ВВЕДЕНИЕ 5
1. Обзор рынка и актуальность 8
2. Разработка структурной схемы 19
3. Выбор способа отрисовки 27
4. Разработка принципиальной схемы 31
5. Написание программы 36
5.1. Работа с Google Charts 36
5.2. Работа с ADS1015 40
5.3. Работа с DHT11 40
5.4. Работа с TMP35 41
5.5. Работа с термистором 41
6. Описание алгоритма устройства 43
7. Интерфейс пользователя 44
8. Экономический расчет 45
Заключение 46
Список используемой литературы и используемых источников 47
Приложение А Текст программы
Сегодня контролированию факторов, которые могут помешать процессам создания и выпуска качественной продукции отдается большое значение. Современные приборы в полной мере способны следить за соблюдением условий производства. В сферу их контроля входит множество параметров, в том числе и температура. Приборами для измерения температуры обеспечивают технологическое оборудование и системы нефтегазового сектора, металлургических и машиностроительных предприятий, химических и нефтеперерабатывающих заводов, производственных объектов пищевой, фармацевтической и энергетической отрасли.
Жидкостные и газовые термометры, представленные на рисунке 1, преимущественно используются для визуального контроля температуры нагревательного и холодильного оборудования.
Термоэлектрические датчики (термопары), показанные на рисунке 2, широко применяются для автоматизации производственных процессов.
Пирометры, изображенные на рисунки 3, устанавливаются на теплоэнергетических объектах, в сфере пожарной безопасности и охранной сигнализации.
Биметаллические датчики, представленные на рисунке 4, используются в автомобильной промышленности, отопительных и нагревательных системах.
Кремниевые датчики, показанные на рисунке 5, присутствуют в различных электронных устройствах и оборудовании, и выполняют функцию контроля температуры их внутренних поверхностей.
Термоиндикаторы, изображенные на рисунке 6, устанавливают в холодильных установках для отслеживания превышений допустимых температур, а также в качестве одноразовых температурных датчиков.
В сфере цифровой медицины на крупнейшей в мире выставке MEDICA 2019 был представлен миниатюрный беспроводной термометр Thermosafer XST200, показанный на рисунке 7, который позволяет в непрерывном режиме осуществлять мониторинг температуры тела человека, в первую очередь ребенка, в течение длительного времени.
Неожиданное применение датчиков для слежения за ростом температуры нашлось в офисной сфере, а именно в серверной комнате. Слежение происходит за степенью нагрева серверов (рисунок 8), и при достижении пороговой температуры шлет уведомление по СМС.
В конечном итоге, спроектированное устройство отвечает заявленным требованиям, имеют требуемый функционал при относительно небольшой стоимости компонентов. Программный код отлажен и позволяет осуществить слежение за изменением температуры со всеми требуемыми функциями.
В данной ВКР были проанализированы известные решения, обозначены требования к проектируемому устройству, составлена структурная схема, проведен поиск и подбор компонентной базы, протестирована работоспособность приобретенных модулей, составлены электрическая принципиальная схема, алгоритм действий программы, составлен и отлажен программный код, создан и нарисован интерфейс для простого понимая конечному пользователю.
В дальнейшем возможно улучшение устройства, которое поможет сравнять его с аналогами.
Так, например, можно увеличить количество и разнообразие датчиков, что поможет следить не только за температурой, но и за давлением, влажностью, дымом, движением. Такие датчики как DHT11 и DHT22 уже в состоянии измерять и влажность, и температуру. Так как библиотека Google Charts не ограничивает нас в числе линий, нарисованных на графике, остается только прописать обращение для них в коде. Можно расширить функционал устройства, подключив датчики двери, протечки, наличия 220В, удара. Но это уже никак не будет связано с мониторингом температуры, а только добавит новые возможности устройству.
Также я считаю возможным добавление к функционалу данного прибора способности предупреждать о приближении к опасной температуре. Подобное используется в нескольких устройствах, описанных выше. Например, оповещение пользователя о возможном чрезвычайном происшествии при помощи SMS.
