Wi-Fi каналдарымен қамтамасыздырылған телеөлшеу жүйесін жасау
Wi-Fi каналдарымен қамтамасыздырылған телеөлшеу жүйесін жасау
Аннотация
В данном дипломном проекте рассмотрен система телеизмерения
работающии через каналы связи. Описаны 8-битный микроконтроллер
РІС16F877, Wi-Fi-плата на базе микросхемы ESP8266, датчики температуры
AD22100KT и давления МРХ4115А, и разработана система телеизмерения
использую перечисленные устройства.
Рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности, произведены
технико-экономические расчеты проекта.
Summary
In this graduation project examined telemetry system working through the
channels of communication. Describe the 8-bit microcontroller PIC16F877, Wi-Fi
board on based ESP8266 microchip, AD22100KT temperature and MPX4115A
pressure sensors, and developed a telemetry system using these devices.
Activity safety issues are considered, the business plan is made and the price
of development of the project pays off.
Аңдатпа
Бұл дипломдық жобада байланыс каналдары арқылы жұмыс істейтін
телеөлшеу жүйесі қарастырылған. 8-битті РІС16F877 микроконтроллері,
ESP8266 микросхемасының базасындағы Wi-Fi-плата, AD22100KT
температура және МРХ4115А қысым датчиктері сипатталып, осы
құрылғыларды қолдана отырып телеөлшеу жүйесі жасалынды.
Өміртіршілік қауіпсіздігі сұрақтары қарастырылып, жобаның технико-
экономикалық есептеулері жүргізілді.
12
Мазмұны
Кіріспе
1 Технологиялық бөлім
1.1 Телеөлшеу жүйелері. Жалпы түсініктер
1.2 Телеөлшеу түрлері
1.3 Телеөлшеу жүйесінің жалпы құрылымы
1.4 Телеөлшеу жүйелерінің классификациясы
1.5 Байланыс каналдары
1.6 Сигналдардың және байланыс каналдарының негізгі сипаттамалары
1.7 Каналдың бөгеттұрақтылығы
1.8 Бөгеттұрақтылықты күшейту жолдары
1.9 Wi-Fi каналдарының жалпы негіздері
1.10 TCPIP хаттамалары арқылы ақпараттарды берудің негіздері
1.11 Жүйені тұрғызудың жалпы тәсілдері
2 Конструкторлық бөлім
2.1 PIC16Fxx туралы жалпы мағлұматтар
2.2 PIC16F8хх микроконтроллерлер отбасысының номенклатурасы
2.3 PIC16F877 микроконтроллерінің техникалық сипаттамалары
2.4 ESP8266 микросхемасының базасындағы Wi-Fi-плата
2.5 AMS1117 кернеу тұрақтандырғышы
2.6 AD22100KT температура датчигі
2.7 МРХ4115А қысым датчигі
2.8 Жүйенің принципиалды схемасын тұрғызу
3 Бағдарламалық қамтамасыздандыру бөлімі
3.1 РНР бағдарламалау тілі
3.2 PhpStorm 2016 бағдарламасын орнату
3.3 Open Server серверлік платформасы
3.4 SQL және MySQL деректер қоры
3.5 Қабылданған мәліметтерді өңдеу және өңдеу скрипттерінің
листингі
4 Өміртіршілік қaуіпсіздігі бөлімі
4.1 Жұмыс орнының зиянды және қауіпті факторларын талдау жасау
4.2 Жұмыс бөлмесіндегі жарықтану жүйесіне (табиғи және жасанды)
есеп жүргізу
4.3 Электр қауіпсіздігін қамтамасыз ету
4.4 Нөлдеу есебі
5 Технико-экономикалық бөлім
5.1 Экономикалық тиімділікті есептеу негіздері
5.2 Жасауға кететін шығындарды анықтау
5.3 Еңбек сыйымдылығы мен жұмыс ұзақтығын есептеу
5.4 Жобаның өндipiстiк жoспapы
5.5 Жобаны жaсayғa кeткeн шығынды eсeптey
13
8
9
9
10
11
13
15
15
16
17
17
18
20
21
21
21
22
24
25
26
27
29
30
30
30
32
34
37
43
43
46
51
53
56
56
56
56
57
57
5.6
Жобаны мoнтaждay мен iскe қoсy жұмыстapына кететін
шығындарды eсeптey
5.7 Экoнoмикалық тиімділікті есептеп шығаpу
5.8 Жобаның технико-экономикалық қорытындысы
Қорытынды
Әдебиеттер тізімі
Қысқартулар тізімі
А қосымша
14
59
61
62
63
64
65
66
Кіріспе
Қазіргі заманғы ақпараттық телеөлшеуші жүйелерде, датчиктерден
алынған өлшенетін ақпараттарды қабылдаушы жақта оның қалпына
келтірілуін берілген дәлдікте орындайтындай түрде, олардың тағайындалуына
тәуелсіз, үлкен қашықтықтарға жібереді. Бірақ, көптеген жағдайларда
ақпараттық телеөлшеу жүйелерінде күрделі комминикациялық құрылғыларды
пайдалану тиімсіз. Бұл төмен құнымен, жоғары сенімділікпен, бөлшектерінің
бір ретті қолданылуымен, конструкциясының қарапайымдылығымен және т.б.
шартталуы мүмкін. Сондықтан, бұл дипломдық жобаның мақсаты ақпараттық
телеөлшеу жүйесінің бөгеттұрақтылығын, аппаратуралық қиындылығын
арттырмай-ақ жоғарылататын, ақпаратты жіберу-қабылдау тәсілдерін жасау
болып табылады. Мақсатқа жету үшін бірнеше талаптар қойылды:
- басқарушы құрылғыны (микроконтроллерді) таңдау;
- бірінші ретті түрлендіргіштерді (датчиктерді) таңдау;
- байланыс каналын таңдау;
- бағдарламалық қамтамасыздандыруды және бағдарламалау тілін
таңдау.
Бірінші бөлім телеөлшеу жүйелерін талдауға, жүйелердің құрылу
құрылымы және классификациясына, алмасу протоколдары және олардың
бағдарламалық орындалуын қоса жіберу каналдарына арналған.
Екінші бөлімде микроконтроллерді, қысым, температура датчиктерін
және олардың жұмыс істеуінің толық принциптік сипаттамасымен ESP8266
микросхемасының негізіндегі Wi-Fi модульді таңдауды іске асырылды және
жоғарыда көрсетілген бақыланатын параметрлерді телеөлшеу схемасын
жасауға арналады.
Бағдарламалық қамтамасыздандыру бөлімінде, РНР бағдарламалау тілін
қолдана, сервердің мәліметтер базасына жіберу мүмкіндігі бар, мәліметтерді
қабылдау және өңдеу бағдарламасын жасауға арналады.
Төртінші және бесінші бөлімдерде, еңбекті қорғау бойынша
ұйымдастырушылық-техникалық іс-шаралар және өндіріске жүйені енгізудің
техника-экономикалық эффективтілікті есептеу орындалып қарастырылды.
15
1 Технологиялық бөлім
1.1 Телеөлшеу жүйелері. Жалпы түсініктер
Телеөлшеу жайлы ғылым ретінде ойлайтын болсақ, онда ол басқарылып
отырған объект жайлы мағлұматы бар, кодталған электрлік сигналды немесе
радио сигналдарды белгілі бір арнайы арна арқылы жіберіп қана қоймай, оны
қашықтықтан басқарып бақылап отыруға мұмкіндік береді. Телеөлшеулік
басқарудың нысандары ретінде биологиялық жүйелер, технологиялық
процесстер мен құрылғылар, машиналарды жатқызуға болады. Телеөлшеу
әдістері энергожүйелердің нысандарын, газ құбырларын, атомдық
электростанцияларын және химиляқ кәсіпорындарының телеөлшеулерін
жүргізу үшін қолданылады.
Қашықтықта басқару деп, сырттай қатынас арналары арқылы басқару
командасын немесе бақылау ақпаратын белгілі бір қашықтыққа жіберуді
айтамыз. Қашықтықта ақпарат алмасу процессі, белгілі бір нысанның арнайы
бір қатынас мүшесіне жалғану арқылы іске асады.
Бұл жағдайда әр сигналды жіберу үшін, арнайы қатынас желісі болуы
тиіс. Осыған байланысты қашықтықта басқару экономикалық көз - қарас
жағынан, басқарылатын нысандар саны аз болса және басқарылатын нысан
мен басқаратын нысан арасында қашықтықтың аз болған жағдайында тиімді
деп есептелді.
Ақпарат алмасу қашықтығының үлкейген жағдайында және
басқарылатын нысандар саны көбейгенде қатынастыру желілерінің
құрылысына кететін қаржыны қысқартуға аса көп көңіл бөлініп, жіберіліп
отырғаг сигналдың сапасын сақтау және ақпарат алмасудың жылдамдығы
басты мәселеге айналады.
Бұл мәселелерді, қатынас желілерін құрастыруын экономды пайдалану
және сигналдың, басқару командасының үдкен қашықтыққа жылдам, сенімді,
әрі нақты жетуін, телеөлшеу әдістері қамтып отыр. Телеөлшеу әдістері
арқылы ақпаратты жіберуде, басқарылып отырған нысандарды және
сигналдарды алдын ала электрлік шамаларға түрлендіріп, кейін электрлік
каналдар арқылы жіберіліп отырады.
Қабылданатын жерде бұл түрлендірулер қайта өзінің шамасына қайтып
келіп, алдын ала дайындалған команда басқарылатын құрылғыға жүктеліп
жұмыс жасай бастайды. Сәйкесінше телеөлшеулік жүйе жіберуші мен
қабылдаушы және қатынас желілерінен тұрады
Жұмыс жасау сипаттамаларына байланысты телеөлшеулік жүйелер
телебасқарушы, теледабыл және телеөлшеуішке бөлінеді. Телебақылаушы
жүйелері сигналды, бақылаушы пунктінен (БП), ал кейде диспетчерлік
пунктінен (ДП), басқарылатын пункт командаларын немесе орындаушы
механизмге әсере ететін құрылғыға тікелей немесе арнайы қабылдайтын
құрылғыға жібереді [1].
16
Телебақылауыш жүйелері арқылы, арнайы датчиктермен өлшенетін,
визулдық бақылау мен оларды тіркеуге немесе автоматика құрылғыларына
егізу үшін, әр - түрлі құрылғыларға үзіксіз мәндерді жібереді. Жаоғарыда
аталып кеткен тапсырмалардың біреуін оырндайтын телеөлшеулік жүйемен
қатар, осы бүкіл тапсырмаларды толық орындайтын телеөлшеудің кешенді
жүйелері қолданылады.
Берліген функцияларға сәйкес,
телеөлшеулік
жүйелер жіберетін
командалар басқару пунктынан басқарылу пунктына жіберілетін басқарушы
комнадалар және керісінше жүйеде жұмыс істейтін бақылаушы командалар
боп екіге бөлінеді.
Екі командалар түрі де сапалы да мөлшерлік сипаттамаға ие болуы
мүмкін. Сапалы ақпарат сапалы өзгертулетрді сипаттайды (мысалы, май
қосылғышын өшіріп қосу) немесе технологиялық процессте екілік сипатта
болып (иә - жоқ) және дискретті сипаттамада болады.
