지역 자율 데이터 수집 시스템

회사는 Next Technologies에서 국내 생산하는 NEKST-M 모니터링 포스트를 구입했습니다. 펌핑 장치의 작동을 시각화하기 위해,
화재 및 보안 경보, 시동기의 전압 존재, 실내 온도, 비상 수위. NEKST-M의 핵심은 ATMEGA 1280이며 이 사실은 특정 요구에 맞는 키트를 직접 만들 수 있다는 점에서 고무적입니다.

가능한 가장 짧은 시간과 최소한의 비용으로 특정 요구에 맞는 완전 자율형 지역 파견 시스템을 만드는 것이 임무로 설정되었습니다. 기본은 마이크로 컨트롤러입니다. 개발, 제조, 직원이 직접 만듭니다.

시스템은 무선 주파수 자원 사용을 위한 셀룰러 네트워크, 서버, 인터넷 및 라이센스 시스템에 의존하지 않고 작동해야 하며, 모니터링 및 제어 시스템 작동에 컴퓨터를 사용해서는 안 되며, 최대 주기적으로 랩탑을 사용해야 합니다. 오랫동안(6~9개월) 반대합니다. 네트워크 구성은 방사형 구조를 가지고 있습니다. 데이터는 한 지점에서 수집된 후 처리를 위해 일반 통신 채널을 통해 또는 하드 카피로 전송됩니다.

시스템은 다음을 제공해야 합니다.

• 펌핑 장치의 작동 모니터링
• 기술 자동화
• 비상 상황의 결과로부터 보호
• 비상 신호
• 작동 시간 계산
• 소비되는 전기량 계산
• 장비 온도 제어
• 보안 및 화재 경보기
• 정보의 주기적 원격 기록
• 알 수 없는 미래 요구 사항

근무 조건 :

• 적용 범위 1 평방 킬로미터.
• 객체 간 직접적인 가시성
• +50 ~ -50C의 온도
• 습도 최대 100%
• 생물학적 활성 침전물(곰팡이, 황산염 감소 박테리아)
• GOST ISO 1-2-10816에 따른 클래스 1-97 기계의 진동이 더 이상 발생하지 않습니다.
• 전자기 환경 - KT 6053 접촉기를 사용한 전기 모터 전환, RVS-DN 소프트 스타트 장비, SIEMENS MICROMASTER PID 제어 장비, 이러한 장치의 요구 사항에 따른 ISM 및 GSM 범위의 방사선, 현장 수동 아크 용접
• 과도한 네트워크 전압, 전원 공급 장치의 단기 중단, 낙뢰 과전압, 6-10kV 배전 네트워크에서 가공선이 끊어질 때 위상 불균형.

이러한 엄격한 요구 사항에도 불구하고 문제를 단계별로 해결하면 구현이 매우 간단합니다.

모든 것을 고려하여 "Arduino Nano 3.0" 보드가 계획의 "두뇌"가 되었습니다. Robotdyn 보드에는 다음 작업에 필요한 328V 전압 안정기인 ATMEGA 3,3 컨트롤러가 있습니다.
전류 800mA 및 CH340G UART-USB로 변환기.

우선, 영업시간 카운터를 최신 버전으로 만들었습니다. 무변압기 전원 공급 회로가 있는 PIC에 조립된 이전에 사용된 산업용 계량기는 작동 후 5년 이내에 전압 서지로 인해 고장났습니다. 집에서 만든 1V 전원 공급 장치를 사용하여 연결된 것만 그대로 유지되었습니다. 설치 속도와 연결 다양성을 높이기 위해 스위칭 장치의 단자에서 장치 상태에 대한 신호를 가져옵니다. 380V의 220상 전원 공급 장치로 5516단계 전압의 존재를 등록합니다. 컨트롤러와 조정하기 위해 817V 권선이 있는 중간 릴레이 또는 LED와 GL22 포토레지스터 또는 PC630 옵토커플러로 구성된 옵토커플러가 사용됩니다. 모든 옵션이 테스트되었습니다. LED는 절연 저항계를 사용하여 회로를 실수로 테스트하는 동안 안전을 위해 직렬로 연결된 XNUMXV 전압용으로 설계된 XNUMX개의 SVVXNUMX 커패시터를 사용하여 전류 제한이 있는 정류된 전압으로 전원이 공급됩니다.
ST7735S LCD 화면을 사용하여 작동 시간 판독값을 읽고, 01MHz 주파수에서 E01-ML05DP2,4 모듈을 사용하여 라디오를 통해 실시간 데이터를 전송합니다. 이 장치에는 nRF24L01+ 칩과 RFX2401C 송신/수신 증폭기가 포함되어 있습니다.
최대 100mW의 출력 전력. 온라인 계산기에서 원하는 범위에 맞게 설계된 헬리컬 안테나 сайта. 안테나 유형의 선택은 주변 금속 구조물로부터 단일 반사파의 수신을 배제하여 결정됩니다. 안테나 부품은 3D 프린터로 인쇄됩니다. 카운터의 현재 상태는 컨트롤러 자체의 EEPROM에 저장되며 예상치 못한 정전이 발생할 경우 복원됩니다. 계산을 위한 시간 간격은 RTC 칩 DS3231에 의해 백업 배터리가 있는 모듈 형태로 제공됩니다. 전원 공급 장치는 3개의 모듈, 실제 펄스 소스 220/5V HLK-PM01 600mA, 1-5V에서 5V로의 변환기를 사용합니다. HW-553 и 03962 - 배터리 컨트롤러 계획 단락, 과방전 및 과충전으로부터 보호합니다. 모든 구성품은 알리익스프레스 사이트에서 구매하였습니다.

