0); // 3行のテキストを出力します
tft.println("開発者とビルド"); // 愛する人たちに自分を褒めるために
tft.setCursor(24, 10); // あるいは邪悪な著作権
tft.print("開発者MM");
tft.setCursor(28, 20);
tft.print("BUILD-ER DD");

//データ復旧/​​///////////////////////////////////////////// ///////////

for ( z = 0; z < 1023; z += 16 ) { // 業界のすべてのセルを反復処理します
//そして、4 つのポンプ変数の配列 (各カウンターに 4 バイト) に書き込みます。
// 符号なしのlong変数。 カウンターは 4 つあり、4 つすべての 16 つのレコードには XNUMX バイトかかります。
EEPROM.get(z, ポンプ[0]); // したがって、for ループを使用しないと、ボリュームが少なくなります
EEPROM.get(z+4, ポンプ[1]);
EEPROM.get(z+8, ポンプ[2]);
EEPROM.get(z+12, ポンプ[3]);

// 4 つのカウンターの合計に新しい次の値を割り当てます
sumprim = (ポンプ [0] + ポンプ [1] + ポンプ [2] + ポンプ [3]);

// sumprim 変数内の 4 つのカウンターの合計の新しい値を、変数内の以前の値と比較します。
// sumsec で、前の合計が新しい合計以下の場合は、新しい合計が割り当てられます。
// sumsec 値。

if ( sumsec <= sumprim ) {
sumsec = サムプリム; //

//そして現在の値 z がアドレス変数に割り当てられます。z は 16 つの値からなる 4 バイトのブロックの先頭のアドレスです
// カウンターは同時に記録されます (ポートをポーリングするとき、ポートの 8 ビットすべてが同時に書き込まれるため、
// ポート D の必要な上位 4 ビットを含みます）。
アドレス = z;
}
}

// 記録された 16 つのカウンタ値の 4 バイトのブロックの先頭アドレスにある EEPROM メモリに再度アクセスします。
// 最後、つまりフリーズによるシャットダウンまたは再起動前の値。 最新の記録
// カウンタ値を 4 つの変数の配列にポンプします。

EEPROM.get(アドレス, ポンプ[0]);
EEPROM.get(アドレス + 4, ポンプ[1]);
EEPROM.get(アドレス + 8, ポンプ[2]);
EEPROM.get(アドレス + 12, ポンプ[3]);

アドレス += 16; //最後のレコードのデータを上書きせずに、次のブロックを書き込むためのアドレスを増加します

//データ復旧の終了////////////////////////////////////////// / //////////////////

attachInterrupt(0, count, RISING); // ピン D2、割り込みを有効にする、毎秒来る
// SQW 出力からの RTC DS3231 からのパルス

wdt_enable(WDTO_8S); // ウォッチドッグ タイマーを開始し、フリーズした場合にはコントローラーを再起動します。
// これには、タイマー リセット コマンド wdt_reset( を発行する必要があり、通常の動作中の再起動を避ける必要があります - 8 秒。
// テストの場合、値を 8 秒未満に設定することはお勧めできません。この場合、タイマーはリセットされることが望ましいです。
// けいれん、そしてそれが毎秒起こります。

}

voidループ（）{
// 空のサイクル。ここでは電気モーターの欠相動作が制御されます。
}

void count() {

tft.setTextColor(ST7735_WHITE); // フォントの色を設定します
t = rtc.getTime(); // 読み取り時間
tft.setCursor(5, 120); // カーソル位置の設定
tft.fillRect(5, 120, 50, 7, ST7735_BLACK); // 時刻出力領域をクリア
tft.print(rtc.getTimeStr()); // クロック読み取り値を出力します

wdt_reset(); // サイクルごと、つまり秒ごとにウォッチドッグをリセットします

for (rc = 0; rc < 4; rc ++) // 入力状態の準拠性をチェックするためのサイクルの開始
// ポートビットをポート D ビットの以前の読み取り状態に戻す
{
pinState = (PIND >> 4) & ( b << rc );

if (pumrcounter [rc] != pinState) { // 一致しない場合は、
pumrcounter[rc] = ピン状態; // ポートビットステータス変数に新しい値 1/0 を割り当てます
}
// カラーコントロールオブジェクトの状態の表示
// ブルーは既存の画面 (またはライブラリ?) の小さな不具合で、RGB と BGR が混同されています。
if (pinState == ( b << rc )) {
tft.fillRect(15, ((rc * 10 + shift)), 7, 7, ST7735_BLUE); // 低レベルのカウントの場合は、緑を青に変更します
場合} else {
tft.fillRect(15, ((rc * 10 + シフト)), 7, 7, ST7735_GREEN); // 低レベルのカウントの場合は、青を緑に変更します
ポンプ [rc] += 1; // 動作時間カウンタに 1 秒を加算します
}
}

k++;
if (k == 36) {
ｋ ＝ ＸＮＵＭＸ；

tft.fillRect(30, シフト, 97, 40, ST7735_BLACK); // 稼働時間表示エリアをクリア
tft.fillRect(60, 120, 73, 7, ST7735_BLACK); // 日付も

tft.setCursor(60, 120); // カーソル位置の設定
tft.print(rtc.getDateStr()); // LCD画面に日付を表​​示します

for (rc = 0; rc < 4; rc ++) //稼働時間を整数、XNUMX分のXNUMX、およびXNUMX分のXNUMXで出力します。
{
tft.setCursor ( 30, rc * 10 + SHIFT ); // 10分のXNUMX時間、画面がXNUMXピクセル下にシフト
tft.println(ポンプ [rc] / m);
}

// 「生の」動作時間値 (秒単位) を EEPROM に書き込む //////////////////////////////

for (rc = 0; rc < 4; rc++)
{
EEPROM.put(アドレス, ポンプ [rc]);
アドレス += sizeof(float); // 書き込みアドレス変数をインクリメントします
}
}

// 送信するバイト数を示すデータから無線チャネルを介してデータを送信します。
if ((k == 6 ) || (k == 18 ) || (k == 30 )) {

署名されていない長いデータ。

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

for (i = 0; i < 4; i++) {
データ = ポンプ [i ];
radio.write( &data, sizeof( data));
}
}
}

最後にいくつかメモ。 カウントは入力の低論理レベルで発生します。

フォトレジスタ GL2 を使用したオプションの場合、プルアップ抵抗 R5 ～ R36 は 5516 kOhm です。 フォトトランジスタフォトカプラおよびリレーの場合は、4,7 ～ 5,1 kΩ に設定します。 ウォッチドッグ タイマーを正しく動作させるために、Arduino Nano v3.0 ブートローダーは TL866A プログラマを使用して Arduino Uno に置き換えられました。 ヒューズは 4,3 V 以上の電圧で動作するように修正されています。外部リセット回路 R6 C3 は使用されませんでした。 サンプル プログラムでは、送信機の周波数はライセンスのない範囲に対応しておらず、2,4 MHz の範囲は周波数 2400.0 ～ 2483.5 MHz に制限されています。

E01-ML01DP05 トランスミッタの範囲は 2400 ～ 2525 MHz です。 1 つのチャネルの帯域幅は 24 MHz で、速度を「RF2_120MBPS」に設定すると、指定された radio.setChannel(2) チャネルと次のチャネルが占有されます。 帯域はXNUMXMHzになります。

出所： habr.com