Мөлшерлік сипаттама басқарылатын шамалардың немесе
параметрлердің, технологиялық процесстің орындалуын бақылайтын,
ағымдағы мәнін сақтайды. Мөлшерлік ақпарат уақыттағы үзіксіз
хабарламаларды (мысалы, электрлік тоқтың шамасын, кернеу, қуат, қысым,
газ немесе сұйықтықтың шығыны немесе қандайда бір физикалық не
химиялық шамаларын) сипаттайды. Үзіксіз шамалар алдын ала кванттау
арқылы, дикреттік әдіспен де берілуі мүмкін.
1.1 сурет - Телеөлшеу жүйесінің жалпы құрылымы
Негізгі төрт
телеөлшеулік
фуникциялардың
(телебасқару,
телесигнализация, телебақылау
және
телеөлшеу)
ішіндегі ең қиыны
телеөлшеу (ТӨ) болып табылады. Бұл ақпаратты беру дәлдігінің өте жоғары
болуымен сипатталады. Қазіргі кезде, заманауи теория мен техникаға сәйкес
келетін, телеөлшеудің кодимпульстық жүйелері және телеөлшеу жүйелері
қолданылады [2].
1.2 Телеөлшеу түрлері
17
Телеөлшеу
-
телемеханикалық әдістермен және жолдармен
басқарылатын немесе бақыланатын объекттердің өлшенетін параметрлерінің
мәндері туралы ақпаратты алу.
Шақыру бойынша телеөлшеу - басқарылатын пунктке басқару
пунктінен жіберілетін және басқарылатын пункттегі таратқыш
құрылғылардың, ал басқару пунктінде сәйкесінше қабылдағыш
құрылғылардың қосылуын шақыратын команда бойынша телеөлшеу.
Шақыру бойынша телеөлшеу, телеөлшеудің бірнеше объекттерін кезек
бойынша байқауға бір байланыс желісін (телеөлшеу арнасы) қолдануға
мүмкіндік береді. Диспетчер басқа телебасқару жүйесінің көмегімен,
төлеөлшеу арнасына қалаған телеөлшеу объектісін қоса алады. Шақыру
бойынша телеөлшеу кезінде, циклды түрде белгіленген бағдарлама бойынша
телеөлшеу объекттерін автоматты түрде сұрауды қолдануға болады.
Таңдау бойынша телеөлшеу - басқарылатын пункттердегі таратқыш
құрылғылардың әрқашан қосулы болған кезінде, сәйкес қабылдағыш
аспаптардың басқару пунктінің құрылғыларына қосылу жолымен телеөлшеу.
Ағымдағы мәндерді телеөлшеу (АМТ) - телемеханикалық құрылғының
сұрауы кезіндегі өлшеу параметрінің мәні туралы ақпаратты алу.
Интегралдық мәндерді телеөлшеу (ИМТ) - берілген параметрі бойынша
интегралданған, өлшенетін шамалардың интегралдық мәндері туралы
ақпаратты алу.
Телеөлшеу, қоршаған ортаның параметрлерінің (температура және
ылғалдылық) өзгеруі кезінде байланыс желісінің кедергісінің өзгеруінің
нәтижесінде, қателіктің пайда болуына байланысты, қашықтықта өлшеу үшін
қолданыла алмайтын, қарапайым электрлік өлшеулерден айыратын
ерекшеліктерге ие. Тіпті, егер көрсетілген қателіктер мүмкін болатын
шектерде болса да, көрсеткіштер санының көп болуы байланыс желілерінің
көп болуын қажет етер еді. Бұдан бөлек, кейбір кезде (қозғалатын
объекттерден өлшеуді жіберу) өлшеудің қарапайым әдістері қолданылуы
мүмкін болмайды. Телеөлшеу әдістері, алыс қашықтықтарға өлшелінетін
шамаларды беру кезінде, қателіктерді азайтуға және байланыс желісін
бірнеше рет пайдалануға мүмкіндік береді.
Айнымалы токтың жиіліктік жүйесінің дәлдігі интенсивтілік жүйесіне
қарағанда жоғары. Себебі, жиіліктік модуляция тұрақты ток сигналын тура
жіберумен салыстырғанда жоғары бөгеттұрақтылыққа ие.
Телеөлшеудің мәні, өлшенетін шама, алдын ала екінші ретті датчиктің
тогына немесе кернеуіне түрлендіріліп, байланыс желілерімен берілетін
қосымша сигналға түрленеді. Осылай, өлшенетін шаманың өзі емес, ал оған
параметрлері берілу кезінде минималды өзгеріске ұшарайтын, эквивалентті
сигнал беріледі. Телеөлшеуді жасау үшін қажетті техникалық тәсілдердің
жиынтығы телеөлшеу жүйесі (ТӨЖ) деп аталады.
1.3 Телеөлшеу жүйесінің жалпы құрылымы
18
ТӨ жүйесінің жалпы құрылымы 1.1 суретте келтірілген. Суреттен
көрініп тұрғандай, ТӨ жүйесі өзінен D датчигі, Прд таратқышы, ЛС байланыс
желісі, Пр қабылдағышы және И индикаторы кіретін, техникалық
құралдардың кешенін көрсетеді.
D - датчик; Прд - таратқыш; ЛС - байланыс желісі; Пр - қабылдағыш;
И - индикатор; КП - басқарылатын телемеханикалық пункт;
DП - диспетчерлік пункт немесе телемеханикалық басқару пункті.
1.2 сурет - Телеөлшеу жүйесінің құрылымына әсерлер
Датчиктің Х шығыс сигналы болып, стандартты сигнал, көп жағдайда
бұл 0 - 5 мА тұрақты ток сигналы немесе 0 - 10 В тұрақты ток кернеуі
табылады. Таратқыш Х параметрін, байланыс желілері арқылы жіберілетін У
сигналына түрлендіруді іске асырады.
Байланыс желісінде У ақпараттық сигналы η бөгетінің және климаттық
жағдайлардың кездейсоқ әсерімен бұрмаланады. y' сигналы қабылдағышқа
түсіп, A' индикаторда көрсетуге ыңғайлы түріне түрлендіріледі.
ТӨЖ-ге көсетілетін басты талап, оның телеөлшеудің берілген дәлдігін
қамтамсыз етуі болып табылады. Сондықтан ТӨЖ-дің басты сипаттамасы
дәлдік болып саналады.
Дәлдік әртүрлі қателіктермен сипатталады. Соның ішіндегі ең
маңыздысы статикалық қателік немесе жай қателік. Қателік - индикатордың
өлшелінетін шаманың дәл мәніне жақындату дәрежесін көрсету.
Телеөлшемнiң қателiгi қабылдаушы жақта көрсеткiш көрсетулердiң
арасындағы ең жоғары айырыммен және телеөлшенетін шаманың үлгiлi
аспаптың көрсетулерiне арналған сияқты анықталатын нақты мәнмен
анықталады. Телеөлшемiнiң арналары дәлдiк кластары, өлшенетін
параметрлері сандық және аналогтық құрылғылар және кешендер үшiн келесі
қатарда орнатылған болуы керек: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5.
Құрылғының (кешеннің) телеөлшеу арнасының негізгі абсолютті
қателігі - шығыс шаманың градирленген сипаттамамен және кіріс шамамен
сәйкес келтірілген, ең үлкен айырмашылығы:
19
Δ = y - x,
(1.1)
мұндағы Δ - абсолютті қателік, y - градирленген сипаттамамен сәйкес
кіріске келтірілген, шығыс шама, x - кіріс шама.
1.3 сурет - Жібергіш телеөлшеу жүйесі
Салыстырмалы қателік d' - пайызбен көрсетілген, абсолютті қателіктің
өлшенетін шаманың нақты мәніне қатынасы. Келтірілген қателік d -
абсолютті қателіктің өлшеу шкаласының диапазонының (Xmax-Xmin) шамасына
қатынасы:
d = Δ(Xmax-Xmin).
(1.2)
Құрылғының телеөлшеу арнасының қосымша абсолютті қателігі -
қалыпты жағдайларда және әсер етуші факторлар кезінде кіріс (шығыс)
шамалардың мәнінің ең үлкен айырмашылығы.
Қосымша қателіктер қалыпты жұмыс жағдайларынан әртүрлі
ауытқулармен шақырылады. Мысалы, қоршаған ортаның температурасының
өгеруі, қорек кернеуінің мүмкін болатын шектерден өзгеруі, бөгеттердің,
сыртқы магнит өрістерінің және т.б. пайда болуы.
Телеөлшенетін шамалар индикаторда абсолютті өлшенетін мәндерде
көрсетілуі тиіс. Бұл дегеніміз, егер жіберілетін шама тоннада көрсетілетін
болса, онда бұл шаманы жіберу кезінде шарасыз болатын, аралық
түрлендірулерге қарамастан, қабылдаушы жақтағы индикатор тоннада
градуирленген болуы керек. Тек кейбір жағдайларда ғана телеөлшеуді
пайызда көрсету жіберіледі [3].
1.4 Телеөлшеу жүйелерінің классификациясы
20
Телеөлшеу жүйелерін (ТӨЖ) әртүрлі белгілері бойынша
классификациялауға болады. Байланыс желілері арқылы жіберілетін,
өлшенетін шаманы параметр бойынша классификациялау ең көп таралған. (1.
сурет).
1.4 сурет - Телеөлшеу жүйелерінің классификациясы
Интенсивтілік жүйелерінде телеөлшеуге тиісті шама, датчикпен тұрақты
ток сигналына немесе тұрақты ток кернеуіне түрленіп, бақыланатын пункт
құрылғысына түсіп, кейін индикатормен көрсетілетін байланыс желілерімен
басқару пунктінің құрылғысына беріледі. Осылай, тұрақты ток сигналының
интенсивтілігі байланыс желілері арқылы беріледі. Осыдан, бұл жүйелер аты
пайда болған.
Интенсивтілік жүйесі өзінің құрылғысы бойынша қарапайым және өз
кезінде ең бірінші телеөлшеу жүйелерінің жасалынған типі болды.
Интенсивтілік жүйелерінің ең басты кемшілігі - дәлдігінің төменгі.
Интенсивтілік жүйелерінің телеөлшеу қателігі, бөгеттердің әсерінен және
байланыс желісінің кедергісінің өзгерісінен 2 - 3% шегінде болады.
Айнымалы токтың жиіліктік жүйелерінде датчиктің тұрақты ток
сигналы бақыланатын пункт құрылғысына түсіп, сонда
жиіліктік
модуляциялау тәсілдерімен модулияциясланып, кейін жиілікті
-
модуляцияланған сигнал байланыс желілері арқылы басқару пунктінің
құрылғысына беріліп, сонда демодуляцияланады және өлшелінетін шама
индикаторда көрсетіледі.
Жиілікті - импульстік жүйелерде жиіліктік емес, ал байланыс желілері
арқылы жиілікті - импульсті модуляцияланған сигнал берілетін, жиілікті -
импульсті модуляция пайдаланылады. Модуляцияның бұл типінің
бөгеттұрақтылығы жиіліктік модуляциямен салыстырғанда біраз жоғары.
Уақыт - импульстік жүйелерде жиілікті - импульстік модуляциямен
салыстырғанда сәл жоғары бөгеттұрақтылықпен қамтамасыз ететін,
модулцияның уақыт - импульстік тәсілдері қолданылады.
Кодимпульстік жүйелерде кодимпульстік модуляция қолданылады.