빵판
4채널 카운터. 연선 통신 회선을 통한 간섭으로부터 보호하기 위해 입력에 LC 필터가 있습니다. 제어 개체의 상태에 대한 데이터는 초당 한 번씩 지속적으로 판독되어 LCD에 컬러로 표시됩니다. 판독값은 1초마다 업데이트되어 비휘발성 메모리에 기록됩니다. 36초는 36시간의 1/100이며, 이것이 데이터가 필요한 형식입니다. 12초마다 각 제어 장치의 작동 시간(초)에 대한 정보가 전송됩니다. 제조업체에 따르면 EEPROM 메모리의 쓰기-삭제 주기 횟수는 100000회로 제한되어 있습니다. 최악의 옵션은 하나 이상의 셀이 지속적으로 업데이트되는 경우입니다. 첫 번째 카운터의 볼륨은 1바이트이며 이는 긴 형식의 숫자이며 4개의 카운터로 총 4바이트가 하나의 레코드를 차지합니다. 칩의 메모리 길이는 16바이트이며, 1024개 카운터의 64개 항목 이후 기록이 다시 시작됩니다. EEPROM 라이브러리에서는 EEPROM.put 메소드는 쓰지 않으며, 셀의 값과 쓰여지는 정보가 일치하면 셀의 성능 저하가 발생하지 않습니다. 결과적으로 보장된 메모리 작동 시간은 4년 이상이 됩니다. 가능하지만 보장되지 않는 작업 시간은 훨씬 길어질 수 있습니다.

회로도
Arduino IDE의 프로그램//12바이트(328%)

#포함하다 // 핵심 그래픽 라이브러리
#포함하다 // 하드웨어 관련 라이브러리
#포함
#포함하다
#포함
#포함하다
#포함하다
RF24 무선(9, 10); // RF24 라이브러리 작업을 위한 라디오 객체,
// 및 핀 번호 nRF24L01+(CE, CSN)
#포함하다
DS3231 rtc(SDA, SCL);
시간 t;

//#TF_CS 10 정의
#TF_CS 8 정의
#define TFT_RST -1 // 이를 Arduino 재설정에 연결할 수도 있습니다.
// 이 경우 #define 핀을 -1로 설정하세요!
//#define TFT_DC 9 // DC=RS=A0 - 명령 또는 데이터 레지스터 선택을 위한 지정 옵션입니다.
#TF_DC 3 정의

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

// 옵션 2: 아무 핀이나 사용하되 조금 더 느립니다!
#define TFT_SCLK 13 // 원하는 핀으로 설정하세요!
#define TFT_MOSI 11 // 원하는 핀으로 설정하세요!
//Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(TFT_CS, TFT_DC, TFT_MOSI, TFT_SCLK, TFT_RST);
#포함하다

바이트 이동 = 52;
바이트 핀상태;
부호 없는 긴 펌프[4];// 4초 카운터 값이 있는 배열
플로트 m = 3600.0;
부호 없는 int 주소 = 0;
int rc;// 카운터용 변수
부호 없는 긴 요약 = 0;
부호 없는 긴 sumsec = 0;
바이트 i = 0;
바이트 k = 34;
부호 없는 int z = 0;
바이트 b = B00000001;
바이트 pumrcounter[4]; // 객체 상태를 저장하기 위한 배열(1 - 꺼짐, 0 - 켜짐).
int 시작 = 0; //

void setup () {

rtc.begin();
라디오.시작(); // 작업 시작 nRF24L01+
radio.setChannel(120); // 데이터 채널(0~127).
radio.setDataRate(RF24_250KBPS); // 데이터 전송 속도(RF24_250KBPS, RF24_1MBPS, RF24_2MBPS).
radio.setPALevel(RF24_PA_MAX); // 송신기 전력(RF24_PA_MIN=-18dBm, RF24_PA_LOW=-12dBm,
// RF24_PA_HIGH=-6dBm, RF24_PA_MAX=0dBm)
radio.openWritingPipe(0xAABBCCDD11LL); // 데이터 전송을 위한 식별자로 파이프를 엽니다.