1. Google Charts [Электронный ресурс] // Примеры кода для графиков: https://developers.google.com/chart/interactive/docs/gallery/linechart7hl =ru
2. Приборы для измерения температуры FLUKE [Электронный ресурс] // Визуальные пирометры и термометры: https://flukeshop.ru/pribory-dlya-izmereniya-temperatury
3. Термоиндикаторы LogTag [Электронный ресурс] // Контроль температуры: http://logtagrussia.ru/
4. Микроконтроллер ESP8266 [Электронный ресурс] // Прошивка и пример использования: https://tproger.ru/articles/about-esp8266/
5. NetPing [Электронный ресурс] // Устройства мониторинга
температуры в серверной комнате: http://www.netping.ru/Blog/kak-
organizovat-monitoring-temperatury-v-servernoj-komnate
6. Модуль ADS1015 [Электронный ресурс] // ADS1115 analog -to-
digital converter and ESP8266:
http://www.esp8266learning.com/ads 1115-analog-to-digital-converter- and-esp8266.php
7. ESP-12E [Электронный ресурс] // Basic flashing connection:
https://www.letscontrolit.com/wiki/index.php?title=F ile: ESP-
12E Basic flashing connection.jpg
8. NodeMCU распиновка [Электронный ресурс] // Назначение пинов
на микроконтроллере:
https://myrobot.ru/wiki/index.php?n=Experiences.NodemcuPinout
9. Датчики и измерения [Электронный ресурс] // Считывание
показаний датчиков с помощью Arduino: https://radioprog.ru/post/224 Thermosafer XST200 Smart [Электронный ресурс] // Характеристика: https://www.ebay.com/itm/Thermosafer-XST200-
Smart-Monitoring-Body-Bluetooth-Contact-Thermometer- Korea/392200897609
10. Датчик LM35 [Электронный ресурс] // Подключение к Arduino: https: //robotclass.ru/tutorials/arduino-temperature-sensor/
11. ADS1115 (ADS1015) [Электронный ресурс] // Внешний I2C ADS
АЦП: https://flprog.ru/supported hardware/prochie-moduli/ads1115-
ads 1015-vneshnij -i2c-adc-acp-podderzhivaetsj a-prog/
12. NTP-server [Электронный ресурс] // Настройка: https://www.ntp-
servers.net/
13. Датчик DHT11 [Электронный ресурс] // DHT11 Humidity and Temperature Sensor: https://www.mouser. com/datasheet/2/758/DHT11- Technical-Data-Sheet-Translated-Version-1143054.pdf
14. TMP35 [Электронный ресурс] // Data Sheet:
https: //www. analog.com/media/en/technical-documentation/data- sheets/TMP35 36 37.pdf
15. Термистор NTC3950 [Электронный ресурс] // Data Sheet:
https: //www. makeralot.com/download/Reprap-Hotend-Thermistor-NTC- 3950-100K.pdf
16. NodeMCU V3 [Электронный ресурс] // PIN Mapping and Flash Layout: https://docs.zerynth.com/latest/official/board.zerynth.nodemcu3/docs/ind ex.html
17. Построение графика [Электронный ресурс] // WI-FI ESP8266
Суточный график температуры и влажности:
http: //geekmatic.in.ua/grafik temperaturi esp8266
18. Устройства измерения температуры [Электронный ресурс] // Промышленный импорт: https://dmliefer.ru/katalog/kip/pribory-dlja- izmerenij a-temperatury
19. Датчик DS18B20 [Электронный ресурс] // Measure Temperature on the Web With Arduino Ethernet and DS18B20: https://evercare.ru/news/medica-2019-termometr-dlya-nepreryvnogo- monitoringa-temperatury-tela
20. Thermosafer XST200 Smart [Электронный ресурс] // Термометр для
непрерывного мониторинга температуры:
https://evercare.ru/news/medica-2019-termometr-dlya-nepreryvnogo- monitoringa-temperatury-tela
21. Улли Соммер Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino под ред. Добина Григория. М. : BHV, 2012. 256 с.
22. Ревич Ю. В. Занимательная электроника. М. : BHV, 2018. 672 с.
23. Виктор Петин Проекты с использованием контроллера Arduino, 2-е издание. М. : BHV, 2015. 464 с.
24. Теро Карвинен, Киммо Карвинен, Вилле Валтокари Делаем сенсоры. Проекты сенсорных устройств на базе Arduino и Raspberry Pi. М. : Вильямс, 2015. 448 с.
25. Jennie Schaeffer, Rikard Lindell Arduino in Museum Exhibition: Lessons Learned When Working With Design Students Inexperienced in Coding. P. : TEI’15, 2015. Pages 715-720.
26. Fernando S. Perilla Fire Safety and Alert System Using Arduino Sensors with IoT Integtation. P. : ICSCA 2018, 2018. Pages 199-203
27. Lai Ah-Fur, Chen Chien-Hung, Lai Horng-Yih Developing an Arduino Simulation-based Learning System and Evaluating its Suitability. P. : ICEBT 2018, 2018. Pages 38-42.
28. Caleb Helbling, Samuel Z. Guyer Juniper: a functional reactive programming language for the Arduino. P. : FARM 2016, 2016. Pages 8-16
29. David Sirkin, Nikolas Martelaro, Wendy Ju Make This! Introducing to Electronics Prototyping Using Arduino. P. : CHI EA’17, 2017. Pages 1224-1227.