Басқарылатын пункттегі құрылғының датчигінің тұрақты тогының сигналы
21
кодталған комбинацияға түрленеді және кодталған комбинацияның әрбір
белгісі, басқару пунктінің құрылғысына, байланыс желісі арқылы беріледі.
Сонда кодталған комбинация декодталады және индикаторда көрсетіледі.
Кодимпульстік жүйелер телеөлшеу жүйелерінің басқа типтерімен
салыстырғанда жоғары дәлдікке ие. Оларда телемеханикалық жібердің
бөгеттұрақтылығын көтеру үшін қолданылатын, кешендік шаралардың
арқасында ақпараттық сигналдарды алыс қашықтыққа жіберу кезінде
дәлдіктің азаюы болмайды. Сондықтан, кодимпульстік телеөлшеу
жүйелерінің дәлдігі датчиктің дәлдігімен анықталады.
1.5 Байланыс каналдары
Байланыс жүйесі деп, жіберушіден қабылдаушыға хабарламаны
жіберуді қамтамасыз ететін, құрылғылар мен орталардың жиынтығын айтады.
Жалпы жағдайда жалпыланған байланыс жүйесін блок-схема түрінде
келтіреді.
1.5 сурет - Жалпыланған байланыс жүйесі
Жібергіш - байланыс сигналын анықтайтын және шығаратын құрылғы.
Қабылдағыш - қабылданған байланыс сигналын түрлендіретін және бастапқы
хабарламаны қалпына келтіретін құрылғы. Пайдалы сигналға бөгеттердің
әсері қабылдағыштың шығысында қабылданған хабарлама жіберілгенімен
бірдей болмауынан байқалады.
Байланыс каналы деп, берілген хабарламаның жалпы байланыс
желісімен, сәйкес байланыс сигналдары түрінде, тәуелсіз жіберілуін
қамтамасыз ететін техникалық құрылғылардың жиынтығын айтады. Байланыс
сигналы - бұл хабарламаны айқындайтын электрлік әсер.
Өзінің формасы бойынша байланыс сигналдары әртүрлі және уақыт
бойынша өзгеретін кернеу немесе токты көрсетеді.
1.6
Сигналдардың
және
байланыс
каналдарының
негізгі
сипаттамалары
1.6.1 Сигнал көлемі және канал сыйымдылығы.
Практикалық тапсырмаларды шешу кезінде байланыс теориясында
сигналды оның үш сипаттамасының көбейтіндісіне тең:
сигналдың
ұзақтығы,
спектрдің еніне және
бөгеттен сигнал қуатының
орташа асуы,
көлеммен сипатталады. Мұндай жағдайда
22
.
Егер осы сипаттамаларды декарттық жүйенің осьтеріне параллель
орналастырсақ, онда параллелопипедтің көлемі шығады.
Сондықтан
көбейтінді сигналдың көлемі деп аталады.
Сигнал ұзақтығы оның жұмыс істеу уақыт кезеңін анықтайды.
Сигнал спектрінің ені - бұл шектеулі сигнал жиілігінің спектрі
орналасатын, яғни
жиіліктер интервалы.
Байланыс каналы өзінің физикалық табиғаты бойынша, тек қана
қуатының жіберілген өзгеру диапазонында
шектелген жиіліктер
спектрінде жатқан сигналдарды эффективті өткізуге қабілетті.
Бұдан басқа байланыс каналы хабарламаны жіберушіге
анықталған
уақытына ғана ұсынылады.
Сәйкесінше,
;
арқылы анықталатын сигналдың байланыс теориясындағы аналогы бойынша
канал сыйымдылығы ұғымы енгізілген.
Байланыс каналы бойынша, егер
немесе
сыйымдылығы
болатын,
көлемді сигналды жіберудің міндетті шарты болып табылады. Сигналдың
физикалық сипаттамалары өзгертілуі мүмкін, бірақ олардың біреуінің кемуі
басқасысының артуына алып келеді.
1.6.2 Өткізгіштік қабілеті және жіберу жылдамдығы.
Өткізгіштік қабілеті - ақпаратты жіберу жылдамдығының шектік
мүмкіндігі. Шектік өткізгіштік қабілеттілігі каналдың жіберу жолағының
енінен, және де
қатынасынан және
формуласымен анықталады. Бұл - флуктуационды бөгеттер болғанда, кез
келген байланыс жүйесі үшін анықталған Шеннон формуласы.
1.6.3 Каналдың жиіліктік сипаттамасы.
Байланыс каналының жиіліктік сипаттамасы деп қалдықтық бөгелудің
жиілікке тәуелділігі айтылады. Қалдықтық бөгелу деп кіріс және шығыс
деңгейлерінің айырымы айтылады. Егер желінің басында
болса, онда бөгелу үзіліссіз:
.
Кернеулер және токтар үшін:
,
.
қуат, ал соңында
(1.3)
(1.4)
(1.5)
1.7 Каналдың бөгеттұрақтылығы
Каналдың бөгеттұрақтылығы деп байланыс каналының бөгеттердің
әсеріне қарсы тұра алу қабілеттілігі аталады. Барлық мүмкін болатын бөгеттер
түрінің ішінен, кездейсоқ өзгеру амплитудасы мен бөлшектелген қысқа
23
уақытты (ұзақтығы 10-12 сек.) импульстерден тұратын ақ шу типті
флуктуационды бөгет ерекше орын алады. Ақ шу өте көлденең жиіліктер
жолағының шегінде біртекті қуат спектріне ие.
Пайда болуы элементарлы бөлшектердің жылулық қозғалысымен
түсіндіріледі. Ақ шудың ерекше ролі - ол қабылдағыштың сезімтал-
дылығын анықтайтын бөгеттің негізгі түрі болып табылады. Сондықтан
ақпараттарды жіберу теориясында ақ шудың әсері қарастырылады.
1.8 Бөгеттұрақтылықты күшейту жолдары
Байланыс каналдарының бөгеттұрақтылығын күшейтудің бірнеше
жолдары бар. Оларды келесідей:
- жіберілетін хабарламаның артық болуын көбейту, яғни
- жиіліктер жолағын кеңейту;
арттыру;
-
арттыру;
- бөгеттұрақты кодтарды қолдану;
- пайдалы сигналды фильтрлеу.
1.9 Wi-Fi каналдарының жалпы негіздері
IEEE 802.11 (Wi-Fi)-стандартты байланыстар жиынтығы, ол 2.4, 3.6
және 5 Гц жиіліктегі диапазондардың сымсыз локальді желі аймағында
асымалдауға арналған. Wi-FiAlliance мекемесімен ұсынылған және
жүргізілетін бренд болып табылатын тұтынушыларға Wi-Fi атауы ретінде
танылған. Мобильді-электронды есепеуіш құрылғыларда: КПК және
ноутбуктарда кеңінен таралған.
Бұралымы жоқ технологияны сымсыз байланыстың ең салмақты және
ойлап табылған стандарты деп айтуға болады. Инфрақызыл берілісті
санамағанда өткен ғасырдың соңғы жағында енгізілген Wi-Fi-ді адамдар ұзақ
күтті. Уақыттың өтуімен компьютерлендірілген қоғамда сымсыз байланыстың
қажет екені тек қана 1990 ж. ғана түсінікті болды.
Сондықтан да 90 ж.ж. басында локальді желілерді дамыту комитетінен
(IEEE - АҚШ электротехника және электроника инженерлерінің институты)
802.11 арнайы тобы бөлініп шықты. Оның басты мақсаты сымсыз байланыс
стандартттарын өңдеу және 2.4 ГГц жиіліктежұмыс жасайтын 7
радиоқондырғыны жасау болып табылды. Алғашқыда үлкен тапсырма
ретінде оған - секундына 1 және 2 МБит жылдамдықтағы берілісті беру
болатын, бірақ сосын жұмыс 7 жылға созылғандықтан (алғашқы версия тек
қана 1997 ж ғана пайда болды) мұндай көрсеткіштер күлкілі болып қалды.
Жасалған жұмыстар тек кетпес үшін жарияланған стандартқа тез арада
өзгерістер енгізді. Осылайша 1999 ж. секундына 11 Мбит жылдамдықпен
жұмыс жасайтын (алғашқыда құжаттың атауы 802.11 High rate деп аталған)
барлығына танымал 802.11 b модификациясы шықты.
Бүкіл әлемге қысқа атаулы Wi-Fi - 802.11 b стандартының тағы бір
атауы wireless fidelity деп шифрланады (ағылшын тілінен тікелей аударғанда
сымсыз нақтылық).
24
Осы бағыттың дәл осы күйінде әрі қарай дамуы үшін 1999 ж. компьютер
саласының 80 көшбасшысын біріктіретін тәуелсіз Wireless Ethernet
Compatibility халықаралық ұйымы құрылды. Міне оның нағыз қызметі Wi-Fi
жұмыс жасайтын әр түрлі өндіріс мекемелерінің құрылғыларымен біріне
отырып сенімді болуға мүмкіндік береді.
Стандарт алғашқы рет тұтынушыны сатып алушы (кез келген сәйкес
желілік картамен жабдықталған компьютер) және кіру нүктесі (желінің
сымсыз және сымдыбөліктерінің арасындағы сигналдарды тасымалдайтын)
ұғымдарымен жолықтырады. Wi-Fi ережелеріне сәйкес қосылулар екі
режимде мүмкін болады: нүкте-нүкте (байланыс орнатқан екі тұтынушы)
немесе тұтынушы - сервер (бір нүктеге қосылатын бірнеше тұтынушы, тағы
оны инфрақұрылым деп атайды). Екінші тәсіл, мысалы тұтынушылар көп
жерде ақпаратты қызмет көрсеттуімен ерекшеленеді (мысалы, кафеде,
мейрамханаларда, әуежайларда, вокзалдарда жәнет.б.) [4].
Жұмыстық диапазон (2,4 ГГц) бірмезгілде бірнеше құрылғыларды
байланыспен қамтамасыз ететін кең таралған жиілікті ұсынады; жасалған
көптеген каналдарда тәуелсіз құрылғылар жұмыс жасай алады (мысалы, әр
түрлі провайдерлер өзінің қызметін ұсынады). Теория жүзінде Wi-Fi
стандартында мәліметтерді инфрақызыл диапазонында беру мүмкіндігі
жазылған (алгоритмдер), бірақ іс жүзінде ол қажетсіз болып табылады. Wi-Fi
стандартына тәуелді беруші және қабылдаушы мәліметтерді жәй ғана
жіберумен емес, интеллектуалды еңбекпен айналысады. Жағдайлар
қатарында аймақта кедергілер деңгейінің өзгеруі кезінде беріліс жүргізіліп
жатқанда олар берілу жылдамдығының синхронды өзгеруі туралы келісімге
келеді. Мәліметтерді берудің энергия үнемдеуші тәсілі де бар.
Wi-Fi қолданудың ең кең таралған түрі, әрине ол локальді желілер. Кіру
нүктелері ресей қалаларына келіп тұр. Осы аймақтың пионерлерінің соңынан
- орталықтар ретінде - бүгінгі таңда жаңа технологиялар дүкендер мен
кафелер жұмыс жасауда. Тұтынушы сымсыз түйіннің кез келген нүктесінде
ғаламторға көз жеткізе алмайды, дегенмен актуальді ақпаратты оған жеткізеді.