// 시간을 설정하려면 필요한 줄의 주석을 해제하세요.
//rtc.setDOW(1); // 요일
//rtc.setTime(21, 20, 0); // 24시간 형식의 시간입니다.
//rtc.setDate(29, 10, 2018); // 날짜, 29년 2018월 XNUMX일

tft.initR(INITR_BLACKTAB); // ST7735S 칩 초기화, 블랙 탭
// 1.44" TFT를 사용하는 경우 이 초기화 프로그램을 사용하십시오(주석 해제).
//tft.initR(INITR_144GREENTAB); // ST7735S 칩, RED rcB 탭 초기화
tft.setTextWrap(false); // 텍스트가 오른쪽 가장자리를 벗어나도록 허용
tft.setRotation( 2 ); // BLACK PCB 및 RED tft.setRotation(0)의 경우인지 여부.
tft.fillScreen(ST7735_BLACK); // 화면 지우기

DDRD = DDRD | B00000000;
포트D = 포트D | B11110000; // 소프트웨어 강화가 작동 중입니다. 높은 수준 -
// 제어된 개체가 "작동하지 않음", "4"이 1개의 모든 수석 포트 D에 기록되고 계산이 발생하지 않습니다.

for(rc = 0; rc < 4; rc++)
{
tft.setCursor ( 3, rc * 10 + Shift ); // 제어 객체의 위치 번호 표시
tft.print(rc + 1);
}

tft.setCursor(12, 0); // 3줄의 텍스트 출력
tft.println("개발자 및 빌드"); // 사랑하는 사람에게 자신을 칭찬하기 위해
tft.setCursor(24, 10); // 아니면 사악한 저작권
tft.print("개발자 MM");
tft.setCursor(28, 20);
tft.print("빌드-어 DD");

//데이터 복구////////////////////////////////////////////// ///////////

for ( z = 0; z < 1023; z += 16 ) { // 업계의 모든 셀을 반복합니다.
//4개의 펌프 변수 배열(각 카운터당 4바이트)에 씁니다.
// 부호 없는 긴 변수. 4개의 카운터가 있으며, 4개 모두의 하나의 레코드는 16바이트를 차지합니다.
EEPROM.get(z, 펌프[0]); // 따라서 for 루프가 없으면 볼륨이 줄어듭니다.
EEPROM.get(z+4, 펌프[1]);
EEPROM.get(z+8, 펌프[2]);
EEPROM.get(z+12, 펌프[3]);

// 4개 카운터의 합계에 대해 새로운 다음 값 할당
sumprim = (펌프 [0] + 펌프 [1] + 펌프 [2] + 펌프 [3]);

// sumprim 변수에 있는 4개의 카운터 합계의 새 값을 변수의 이전 값과 비교합니다.
// sumsec 및 이전 합계가 새 합계보다 작거나 같으면 새 합계가 할당됩니다.
// 합계초 값.

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

//현재 값 z는 주소 변수에 할당됩니다. z는 16개 값으로 구성된 4바이트 블록의 시작 주소입니다.
// 동시에 기록된 카운터(포트를 폴링할 때 포트의 8비트가 모두 동시에 기록되므로,
// 포트 D의 필요한 상위 4비트 포함).
주소 = z;
}
}

// 기록된 16개의 카운터 값으로 구성된 4바이트 블록의 시작 주소에 있는 eeprom 메모리에 다시 한 번 액세스합니다.
// 마지막, 즉 정지로 인해 종료하거나 재부팅하기 전의 값입니다. 최신 녹음
// 카운터 값을 4개 변수의 배열로 변환합니다.

EEPROM.get(주소, 펌프[0]);
EEPROM.get(주소 + 4, 펌프[1]);
EEPROM.get(주소 + 8, 펌프[2]);
EEPROM.get(주소 + 12, 펌프[3]);

주소 += 16; //마지막 레코드의 데이터를 덮어쓰지 않고 다음 블록을 쓰기 위해 주소를 증가시킵니다.

