В наше время ни для кого не секрет, что климатические параметры, такие как температура, влажность и атмосферное давление, оказывают большое влияние на все живые организмы на земле и человека в том числе. От этого зависит самочувствие человека, его настроение и, в конечном счете, работоспособность. Поэтому важным является создание благоприятного микроклимата в помещении, учет климатических параметров при планировании времени и места работы и отдыха.
Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах должны соответствовать величинам, приведенным в табл. 1, применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года.
Таблица 1. Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений
Период года Категория работ по уровню энергозатрат,
Вт Температура воздуха,
°С Температура поверх-ностей,
°С Относитель-ная влажность воздуха,
% Скорость движения воздуха, м/с
Холодный 1а (до 139) 22-24 21-25 60-40 0,1
Хб (140-174) 21-23 20-24 60-40 0,1
Па (175-232) 19-21 18-22 60-40 0,2
ХХб (233-290) 17-19 16-20 60-40 0,2
III (более 290) 16-18 15-19 60-40 0,3
Теплый 1а (до 139) 23-25 22-26 60-40 0,1
Хб (140-174) 22-24 21-25 60-40 0,1
ХХа (175-232) 20-22 19-23 60-40 0,2
ХХб (233-290) 19-21 18-22 60-40 0,2
III (более 290) 18-20 17-21 60-40 0,3
Оптимальные условия микроклимата на производстве
регламентируются соответствующими нормативными документами - СанПиН 2.2.4.548-96 - Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений. Согласно данным нормативам отметим основные моменты.
Для решения данной проблемы, прежде всего необходимо знание конкретных климатических параметров, их текущие значения и возможные изменения. Получение информации подобного рода предполагает измерения с применением соответствующих технических средств. Комплексное решение задачи измерения разнообразных физических параметров требует применения автоматизированных систем сбора данных для целей контроля и управления.
Помимо жилых и производственных помещений, в которых присутствуют люди, соответствующего климатического контроля требуют и помещения, в которых происходят технологические процессы. Например, технологии многих промышленных процессов требуют точного и достоверного измерения влажности.
Автоматизированные системы измерения температуры и влажности под управлением микропроцессоров представляют собой универсальное решение, но в экстремальных условиях эксплуатации они просто незаменимы. Помимо выполнения функции автоматизации сбора данных, их хранения и передачи по каналам связи микропроцессоры позволяют проводить необходимую первичную обработку данных. Так первичные выходные значения датчиков представляют собой измерения температуры и относительной влажности. Микропроцессор с помощью дополнительного программного обеспечения, реализующего математическую обработку, позволяет выполнять расчет абсолютных величин, таких как относительное давление в помещении, абсолютная влажность (г/м3), содержание влаги (г/кг), теплосодержание (кДж/кг) и т.п. Кроме того, при необходимости на микропроцессор можно возложить функции нормализации, линеаризации, вычисления среднего значения, дисперсии и т.п.
Благодаря простоте обслуживания, обширному набору функций и возможности расширения и модернизации информационно-измерительные системы подобного типа доказывают свою надежность в различных технологических процессах. Приборы и системы контроля климатических параметров используются в промышленных процессах сушки, системах контроля и управления, климатических установках стерильных и складских помещений, лабораториях и др.
Целью данной работы является разработка распределённой системы сбора данных с удалённых датчиков температуры и влажности.
4
Для выполнения данной цели необходимо выполнить следующие задачи:
• Изучение физических методов измерения и классификация датчиков температуры и влажности.
• Выбор современных датчиков с требуемыми характеристиками и интерфейсом.
• Выбор микроконтроллера с требуемыми характеристиками и встроенными модулями.
• Определение функций, возлагаемых на автоматизированную систему сбора данных и разработка ее структурной схемы.
• Разработка принципиальной схемы автоматизированной системы измерения, сбора данных и управления климатическим режимом в помещениях.
В соответствии с поставленной задачей в первой главе проведен обзор методов и средств измерения температуры и влажности. Рассмотрены комбинированные датчики измерения температуры и влажности серии SHTx выпускаемой компанией Sensirion и датчик HTS221 компании ST Microelectro. Для каждого датчика указываются технические характеристики и обозначения выводов.
Во второй главе проведен обзор наиболее популярных интерфейсов передачи данных с подробным описанием технических характеристик. Для сопряжения датчиков с микроконтроллером и возможностью организации сети между МК и ПК выбраны интерфейсы I2C и RS485.
В четвертой главе приведена, структурно-функциональная схема, которая дает общее представление о принципе действия устройства. На ней изображена совокупность звеньев объекта, связь между ними.
В заключительной пятой главе разработана принципиальная электрическая схема, выполненная в графическом редакторе - sPlan 7.0.
В ходе выполнения дипломной работы были решены поставленные задачи и получены следующие основные результаты.
Приведены краткие теоретические сведения, касающиеся измерения рассматриваемых физических величин - температуры и влажности.
Приведено определение температуры. В соответствие с определением рассмотрены единицы измерения температуры.
Проведен обзор приборов для измерения температуры, основанные на различных физических принципах. Рассмотрены методы измерения и типы чувствительных элементов, в соответствие с которыми проведена классификация датчиков измерения температур. Показаны достоинства каждого из рассмотренных датчиков и их области применения.
Кратко рассмотрена тематика, связанная с влажностью. Приведено определение физической величины влажности и единицы измерения. Приведены определения абсолютной и относительной влажности, массовой и объемной влажности.
Приведены закономерности изменения влажности в зависимости от температуры. Рассмотрены физические принципы измерения влажности. Кратко рассмотрены классические приборы измерения влажности - гигрометры и психрометры.
Рассмотрены принципы и методы измерения современных датчиков влажности.
Подробно рассмотрен широко применяемый абсорбционный емкостной датчик фирмы Honeywell - принцип измерения, технические характеристики, способ температурной компенсации.
Проведен обзор микроконтроллеров, необходимых в системе сбора данных для выполнения функций управления, обработки и хранения данных.
Приведена классификация микроконтроллеров по различным критериям:
• по разрядности (бит);
• по общему типу архитектуры (CISC и RISC);
• по типу архитектуры вычислительной системы (гарвардская и принстонская);
• по функциональности микросхем (универсальные и специализиро-ванные).
• по отдельным семействам конкретных фирм-производителей.
На основе проведенного обзора выбран микроконтроллер AVR семейства ATmega8L и ATmega162.
Приведены их краткие технические характеристики, области применения, внешний вид, цоколевка и назначение выводов (контактов) микросхемы.
Рассмотрены особенности архитектуры МК и системы команд. Для реализации работы системы с периодическими запросами с относительно продолжительными временными интервалами предполагается применение встроенных таймеров-счетчиков TIC.
Разработана структурно-функциональная схема распределенной системы сбора данных с удаленных датчиков температуры и влажности.
В соответствие со структурно-функциональной схемой и подобранной элементной базой была разработана принципиальная электрическая схема.
Система сбора данных включает в себя несколько абонентских узлов и один центральный диспетчерский пункт. Количество абонентских узлов в сети может достигать 32 с возможностью увеличения при использовании дополнительных расширителей сети. Управление опросом и передача данных по сети производится с центрального пункта.
Разработанная система может найти применение для контроля температуры и влажности в жилых и производственных помещениях, где необходимо соблюдение определенных климатических условий.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