802.11 b қолданудың басқа бір аймағы (әлі дамымаған бірақ болашағы
бар) тұтынушы құрылғыларын қосу болып табылады, мысалы желілік
принтерлер.
1.10 TCPIP хаттамалары арқылы ақпараттарды берудің негіздері
TCPIP - бұл ғаламтордың екі негізгі желілік хаттамалары. Әдетте бұл
атауларды олардың негізінде жұмыс жасайтын желлерді белгілеу үшін
қолданады. IP хаттамасы желілік пакеттердің (мекен жайлар бойынша
жеткізу) жүріп өтуін қамтамасыз етеді. TCP хаттамасы екі машина
арасындағы берік байланыстың орнатылуын және берілетін мәліметтер
пакетінің тиімді өлшемін бақылай отырып, ауытқу кезінде жеткізілімді жүзеге
асыра отырып өзара мәліметтердің берілуін қамтамасыз етеді. Абоненттер
желілерінің арасындағы бір мезгілде орнатылатын байланыстың саны
шектелмейді, яғни кез келген машина кейбір уақыт аралығында бір
25
физикалық желі бойынша басқа машиналардың кез келген санымен мәлімет
алмаса алады.
TCPIP хаттамаларының тағы бір ерекше маңыздылығы, оларға әр түрлі
архитектуралы және әр түрлі операциялық жүйелі машиналарды жалғауға
болады, мысалы: Unix, MacOS, MS-DOS, MS Windows және т.б. Сонымен
қатар, бір жүйелердің машиналары NFS (NetFileSystem) желілік файлды
жүйелер арқылы тіпті басқа файлды желілерді өздерінің дискісіне қосып ала
алады және басқа файлды өздерінікі сияқты басқара алады [5].
TCPIP хаттамалары бастапқы тасымалдаушылар және
UNIX ОЖ
желілік хаттамалары болып табылады. TCPIP пакетінің бетінде:
1) жіберушінің IP мекен жайы;
2) қабылдаушының IP мекен жайы;
3) порт нөмірі.
TCPIP пакеттері мекен жайға тиімді жолмен жетеді, әр түрлі физикалық
тасымалдаушыларды қолдана отырып, локальді желілер арқылы және әр түрлі
жолдар арқылы жетеді. IP макетінің жол жүруін TCPIP желісіне кіретін
бастамасы еркін компьютерлер жүзеге асырады. IP хатамасы - бұл желі
бойынша берілетін мәліметтердің көлемін сипаттайтын хаттама.
Мұнда, мәліметтер қалай оңай берілетіндігі туралы мысалды келтіреді.
Сіз телеграмманы алған кезде ондағы барлық текст ізді ізімен жазылғанын
көресіз, бірақ онда мекен жайы қай жерде, хаты қай жерде орналасқанын
түсіндіретін ереже бар. Соған сәйкес, компьютерлер желісіндегі пакет биттер
ағымын ұсынса, IP хаттамалары мекен жайдың, басқа да қызметтік
ақпараттардың , берілетін мәліметтердің қай жерде орналасқанын анықтайды.
Осылайша, IP хаттамалары ISOOSI эталонды моделінде желілік деңгейдегі
хаттама болып табылады.
TCP хаттамасы
-
берілетін ақпараттың түгел екендігін және
берілімдерді бақылау үшін тағайындалған деңгейдегі хаттама болып
табылады.
26
1.6 сурет - TCP және UDP хаттамаларының құрамы
Телефонмен сөйлесу кезінде сөйлесіп жатқан адамның дауысын естімей
қалсаңыз, оған қайталап айтуын өтінесіз. Компьютерлі желілерде TCP
хаттамасы міне осындай жұмыстармен айналысады. Компьютерлер IP
хаттамасының пакеттерімен алмасып отырады, олардың TCP хатттамалары
арқылы берілуін бақылайды және глобальді желіне біріге отырып, ғаламторды
құрайды. TCP хаттамасы тасымалдаушы хаттама болып табылады.
1.11 Жүйені тұрғызудың жалпы тәсілдері
Өңделген прототип TCPIP хаттамасын мәліметтерді беру үшін
қолданады, ол тұынушылардың электроникалық аймағында кеңінен таралған
технологиялармен үлкен ұқсастық бар екенін береді.
Жүйені тұрғызудың негізі болып PIC микроконтроллерлері және модулі
ESP 8266 қымбат емес Wi Fi болып табылады. Мұндай шешімнің тиімділігі
оларға сұраныс көп болғандықтан, осындай технологиялардың барынша
арзандауы арқылы тек қана соңғы жылдары мүмкін болды. ESPRESIFF қытай
компаниясы және оның өнімі ESP 8266 қазіргі кезде ең жоғарғы көрсеткішке
ие бағасапа. Оған қатысты барлық бөліктері мен құжаттарын ашық түрде
тауып алуға болады, ал олардың белсенділігі танымалдылығы өндірушілер
мен құмар етушілер арасында олардың негізінде өңдеуді жеңілдетеді.
Толықтай айтқанда, жүйенің барлық жасап тұрған компоненті
тұтынушылар электроникалары аймағында қазіргі заманғы стандарттарға сай,
белсенді, бір-бірімен сәйкес келеді және модернизация үшін үлкен қорға ие.
Бұл жүзеге асырудың, осы дипломдық жобаның қолданылуының,
құрылғыныңтесттік үлгіде құрылуының тиімді екенін айтады. Сонымен қатар
жобаның құрамына кросс-платформалы қосымшаны енгізеді, адам-машина
27
интерфейсі тәрізді. Қолданбалы ПО бағдарламалаудың визуальді жағына
қарай бағытталуынан алынған.
28
2 Конструкторлық бөлім
2.1 PIC16Fxx туралы жалпы мағлұматтар
PIC16Fxx
(Peripheral Interface Controller)
отбасысының
микроконтроллерлері, микроконтроллерлердің барлық алдыңғы қатарлы
технологияларын біріктіреді: ТЖСҚ технологиясы бойынша тұтынушымен
бір ретті немесе көп ретті электрлік қайта бағдарламаландырылатын
оңтайлылық бойынша әлемдік көшбасшылық, ең аз энергия шығыны, ерекше
өнімділік, қуатты RISC архитектурасы және корпустың ең кіші өлшемдері.
Бұл үлкен мүмкіндіктер және бағасының төмендігі, PIC микроконтроллерлер
сериясын инженерлік қолданбалар үшін ең жақсы таңдау екенін көрсетті. 200
миллионнан астам PIC микроконтроллерлері бүкіл әлем бойынша бірнеше
мың құрылғыларда қолданылады. Бұл микроконтроллерлерді энергия
шығыны, өлшемдері және құрылғының бағасы жоғары болатын барлық
жағдайларда қолдану ұсынылады.
PIC микроконтроллерлерінің RISC архитертурасы өндірістік стандартты
орнатуда: 5 MIPS (секундына миллион операция). PIC аналогты кластагы, 8-
битті микроконтроллерлердің көп тарағандардың көбісімен салыстырғанда, ең
үлкен шапшаңдыққа ие.
PIC - бұл толықтай статикалық құрылғы, тактілік генератор логикалық
қалыптардың жоғалуынсыз тоқтатылуы мүмкін. Бөгеттұрақты қолданбалар
үшін тәуелсіз қондырылған RC генератор түрінде орындалған,
микроконтроллерді іркілулердің пайда болуы кезінде қайта қосатын, WDT
күзетші таймері қолданылады. PIC микроконтроллерлерінің конструкциясына
тағы да көптеген энергия үнемдегіш, оларды бүгінгі күнгі рыноктағы
тұтынушылармен бағдарламаланылатын микроконтроллерлер, күту
режимінде ең микротұтынатын (тұтыну тогы 1 мкА-дан кем), қорек кернеуі
бойынша ең азвольтты (2В) ерекшеліктер қосылған. Қорек көзінің қосылуы
және генераторды қосу таймері бойынша қосу схемасы көптеген жағдайларда
сыртқы қайтару схемаларынсыз істеуге мүмкіндік береді. Төрт типті тактілік
генераторларының, ішінде RC генераторы және микротұтынатын LP
генератор бар, біреуін таңдау мүмкіндігі бар.
2.2 PIC16F8хх микроконтроллерлер отбасысының номенклатурасы
MICROCHIP
фирмасының
PIC
микроконтроллерлер сериясының
танымал отбасыларының бірі болып PIC16F8хх моделі табылады. Бұл
отбасының құрамына келесі миксұлбалар кіреді:
- PIC16F873;
- PIC16F874;
- PIC16F876;
- PIC16F877.
Микросұлбалар құрамы, ең алдымен, кірісшығыс порттар санымен,
АЦП каналдарының санымен және жады көлемімен ерекшеленеді. PIC16F8хх
29
микроконтроллерлер моделдерінің отбасының қысқаша сипаттамасы (2.1
кестеде) келтірілген.
2.1 кесте - PIC16F8хх микроконтроллер модельдерінің сипаттамасы
2.3 PIC16F877 микроконтроллерінің техникалық сипаттамалары
2.1 сурет - PIC16F877 микроконтроллерінің жалпы көрінісі
30
Параметр
PIC16F873
PIC16F874
PIC16F876
PIC16F877
Тактілік жиілік
20 МГц
20 МГц
20 МГц
20 МГц
Тастау (Сброс)
POR, BOR
(PWRT,
OST)
POR, BOR
(PWRT,
OST)
POR, BOR
(PWRT,
OST)
POR, BOR
(PWRT,
OST)
FLASH
бағдарламалар жады
(14 - разрядты сөз)
4К
4К
8К
8К
Деректер жады (байт)
192
192
368
368
EEPROM деректер
жады (байт)
128
128
256
256
Үзу (Прерывание)
13
14
13
14
Кіріс-шығыс
порттары
A, B, C
порттар
A, B, C, D,
E порттар
A, B, C
порттар
A, B, C, D,
E порттар
Таймерлер
3
3
3
3
БасусалыстыруШИ
М модулі
2
2
2
2
Тізбекті интерфейс
модулі
MSSP,
USART
MSSP,
USART
MSSP,
USART
MSSP,
USART
Параллельді
интерфейс модулі
-
PSP
-
PSP
10 - разрядты АСТ
модулі
5 канал
8 канал
5 канал
8 канал
Инструкциялар
35
35
35
35
2.2 сурет - PIC16F877 кіріс-шығыс порттарының орналасуы
Жобада қолданылатын PIC16F877 (2.1 және 2.2 суреттер) микро-
контроллерінің негізгі сипаттамалары:
жоғары жылдамдықты RISC архитектурасы;
35 инструкция;
екі циклда орындалатын өту операцияларынан басқа барлық
инструкциялар бір циклда орындалады;
тактілік жиілігі:
Fтакт = 20МГц;
Tцикл = 200нс (бір машиналы циклдің уақыты);
8к х 14 дейін сөз FLASH бағдарламалар жады;
368 х 8 байтқа дейін ақпарат жады (ОСҚ);
256 х 8 байтқа дейін EEPROM ақпараттар жады;
шығыстары бойынша PIC16C73B74B7677 үйлесімділік;
үзілістер жүйесі (14 жүйе көзіне дейін);
8 деңгейлі аппараттық стек;
тура, жанама және қатысты адрестеу режимі;
қорек көзінің қосылуы бойынша тастау (POR);
қорек көзін қосқаннан кейінгі тастау таймері (PWRT) және
генератордың қосылуын күту таймері (OST);
өзіндік RC генераторы бар WDT күзет таймері;
бағдарламалар жадының бағдарламанатын қорғаныс;
SLEEP энергия үнемдеу режимі;
тактілік генератордың параметрлерін таңдау;
жоғары жылдамдықты, энергия үнемдегіш CMOS FLASHEEPROM
технологиясы;
толық статикалық архитектура;
31
дайын құрылғыда бағдарламалау (микроконтроллердің екі шығысы
қолданылады);
төменгі вольтті бағдарламалау режимі;
ішкісұлбалы ретке келтіру режимі (микроконтроллердің екі шығысы
қолданылады);
2.0В-тен 5.5В-ке дейін қорек кернеуінің кең диапазоны;
кірісшығыс порттарының жоғарылатылған жүктемелік қабілеттілігі
(25мА);
Аз энергия тұтынуы:
1) Uқ = 3.0В және Fтакт = 4.0 МГц кезінде Iқ = 0.6 мА;
2) Uқ = 3.0В және Fтакт = 32кГц кезінде Iқ = 20мкА;
3) Iқ 1 мкА энергия үнемдеу режимінде.