//데이터 복구 종료//////////////////////////////////////////////////////////////////////// //////////////////

attachmentInterrupt(0, 개수, RISING); // D2 핀, 인터럽트 활성화, 매초마다 발생
// SQW 출력의 RTC DS3231 펄스

wdt_enable(WDTO_8S); // 워치독 타이머를 시작하고 정지 시 컨트롤러를 재부팅합니다.
// 타이머 재설정 명령 wdt_reset(을 실행하고 정상 작동 중에 재부팅을 방지해야 합니다. - 8초.
// 테스트를 위해 값을 8초 미만으로 설정하지 않는 것이 좋습니다. 이 경우 타이머를 재설정하는 것이 좋습니다.
// 저크, 매초마다 발생합니다.

}

무효 루프 () {
// 빈 사이클, 여기서는 전기 모터의 개방 위상 작동을 제어합니다.
}

무효 개수() {

tft.setTextColor(ST7735_WHITE); //글꼴 색상 설정
t = rtc.getTime(); // 읽는 시간
tft.setCursor(5, 120); // 커서 위치 설정
tft.fillRect(5, 120, 50, 7, ST7735_BLACK); // 시간 출력 영역 클리어
tft.print(rtc.getTimeStr()); // 클럭 판독값 출력

wdt_reset(); // 매 사이클, 즉 두 번째 워치독을 재설정합니다.

for (rc = 0; rc < 4; rc ++) // 입력 상태의 적합성을 확인하기 위한 사이클의 시작
// 포트 D 비트의 이전 읽기 상태로 비트를 포트합니다.
{
pinState = (PIND >> 4) & ( b << rc );

if (pumrcounter [rc] != pinState) { // 일치하지 않으면
pumrcounter[rc] = pinState; // 포트 비트 상태 변수에 새 값 1/0 할당
}
// 색상 제어 객체의 상태 표시
// BLUE는 기존 화면(또는 라이브러리?)의 작은 결함으로 RGB와 BGR이 섞여 있습니다.
if (pinState == ( b << rc )) {
tft.fillRect(15, ((rc * 10 + Shift)), 7, 7, ST7735_BLUE); // 낮은 레벨 계산의 경우 GREEN을 BLUE로 변경합니다.
} 다른 {
tft.fillRect(15, ((rc * 10 + Shift)), 7, 7, ST7735_GREEN); // 낮은 레벨 계산의 경우 BLUE를 GREEN으로 변경합니다.
펌프 [rc] += 1; // 작동 시간 카운터에 1초를 추가합니다.
}
}

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

tft.fillRect(30, Shift, 97, 40, ST7735_BLACK); // 작동 시간 표시 영역 지우기
tft.fillRect(60, 120, 73, 7, ST7735_BLACK); // 및 날짜

tft.setCursor(60, 120); // 커서 위치 설정
tft.print(rtc.getDateStr()); // LCD 화면에 날짜를 표시합니다.

for (rc = 0; rc < 4; rc ++) //작업 시간을 전체, XNUMX분의 XNUMX, XNUMX분의 XNUMX로 출력합니다.
{
tft.setCursor ( 30, rc * 10 + Shift ); // 화면이 10픽셀 아래로 이동하는 XNUMX분의 XNUMX시간
tft.println(펌프 [rc] / m);
}

// EEPROM에 "원시" 작동 시간 값(초 단위) 쓰기 //////////////////////////////

for (rc = 0; rc < 4; rc++)
{
EEPROM.put(주소, 펌프 [rc]);
주소 += sizeof(float); // 쓰기 주소 변수를 증가시킵니다.
}
}

// 전송해야 하는 바이트 수를 나타내는 데이터에서 무선 채널을 통해 데이터를 보냅니다.
if ((k == 6 ) || (k == 18 ) || (k == 30 )) {

부호 없는 긴 데이터;

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

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

끝에 몇 가지 메모가 있습니다. 카운팅은 입력의 낮은 논리적 수준에서 발생합니다.

풀업 저항 R2-R5는 포토레지스터 GL36 옵션의 경우 5516kOhm입니다. 포토트랜지스터 옵토커플러 및 릴레이의 경우 4,7-5,1kOhm으로 설정합니다. Arduino Nano v3.0 부트로더는 감시 타이머의 올바른 작동을 위해 TL866A 프로그래머를 사용하는 Arduino Uno로 대체되었습니다. 퓨즈는 4,3V 이상의 전압에서 작동하도록 수정되었습니다. 외부 리셋 회로 R6 C3은 사용되지 않았습니다. 샘플 프로그램에서 송신기 주파수는 비면허 범위에 해당하지 않으며 2,4MHz 범위는 주파수 2400.0-2483.5MHz로 제한됩니다.

E01-ML01DP05 송신기의 범위는 2400-2525MHz입니다. 한 채널의 대역폭은 1MHz입니다. 속도를 "RF24_2MBPS"로 설정하면 지정된 radio.setChannel(120) 채널이 사용되고 다음 채널이 사용됩니다. 대역은 2MHz가 됩니다.

출처 : habr.com