2.4 ESP8266 микросхемасының базасындағы Wi-Fi-плата
ESP8266
платасы ақылды розеткаларда,
mesh-желілерде,
IP-
камераларда, сымсыз сенсорларда, тағылатын электроникада және т.б.
қолданылады. Бір сөзбен, ESP8266 келе жатырған Интернет заттарының
миы болу үшін пайда болды. Чипті қолданудың екі нұсқасы қарастырылған: 1)
UART-WIFI көпірі түрінде, ESP8266 базасындағы модуль кез келген басқа
микроконтроллер базасындағы бар шешімге, Wi-Fi инфраструктурамен
байланысты қамтамасыздандырып, қосылған кезде және АТ-командалармен
басқарылғанда; 2) ESP8266 чипінің өзін басқарушы микроконтроллер ретінде
пайдалана отырып, жаңа шешімді орындау.
ESP8266 чипі WiFi-мен жұмыс істеу үшін жоғары интеграцияланған
шешімдердің бірі болып саналады. Чиптің ішінде бәсекелес шешімдерде
сыртқы бекіту бөлігі болып саналатын көптеген нәрселер орналастырылған.
ESP8266 микросұлбасының құрылымдық сұлбасы (2.3 сурет) келтірілген.
Қорытындысы, чиптің типтік бектілуі бірнеше элементтен ғана тұрады.
Бұл ингерацияланған бірлестікпен басқаруды Tensilica L106 Diamond series
32-битті процессорының кеңейтілген нұсқасы асырады.
2.3 - ESP8266 микросхемасының құрылымдық сұлбасы
32
Tensilica L106 Diamond series - RISC архитектуралы 32-битті
микроконтроллер. Микроконтроллер 160 МГц жиілікте жұмыс істейді және 24
және 16-битті инструкцияларды пайдаланады.
Бұдан басқа плата (2.4 сурет) аз энергия тұтынуға ие. Жіберу режимінде
215 мА, терең ұйқы режимінде 60 мкА, ал рұқсат нүктесімен байланыс
режимінде 1 мА тұтынады.
2.4 - ESP8266 базасындағы Wi-Fi платасы
ESP8266 Wi-Fi модулінің негізгі сипаттамалары:
802.11 bgn протоколдары;
Wi-Fi 2.4 GHz, WPAWPA2 қолдауы;
өте кіші модуль өлшемі (11.5мм x 11.5мм);
интеграцияланған TCPIP протокол стэгі;
интеграцияланған PLL, тұрақтандырғыштар және қуатты басқару
тобы;
802.11b режимінде шығыс қуаты +20 дБм;
антенна түрлерін қолдауы;
интеграцияланған аз қуатты тұтынатын 32-битті MCU;
SDIO 2.0, SPI, UART;
STBC, 1x1 MIMO, 2x1 MIMO;
жұмыс жасау температурасы диапазоны -40C ~ 125C.
2.5 AMS1117 кернеу тұрақтандырғышы
ESP8266 модулі үшін бөлек 3,3В қорек көзі жасалынады. Себебі,
ESP8266 модулінің қорек кернеуі 3,1-3,7В аралығында болуы тиіс. Осы
мақсатта сұлбаға қосымша ретінде AMS1117-3.3V (2.5 сурет) кернеу
тұрақтандырғышы қолданылады.
33
2.5 сурет - AMS1117-3.3V жалпы түрі
Кернеу тұрақтандырғышты
орындау үшін (2.6
сурет) суретте
көрсетілгендей сұлбаны жиналынады. Тұрақтандырғыш блогының сұлбасы
AMS1117-3.3V микросұлбасынан және 100 мкФ-пен 1 мФ конденсаторлардан
тұрады.
2.6 сурет - AMS1117-3.3V принципиалды сұлбасы
2.6 AD22100KT температура датчигі
AD22100KT - шығыс кернеулі және сигналды аналогты түрлендіруші
температура датчигі. Логометриялық өлшеулерінің арқасында, AD22100КТ
аналогты-сандық түрлендіргіш интерфейсімен, экономикалық жағынан
эффективті шешімді қамтамасыз етеді. Себебі, АСТ-нің қорек кернеуі (+5 В)
бір мезгілде АСТ және AD22100КТ үшін тірек кернеуі ретінде қолданылуы
мүмкін. Бұл өз кезегінде, қымбат презиционды тірек кернеу көзінен бас
тартуға мүмкіндік береді. Шығыс кернеуі, температураның қорек кернеуіне
көбейтіндісіне (логометриялық өлшеу) тура пропорционалды және +5,0 В
бірполярлы қорек кернеуінен жұмыс істеу кезінде, -50°C кезінде 0,25В-тан
+150°C кезінде +4,75В-қа дейінгі серпіліске ие.
AD22100KT температура датчигінің (2.7 және 2.8 сурет) сипаттамалары:
толық температураны өлшеу диапазоны 200°C;
қателігі толық шкаладан +-2% кем;
34
сызықсыздығы толық шкаладан +-1% кем;
температуралық коэффициент 22.5 мВ°C;
шығыс кернеу V+ температураның көбейтіндісіне пропорционалды;
кернеудің полярлылығынан қорғау;
минималды қызуы;
үлкен кернеулі төменгі импедансты шығыс.
2.7 сурет - AD22100KT температура датчигінің жалпы көрінісі
2.8 сурет - AD22100KT температура датчигінің принципиалды схемасы
2.7 МРХ4115А қысым датчигі
Қысымды өлшеу үшін ең алдымен қандайда бір датчик керек. Өз
таңдауым Motorola фирмасының MPX4115А абсолютті қысым датчигіне
тоқталды. Қысымға байланысты, ол шығысында 15кПа-дан 115кПа-ға сәйкес
келетін қысымда, 0,2В-тен 4,8В-қа дейінгі кернеу бере алады. Датчиктің ең
басты кемшілігі оның бағасы деп айтуға болады. Сыртқы көрінісін (2.9 сурет)
35
көруге болады. Аяқтарының номерленуі белгіден басталады (суреттің сол жақ
аяғындағы белгі).
МРХ4115А қысым датчигінің аяқтарының маркировкасы:
1 - Шығыс кернеу (қысыммен байланысты);
2 - Жер;
3 - Қорек кернеуі (4.85...5.35В);
4, 5, 6 - Пайдаланылмайды.
(2.9 сурет) және (2.10 сурет) датчиктің сыртқы бейнесі және қосылу
схемасы көрсетілген.
2.9 сурет - МРХ4115А қысым датчигінің сырқы бейнесі
2.10 сурет - МРХ4115А қысым датчигінің қосылу схемасы
Бірақ сонда да, егер датчиктің шығысындағы кернеуді өлшесек те, біз
қысым мм.с.б.-да немесе паскальда көруіміз керек. Но даже, если мы измерим
напряжение на выходе датчика, мы та привыкли видеть давление в мм.рт.ст.
или в Паскалях. Қысым кем деген паскальда алу үшін, даташиттағы шығыс
36
кернеуді қысымға
түлендіру
графигін
және
есептеу
формуласын
пайдаланамыз.
2.11 сурет - МРХ4115А қысым датчигінің түрлендіру графигі
Шығыс кернеуді қысымға түрлендіру формуласы:
P = (0.95Vs+Vout)0.009Vs .
(2.1)
Өлшеулер кезіндегі қателік 1% (қоршаған ортаның температурасы
0
температура кезінде) құрайды.
2.8 Жүйенің принципиалды схемасын тұрғызу
Температура және қысым жіберуге арналған телеөлшеу жүйесін жасау
үшін, оның келесі тапсырмасы принципиалды схемасын салу болып саналады.
Жүйеінің принципиалды схемасы EAGLE CAD 7.6.0 бағдарламасында
жасалынды. Телеөлшеу жүйесінің жібергіш бөлігінің принципиалды схемасы
(А қосымша) сызылды. EAGLE CAD бағдарламасы баспа платаларын жасауда
қолдануға оңай, ыңғайлы және мықты инструмент болып табылады. Оның ең
басты артықшылығы - ақысыз таратылуы.
37
0..85 С болған кезінде) және 3% (-40..00С, 85..1250С диапазонындағы
3 Бағдарламалық қамтамасыздандыру бөлімі
3.1 РНР бағдарламалау тілі
PHP (Hypertext Preprocessor - гиперсөйлем препроцессоры) - бұл кең
қолданылымдағы, ашық қорытынды кодты, жалпы тағайындалған сценарий
тілі.
PHP
-
Web-серверде орындалатын, арнайы
web-қосымшаларын
(скрипттер, сценарийлер) жазуға арналған бағдарламалау тілі. Тілдің
синтаксисі көп жағдайда C, Java және Perl синтаксисіне негізделеді. Ол С-ға
және Perl-ге өте ұқсас. Сондықтан, кәсіби бағдарламалаушыға оны үйрену
қиынға соқпайды. Басқа жағынан PHP тілі С-ға қарағанда оңай, және оны
басқа бағдарламалау тілін білмейтін веб-мастер меңгере алады.
PHP-дің JavaScript-ке қарағандағы ең басты басымдылығы, РНР
скрипттері сервер жағында орындалады.
РНР пайдаланушының
компьютерінің жылдамдығына немесе оның браузеріне тәуелсіз. Ол толықтай
серверде жұмыс істейді.
РНР тіліндегі сценарий серверде бөлек файлдар түрінде немесе html
парақшаларға интеграцияланған күйінде орындалуы мүмкін.
PHP тек қана HTML құжаттарды ғана емес, сонымен қатар әртүрлі
форматтағы суреттерді - JPEG, GIF, PNG, PDF және FLASH файлдарды
генерациялауға және түрлендіруге қабілетті. PHP ақпараттарды кез келген
тексттік форматқа, XHTML және XML қоса, қалыптастыруға мүмкіндігі бар.
PHP - кроссплатформалы технология. РНР дистрибутиві көптеген
оперативті жүйелер Linux-ті қоса, Unix-тің көптеген модификациялары,
Microsoft Windows, Mac OS және т.б. үшін қол жетімді. РНР Apache, Microsoft
Internet Information Server (IIS), Microsoft Personal Web Server және басқа да
вебсерверлердің көпшілігінде қолдау табуда.
РНР серверлердің көпшілігі
үшін модуль ретінде және
CGI
препроцессор ретінде, 2 түрлі нұсқада жеткізіледі.
PHP ODBC-мен және көптеген басқа деректер қорларымен жұмыс жасай
алады: MySQL, MSQL, Oracle, PostgreSQL, SQLite және т.б. [7].
3.2 PhpStorm ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Аннотация
В данном дипломном проекте рассмотрен система телеизмерения
работающии через каналы связи. Описаны 8-битный микроконтроллер
РІС16F877, Wi-Fi-плата на базе микросхемы ESP8266, датчики температуры
AD22100KT и давления МРХ4115А, и разработана система телеизмерения
использую перечисленные устройства.
Рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности, произведены
технико-экономические расчеты проекта.
Summary
In this graduation project examined telemetry system working through the
channels of communication. Describe the 8-bit microcontroller PIC16F877, Wi-Fi
board on based ESP8266 microchip, AD22100KT temperature and MPX4115A
pressure sensors, and developed a telemetry system using these devices.
Activity safety issues are considered, the business plan is made and the price
of development of the project pays off.
Аңдатпа
Бұл дипломдық жобада байланыс каналдары арқылы жұмыс істейтін
телеөлшеу жүйесі қарастырылған. 8-битті РІС16F877 микроконтроллері,
ESP8266 микросхемасының базасындағы Wi-Fi-плата, AD22100KT
температура және МРХ4115А қысым датчиктері сипатталып, осы
құрылғыларды қолдана отырып телеөлшеу жүйесі жасалынды.
Өміртіршілік қауіпсіздігі сұрақтары қарастырылып, жобаның технико-
экономикалық есептеулері жүргізілді.
12
Мазмұны
Кіріспе
1 Технологиялық бөлім
1.1 Телеөлшеу жүйелері. Жалпы түсініктер
1.2 Телеөлшеу түрлері
1.3 Телеөлшеу жүйесінің жалпы құрылымы
1.4 Телеөлшеу жүйелерінің классификациясы
1.5 Байланыс каналдары
1.6 Сигналдардың және байланыс каналдарының негізгі сипаттамалары
1.7 Каналдың бөгеттұрақтылығы
1.8 Бөгеттұрақтылықты күшейту жолдары
1.9 Wi-Fi каналдарының жалпы негіздері
1.10 TCPIP хаттамалары арқылы ақпараттарды берудің негіздері
1.11 Жүйені тұрғызудың жалпы тәсілдері
2 Конструкторлық бөлім
2.1 PIC16Fxx туралы жалпы мағлұматтар
2.2 PIC16F8хх микроконтроллерлер отбасысының номенклатурасы
2.3 PIC16F877 микроконтроллерінің техникалық сипаттамалары
2.4 ESP8266 микросхемасының базасындағы Wi-Fi-плата
2.5 AMS1117 кернеу тұрақтандырғышы
2.6 AD22100KT температура датчигі
2.7 МРХ4115А қысым датчигі
2.8 Жүйенің принципиалды схемасын тұрғызу
3 Бағдарламалық қамтамасыздандыру бөлімі
3.1 РНР бағдарламалау тілі
3.2 PhpStorm 2016 бағдарламасын орнату
3.3 Open Server серверлік платформасы
3.4 SQL және MySQL деректер қоры
3.5 Қабылданған мәліметтерді өңдеу және өңдеу скрипттерінің
листингі
4 Өміртіршілік қaуіпсіздігі бөлімі
4.1 Жұмыс орнының зиянды және қауіпті факторларын талдау жасау
4.2 Жұмыс бөлмесіндегі жарықтану жүйесіне (табиғи және жасанды)
есеп жүргізу
4.3 Электр қауіпсіздігін қамтамасыз ету
4.4 Нөлдеу есебі
5 Технико-экономикалық бөлім
5.1 Экономикалық тиімділікті есептеу негіздері
5.2 Жасауға кететін шығындарды анықтау
5.3 Еңбек сыйымдылығы мен жұмыс ұзақтығын есептеу
5.4 Жобаның өндipiстiк жoспapы
5.5 Жобаны жaсayғa кeткeн шығынды eсeптey
13
8
9
9
10
11
13
15
15
16
17
17
18
20
21
21
21
22
24
25
26
27
29
30
30
30
32
34
37
43
43
46
51
53
56
56
56
56
57
57
5.6
Жобаны мoнтaждay мен iскe қoсy жұмыстapына кететін
шығындарды eсeптey
5.7 Экoнoмикалық тиімділікті есептеп шығаpу
5.8 Жобаның технико-экономикалық қорытындысы
Қорытынды
Әдебиеттер тізімі
Қысқартулар тізімі
А қосымша
14
59
61
62
63
64
65
66
Кіріспе
Қазіргі заманғы ақпараттық телеөлшеуші жүйелерде, датчиктерден
алынған өлшенетін ақпараттарды қабылдаушы жақта оның қалпына
келтірілуін берілген дәлдікте орындайтындай түрде, олардың тағайындалуына
тәуелсіз, үлкен қашықтықтарға жібереді. Бірақ, көптеген жағдайларда
ақпараттық телеөлшеу жүйелерінде күрделі комминикациялық құрылғыларды
пайдалану тиімсіз. Бұл төмен құнымен, жоғары сенімділікпен, бөлшектерінің
бір ретті қолданылуымен, конструкциясының қарапайымдылығымен және т.б.
шартталуы мүмкін. Сондықтан, бұл дипломдық жобаның мақсаты ақпараттық
телеөлшеу жүйесінің бөгеттұрақтылығын, аппаратуралық қиындылығын
арттырмай-ақ жоғарылататын, ақпаратты жіберу-қабылдау тәсілдерін жасау
болып табылады. Мақсатқа жету үшін бірнеше талаптар қойылды:
- басқарушы құрылғыны (микроконтроллерді) таңдау;
- бірінші ретті түрлендіргіштерді (датчиктерді) таңдау;
- байланыс каналын таңдау;
- бағдарламалық қамтамасыздандыруды және бағдарламалау тілін
таңдау.
Бірінші бөлім телеөлшеу жүйелерін талдауға, жүйелердің құрылу
құрылымы және классификациясына, алмасу протоколдары және олардың
бағдарламалық орындалуын қоса жіберу каналдарына арналған.
Екінші бөлімде микроконтроллерді, қысым, температура датчиктерін
және олардың жұмыс істеуінің толық принциптік сипаттамасымен ESP8266
микросхемасының негізіндегі Wi-Fi модульді таңдауды іске асырылды және
жоғарыда көрсетілген бақыланатын параметрлерді телеөлшеу схемасын
жасауға арналады.
Бағдарламалық қамтамасыздандыру бөлімінде, РНР бағдарламалау тілін
қолдана, сервердің мәліметтер базасына жіберу мүмкіндігі бар, мәліметтерді
қабылдау және өңдеу бағдарламасын жасауға арналады.
Төртінші және бесінші бөлімдерде, еңбекті қорғау бойынша
ұйымдастырушылық-техникалық іс-шаралар және өндіріске жүйені енгізудің
техника-экономикалық эффективтілікті есептеу орындалып қарастырылды.
15
1 Технологиялық бөлім
1.1 Телеөлшеу жүйелері. Жалпы түсініктер
Телеөлшеу жайлы ғылым ретінде ойлайтын болсақ, онда ол басқарылып
отырған объект жайлы мағлұматы бар, кодталған электрлік сигналды немесе
радио сигналдарды белгілі бір арнайы арна арқылы жіберіп қана қоймай, оны
қашықтықтан басқарып бақылап отыруға мұмкіндік береді. Телеөлшеулік
басқарудың нысандары ретінде биологиялық жүйелер, технологиялық
процесстер мен құрылғылар, машиналарды жатқызуға болады. Телеөлшеу
әдістері энергожүйелердің нысандарын, газ құбырларын, атомдық
электростанцияларын және химиляқ кәсіпорындарының телеөлшеулерін
жүргізу үшін қолданылады.
Қашықтықта басқару деп, сырттай қатынас арналары арқылы басқару
командасын немесе бақылау ақпаратын белгілі бір қашықтыққа жіберуді
айтамыз. Қашықтықта ақпарат алмасу процессі, белгілі бір нысанның арнайы
бір қатынас мүшесіне жалғану арқылы іске асады.
Бұл жағдайда әр сигналды жіберу үшін, арнайы қатынас желісі болуы
тиіс. Осыған байланысты қашықтықта басқару экономикалық көз - қарас
жағынан, басқарылатын нысандар саны аз болса және басқарылатын нысан
мен басқаратын нысан арасында қашықтықтың аз болған жағдайында тиімді
деп есептелді.
Ақпарат алмасу қашықтығының үлкейген жағдайында және
басқарылатын нысандар саны көбейгенде қатынастыру желілерінің
құрылысына кететін қаржыны қысқартуға аса көп көңіл бөлініп, жіберіліп
отырғаг сигналдың сапасын сақтау және ақпарат алмасудың жылдамдығы
басты мәселеге айналады.
Бұл мәселелерді, қатынас желілерін құрастыруын экономды пайдалану
және сигналдың, басқару командасының үдкен қашықтыққа жылдам, сенімді,
әрі нақты жетуін, телеөлшеу әдістері қамтып отыр. Телеөлшеу әдістері
арқылы ақпаратты жіберуде, басқарылып отырған нысандарды және
сигналдарды алдын ала электрлік шамаларға түрлендіріп, кейін электрлік
каналдар арқылы жіберіліп отырады.
Қабылданатын жерде бұл түрлендірулер қайта өзінің шамасына қайтып
келіп, алдын ала дайындалған команда басқарылатын құрылғыға жүктеліп
жұмыс жасай бастайды. Сәйкесінше телеөлшеулік жүйе жіберуші мен
қабылдаушы және қатынас желілерінен тұрады
Жұмыс жасау сипаттамаларына байланысты телеөлшеулік жүйелер
телебасқарушы, теледабыл және телеөлшеуішке бөлінеді. Телебақылаушы
жүйелері сигналды, бақылаушы пунктінен (БП), ал кейде диспетчерлік
пунктінен (ДП), басқарылатын пункт командаларын немесе орындаушы
механизмге әсере ететін құрылғыға тікелей немесе арнайы қабылдайтын
құрылғыға жібереді [1].
16
Телебақылауыш жүйелері арқылы, арнайы датчиктермен өлшенетін,
визулдық бақылау мен оларды тіркеуге немесе автоматика құрылғыларына
егізу үшін, әр - түрлі құрылғыларға үзіксіз мәндерді жібереді. Жаоғарыда
аталып кеткен тапсырмалардың біреуін оырндайтын телеөлшеулік жүйемен
қатар, осы бүкіл тапсырмаларды толық орындайтын телеөлшеудің кешенді
жүйелері қолданылады.
Берліген функцияларға сәйкес,
телеөлшеулік
жүйелер жіберетін
командалар басқару пунктынан басқарылу пунктына жіберілетін басқарушы
комнадалар және керісінше жүйеде жұмыс істейтін бақылаушы командалар
боп екіге бөлінеді.
Екі командалар түрі де сапалы да мөлшерлік сипаттамаға ие болуы
мүмкін. Сапалы ақпарат сапалы өзгертулетрді сипаттайды (мысалы, май
қосылғышын өшіріп қосу) немесе технологиялық процессте екілік сипатта
болып (иә - жоқ) және дискретті сипаттамада болады.
Мөлшерлік сипаттама басқарылатын шамалардың немесе
параметрлердің, технологиялық процесстің орындалуын бақылайтын,
ағымдағы мәнін сақтайды. Мөлшерлік ақпарат уақыттағы үзіксіз
хабарламаларды (мысалы, электрлік тоқтың шамасын, кернеу, қуат, қысым,
газ немесе сұйықтықтың шығыны немесе қандайда бір физикалық не
химиялық шамаларын) сипаттайды. Үзіксіз шамалар алдын ала кванттау
арқылы, дикреттік әдіспен де берілуі мүмкін.
1.1 сурет - Телеөлшеу жүйесінің жалпы құрылымы
Негізгі төрт
телеөлшеулік
фуникциялардың
(телебасқару,
телесигнализация, телебақылау
және
телеөлшеу)
ішіндегі ең қиыны
телеөлшеу (ТӨ) болып табылады. Бұл ақпаратты беру дәлдігінің өте жоғары
болуымен сипатталады. Қазіргі кезде, заманауи теория мен техникаға сәйкес
келетін, телеөлшеудің кодимпульстық жүйелері және телеөлшеу жүйелері
қолданылады [2].
1.2 Телеөлшеу түрлері
17
Телеөлшеу
-
телемеханикалық әдістермен және жолдармен
басқарылатын немесе бақыланатын объекттердің өлшенетін параметрлерінің
мәндері туралы ақпаратты алу.
Шақыру бойынша телеөлшеу - басқарылатын пунктке басқару
пунктінен жіберілетін және басқарылатын пункттегі таратқыш
құрылғылардың, ал басқару пунктінде сәйкесінше қабылдағыш
құрылғылардың қосылуын шақыратын команда бойынша телеөлшеу.
Шақыру бойынша телеөлшеу, телеөлшеудің бірнеше объекттерін кезек
бойынша байқауға бір байланыс желісін (телеөлшеу арнасы) қолдануға
мүмкіндік береді. Диспетчер басқа телебасқару жүйесінің көмегімен,
төлеөлшеу арнасына қалаған телеөлшеу объектісін қоса алады. Шақыру
бойынша телеөлшеу кезінде, циклды түрде белгіленген бағдарлама бойынша
телеөлшеу объекттерін автоматты түрде сұрауды қолдануға болады.
Таңдау бойынша телеөлшеу - басқарылатын пункттердегі таратқыш
құрылғылардың әрқашан қосулы болған кезінде, сәйкес қабылдағыш
аспаптардың басқару пунктінің құрылғыларына қосылу жолымен телеөлшеу.
Ағымдағы мәндерді телеөлшеу (АМТ) - телемеханикалық құрылғының
сұрауы кезіндегі өлшеу параметрінің мәні туралы ақпаратты алу.
Интегралдық мәндерді телеөлшеу (ИМТ) - берілген параметрі бойынша
интегралданған, өлшенетін шамалардың интегралдық мәндері туралы
ақпаратты алу.
Телеөлшеу, қоршаған ортаның параметрлерінің (температура және
ылғалдылық) өзгеруі кезінде байланыс желісінің кедергісінің өзгеруінің
нәтижесінде, қателіктің пайда болуына байланысты, қашықтықта өлшеу үшін
қолданыла алмайтын, қарапайым электрлік өлшеулерден айыратын
ерекшеліктерге ие. Тіпті, егер көрсетілген қателіктер мүмкін болатын
шектерде болса да, көрсеткіштер санының көп болуы байланыс желілерінің
көп болуын қажет етер еді. Бұдан бөлек, кейбір кезде (қозғалатын
объекттерден өлшеуді жіберу) өлшеудің қарапайым әдістері қолданылуы
мүмкін болмайды. Телеөлшеу әдістері, алыс қашықтықтарға өлшелінетін
шамаларды беру кезінде, қателіктерді азайтуға және байланыс желісін
бірнеше рет пайдалануға мүмкіндік береді.
Айнымалы токтың жиіліктік жүйесінің дәлдігі интенсивтілік жүйесіне
қарағанда жоғары. Себебі, жиіліктік модуляция тұрақты ток сигналын тура
жіберумен салыстырғанда жоғары бөгеттұрақтылыққа ие.
Телеөлшеудің мәні, өлшенетін шама, алдын ала екінші ретті датчиктің
тогына немесе кернеуіне түрлендіріліп, байланыс желілерімен берілетін
қосымша сигналға түрленеді. Осылай, өлшенетін шаманың өзі емес, ал оған
параметрлері берілу кезінде минималды өзгеріске ұшарайтын, эквивалентті
сигнал беріледі. Телеөлшеуді жасау үшін қажетті техникалық тәсілдердің
жиынтығы телеөлшеу жүйесі (ТӨЖ) деп аталады.
1.3 Телеөлшеу жүйесінің жалпы құрылымы
18
ТӨ жүйесінің жалпы құрылымы 1.1 суретте келтірілген. Суреттен
көрініп тұрғандай, ТӨ жүйесі өзінен D датчигі, Прд таратқышы, ЛС байланыс
желісі, Пр қабылдағышы және И индикаторы кіретін, техникалық
құралдардың кешенін көрсетеді.
D - датчик; Прд - таратқыш; ЛС - байланыс желісі; Пр - қабылдағыш;
И - индикатор; КП - басқарылатын телемеханикалық пункт;
DП - диспетчерлік пункт немесе телемеханикалық басқару пункті.
1.2 сурет - Телеөлшеу жүйесінің құрылымына әсерлер
Датчиктің Х шығыс сигналы болып, стандартты сигнал, көп жағдайда
бұл 0 - 5 мА тұрақты ток сигналы немесе 0 - 10 В тұрақты ток кернеуі
табылады. Таратқыш Х параметрін, байланыс желілері арқылы жіберілетін У
сигналына түрлендіруді іске асырады.
Байланыс желісінде У ақпараттық сигналы η бөгетінің және климаттық
жағдайлардың кездейсоқ әсерімен бұрмаланады. y' сигналы қабылдағышқа
түсіп, A' индикаторда көрсетуге ыңғайлы түріне түрлендіріледі.
ТӨЖ-ге көсетілетін басты талап, оның телеөлшеудің берілген дәлдігін
қамтамсыз етуі болып табылады. Сондықтан ТӨЖ-дің басты сипаттамасы
дәлдік болып саналады.
Дәлдік әртүрлі қателіктермен сипатталады. Соның ішіндегі ең
маңыздысы статикалық қателік немесе жай қателік. Қателік - индикатордың
өлшелінетін шаманың дәл мәніне жақындату дәрежесін көрсету.
Телеөлшемнiң қателiгi қабылдаушы жақта көрсеткiш көрсетулердiң
арасындағы ең жоғары айырыммен және телеөлшенетін шаманың үлгiлi
аспаптың көрсетулерiне арналған сияқты анықталатын нақты мәнмен
анықталады. Телеөлшемiнiң арналары дәлдiк кластары, өлшенетін
параметрлері сандық және аналогтық құрылғылар және кешендер үшiн келесі
қатарда орнатылған болуы керек: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5.
Құрылғының (кешеннің) телеөлшеу арнасының негізгі абсолютті
қателігі - шығыс шаманың градирленген сипаттамамен және кіріс шамамен
сәйкес келтірілген, ең үлкен айырмашылығы:
19
Δ = y - x,
(1.1)
мұндағы Δ - абсолютті қателік, y - градирленген сипаттамамен сәйкес
кіріске келтірілген, шығыс шама, x - кіріс шама.
1.3 сурет - Жібергіш телеөлшеу жүйесі
Салыстырмалы қателік d' - пайызбен көрсетілген, абсолютті қателіктің
өлшенетін шаманың нақты мәніне қатынасы. Келтірілген қателік d -
абсолютті қателіктің өлшеу шкаласының диапазонының (Xmax-Xmin) шамасына
қатынасы:
d = Δ(Xmax-Xmin).
(1.2)
Құрылғының телеөлшеу арнасының қосымша абсолютті қателігі -
қалыпты жағдайларда және әсер етуші факторлар кезінде кіріс (шығыс)
шамалардың мәнінің ең үлкен айырмашылығы.
Қосымша қателіктер қалыпты жұмыс жағдайларынан әртүрлі
ауытқулармен шақырылады. Мысалы, қоршаған ортаның температурасының
өгеруі, қорек кернеуінің мүмкін болатын шектерден өзгеруі, бөгеттердің,
сыртқы магнит өрістерінің және т.б. пайда болуы.
Телеөлшенетін шамалар индикаторда абсолютті өлшенетін мәндерде
көрсетілуі тиіс. Бұл дегеніміз, егер жіберілетін шама тоннада көрсетілетін
болса, онда бұл шаманы жіберу кезінде шарасыз болатын, аралық
түрлендірулерге қарамастан, қабылдаушы жақтағы индикатор тоннада
градуирленген болуы керек. Тек кейбір жағдайларда ғана телеөлшеуді
пайызда көрсету жіберіледі [3].
1.4 Телеөлшеу жүйелерінің классификациясы
20
Телеөлшеу жүйелерін (ТӨЖ) әртүрлі белгілері бойынша
классификациялауға болады. Байланыс желілері арқылы жіберілетін,
өлшенетін шаманы параметр бойынша классификациялау ең көп таралған. (1.
сурет).
1.4 сурет - Телеөлшеу жүйелерінің классификациясы
Интенсивтілік жүйелерінде телеөлшеуге тиісті шама, датчикпен тұрақты
ток сигналына немесе тұрақты ток кернеуіне түрленіп, бақыланатын пункт
құрылғысына түсіп, кейін индикатормен көрсетілетін байланыс желілерімен
басқару пунктінің құрылғысына беріледі. Осылай, тұрақты ток сигналының
интенсивтілігі байланыс желілері арқылы беріледі. Осыдан, бұл жүйелер аты
пайда болған.
Интенсивтілік жүйесі өзінің құрылғысы бойынша қарапайым және өз
кезінде ең бірінші телеөлшеу жүйелерінің жасалынған типі болды.
Интенсивтілік жүйелерінің ең басты кемшілігі - дәлдігінің төменгі.
Интенсивтілік жүйелерінің телеөлшеу қателігі, бөгеттердің әсерінен және
байланыс желісінің кедергісінің өзгерісінен 2 - 3% шегінде болады.
Айнымалы токтың жиіліктік жүйелерінде датчиктің тұрақты ток
сигналы бақыланатын пункт құрылғысына түсіп, сонда
жиіліктік
модуляциялау тәсілдерімен модулияциясланып, кейін жиілікті
-
модуляцияланған сигнал байланыс желілері арқылы басқару пунктінің
құрылғысына беріліп, сонда демодуляцияланады және өлшелінетін шама
индикаторда көрсетіледі.
Жиілікті - импульстік жүйелерде жиіліктік емес, ал байланыс желілері
арқылы жиілікті - импульсті модуляцияланған сигнал берілетін, жиілікті -
импульсті модуляция пайдаланылады. Модуляцияның бұл типінің
бөгеттұрақтылығы жиіліктік модуляциямен салыстырғанда біраз жоғары.
Уақыт - импульстік жүйелерде жиілікті - импульстік модуляциямен
салыстырғанда сәл жоғары бөгеттұрақтылықпен қамтамасыз ететін,
модулцияның уақыт - импульстік тәсілдері қолданылады.
Кодимпульстік жүйелерде кодимпульстік модуляция қолданылады.
Басқарылатын пункттегі құрылғының датчигінің тұрақты тогының сигналы
21
кодталған комбинацияға түрленеді және кодталған комбинацияның әрбір
белгісі, басқару пунктінің құрылғысына, байланыс желісі арқылы беріледі.
Сонда кодталған комбинация декодталады және индикаторда көрсетіледі.
Кодимпульстік жүйелер телеөлшеу жүйелерінің басқа типтерімен
салыстырғанда жоғары дәлдікке ие. Оларда телемеханикалық жібердің
бөгеттұрақтылығын көтеру үшін қолданылатын, кешендік шаралардың
арқасында ақпараттық сигналдарды алыс қашықтыққа жіберу кезінде
дәлдіктің азаюы болмайды. Сондықтан, кодимпульстік телеөлшеу
жүйелерінің дәлдігі датчиктің дәлдігімен анықталады.
1.5 Байланыс каналдары
Байланыс жүйесі деп, жіберушіден қабылдаушыға хабарламаны
жіберуді қамтамасыз ететін, құрылғылар мен орталардың жиынтығын айтады.
Жалпы жағдайда жалпыланған байланыс жүйесін блок-схема түрінде
келтіреді.
1.5 сурет - Жалпыланған байланыс жүйесі
Жібергіш - байланыс сигналын анықтайтын және шығаратын құрылғы.
Қабылдағыш - қабылданған байланыс сигналын түрлендіретін және бастапқы
хабарламаны қалпына келтіретін құрылғы. Пайдалы сигналға бөгеттердің
әсері қабылдағыштың шығысында қабылданған хабарлама жіберілгенімен
бірдей болмауынан байқалады.
Байланыс каналы деп, берілген хабарламаның жалпы байланыс
желісімен, сәйкес байланыс сигналдары түрінде, тәуелсіз жіберілуін
қамтамасыз ететін техникалық құрылғылардың жиынтығын айтады. Байланыс
сигналы - бұл хабарламаны айқындайтын электрлік әсер.
Өзінің формасы бойынша байланыс сигналдары әртүрлі және уақыт
бойынша өзгеретін кернеу немесе токты көрсетеді.
1.6
Сигналдардың
және
байланыс
каналдарының
негізгі
сипаттамалары
1.6.1 Сигнал көлемі және канал сыйымдылығы.
Практикалық тапсырмаларды шешу кезінде байланыс теориясында
сигналды оның үш сипаттамасының көбейтіндісіне тең:
сигналдың
ұзақтығы,
спектрдің еніне және
бөгеттен сигнал қуатының
орташа асуы,
көлеммен сипатталады. Мұндай жағдайда
22
.
Егер осы сипаттамаларды декарттық жүйенің осьтеріне параллель
орналастырсақ, онда параллелопипедтің көлемі шығады.
Сондықтан
көбейтінді сигналдың көлемі деп аталады.
Сигнал ұзақтығы оның жұмыс істеу уақыт кезеңін анықтайды.
Сигнал спектрінің ені - бұл шектеулі сигнал жиілігінің спектрі
орналасатын, яғни
жиіліктер интервалы.
Байланыс каналы өзінің физикалық табиғаты бойынша, тек қана
қуатының жіберілген өзгеру диапазонында
шектелген жиіліктер
спектрінде жатқан сигналдарды эффективті өткізуге қабілетті.
Бұдан басқа байланыс каналы хабарламаны жіберушіге
анықталған
уақытына ғана ұсынылады.
Сәйкесінше,
;
арқылы анықталатын сигналдың байланыс теориясындағы аналогы бойынша
канал сыйымдылығы ұғымы енгізілген.
Байланыс каналы бойынша, егер
немесе
сыйымдылығы
болатын,
көлемді сигналды жіберудің міндетті шарты болып табылады. Сигналдың
физикалық сипаттамалары өзгертілуі мүмкін, бірақ олардың біреуінің кемуі
басқасысының артуына алып келеді.
1.6.2 Өткізгіштік қабілеті және жіберу жылдамдығы.
Өткізгіштік қабілеті - ақпаратты жіберу жылдамдығының шектік
мүмкіндігі. Шектік өткізгіштік қабілеттілігі каналдың жіберу жолағының
енінен, және де
қатынасынан және
формуласымен анықталады. Бұл - флуктуационды бөгеттер болғанда, кез
келген байланыс жүйесі үшін анықталған Шеннон формуласы.
1.6.3 Каналдың жиіліктік сипаттамасы.
Байланыс каналының жиіліктік сипаттамасы деп қалдықтық бөгелудің
жиілікке тәуелділігі айтылады. Қалдықтық бөгелу деп кіріс және шығыс
деңгейлерінің айырымы айтылады. Егер желінің басында
болса, онда бөгелу үзіліссіз:
.
Кернеулер және токтар үшін:
,
.
қуат, ал соңында
(1.3)
(1.4)
(1.5)
1.7 Каналдың бөгеттұрақтылығы
Каналдың бөгеттұрақтылығы деп байланыс каналының бөгеттердің
әсеріне қарсы тұра алу қабілеттілігі аталады. Барлық мүмкін болатын бөгеттер
түрінің ішінен, кездейсоқ өзгеру амплитудасы мен бөлшектелген қысқа
23
уақытты (ұзақтығы 10-12 сек.) импульстерден тұратын ақ шу типті
флуктуационды бөгет ерекше орын алады. Ақ шу өте көлденең жиіліктер
жолағының шегінде біртекті қуат спектріне ие.
Пайда болуы элементарлы бөлшектердің жылулық қозғалысымен
түсіндіріледі. Ақ шудың ерекше ролі - ол қабылдағыштың сезімтал-
дылығын анықтайтын бөгеттің негізгі түрі болып табылады. Сондықтан
ақпараттарды жіберу теориясында ақ шудың әсері қарастырылады.
1.8 Бөгеттұрақтылықты күшейту жолдары
Байланыс каналдарының бөгеттұрақтылығын күшейтудің бірнеше
жолдары бар. Оларды келесідей:
- жіберілетін хабарламаның артық болуын көбейту, яғни
- жиіліктер жолағын кеңейту;
арттыру;
-
арттыру;
- бөгеттұрақты кодтарды қолдану;
- пайдалы сигналды фильтрлеу.
1.9 Wi-Fi каналдарының жалпы негіздері
IEEE 802.11 (Wi-Fi)-стандартты байланыстар жиынтығы, ол 2.4, 3.6
және 5 Гц жиіліктегі диапазондардың сымсыз локальді желі аймағында
асымалдауға арналған. Wi-FiAlliance мекемесімен ұсынылған және
жүргізілетін бренд болып табылатын тұтынушыларға Wi-Fi атауы ретінде
танылған. Мобильді-электронды есепеуіш құрылғыларда: КПК және
ноутбуктарда кеңінен таралған.
Бұралымы жоқ технологияны сымсыз байланыстың ең салмақты және
ойлап табылған стандарты деп айтуға болады. Инфрақызыл берілісті
санамағанда өткен ғасырдың соңғы жағында енгізілген Wi-Fi-ді адамдар ұзақ
күтті. Уақыттың өтуімен компьютерлендірілген қоғамда сымсыз байланыстың
қажет екені тек қана 1990 ж. ғана түсінікті болды.
Сондықтан да 90 ж.ж. басында локальді желілерді дамыту комитетінен
(IEEE - АҚШ электротехника және электроника инженерлерінің институты)
802.11 арнайы тобы бөлініп шықты. Оның басты мақсаты сымсыз байланыс
стандартттарын өңдеу және 2.4 ГГц жиіліктежұмыс жасайтын 7
радиоқондырғыны жасау болып табылды. Алғашқыда үлкен тапсырма
ретінде оған - секундына 1 және 2 МБит жылдамдықтағы берілісті беру
болатын, бірақ сосын жұмыс 7 жылға созылғандықтан (алғашқы версия тек
қана 1997 ж ғана пайда болды) мұндай көрсеткіштер күлкілі болып қалды.
Жасалған жұмыстар тек кетпес үшін жарияланған стандартқа тез арада
өзгерістер енгізді. Осылайша 1999 ж. секундына 11 Мбит жылдамдықпен
жұмыс жасайтын (алғашқыда құжаттың атауы 802.11 High rate деп аталған)
барлығына танымал 802.11 b модификациясы шықты.
Бүкіл әлемге қысқа атаулы Wi-Fi - 802.11 b стандартының тағы бір
атауы wireless fidelity деп шифрланады (ағылшын тілінен тікелей аударғанда
сымсыз нақтылық).
24
Осы бағыттың дәл осы күйінде әрі қарай дамуы үшін 1999 ж. компьютер
саласының 80 көшбасшысын біріктіретін тәуелсіз Wireless Ethernet
Compatibility халықаралық ұйымы құрылды. Міне оның нағыз қызметі Wi-Fi
жұмыс жасайтын әр түрлі өндіріс мекемелерінің құрылғыларымен біріне
отырып сенімді болуға мүмкіндік береді.
Стандарт алғашқы рет тұтынушыны сатып алушы (кез келген сәйкес
желілік картамен жабдықталған компьютер) және кіру нүктесі (желінің
сымсыз және сымдыбөліктерінің арасындағы сигналдарды тасымалдайтын)
ұғымдарымен жолықтырады. Wi-Fi ережелеріне сәйкес қосылулар екі
режимде мүмкін болады: нүкте-нүкте (байланыс орнатқан екі тұтынушы)
немесе тұтынушы - сервер (бір нүктеге қосылатын бірнеше тұтынушы, тағы
оны инфрақұрылым деп атайды). Екінші тәсіл, мысалы тұтынушылар көп
жерде ақпаратты қызмет көрсеттуімен ерекшеленеді (мысалы, кафеде,
мейрамханаларда, әуежайларда, вокзалдарда жәнет.б.) [4].
Жұмыстық диапазон (2,4 ГГц) бірмезгілде бірнеше құрылғыларды
байланыспен қамтамасыз ететін кең таралған жиілікті ұсынады; жасалған
көптеген каналдарда тәуелсіз құрылғылар жұмыс жасай алады (мысалы, әр
түрлі провайдерлер өзінің қызметін ұсынады). Теория жүзінде Wi-Fi
стандартында мәліметтерді инфрақызыл диапазонында беру мүмкіндігі
жазылған (алгоритмдер), бірақ іс жүзінде ол қажетсіз болып табылады. Wi-Fi
стандартына тәуелді беруші және қабылдаушы мәліметтерді жәй ғана
жіберумен емес, интеллектуалды еңбекпен айналысады. Жағдайлар
қатарында аймақта кедергілер деңгейінің өзгеруі кезінде беріліс жүргізіліп
жатқанда олар берілу жылдамдығының синхронды өзгеруі туралы келісімге
келеді. Мәліметтерді берудің энергия үнемдеуші тәсілі де бар.
Wi-Fi қолданудың ең кең таралған түрі, әрине ол локальді желілер. Кіру
нүктелері ресей қалаларына келіп тұр. Осы аймақтың пионерлерінің соңынан
- орталықтар ретінде - бүгінгі таңда жаңа технологиялар дүкендер мен
кафелер жұмыс жасауда. Тұтынушы сымсыз түйіннің кез келген нүктесінде
ғаламторға көз жеткізе алмайды, дегенмен актуальді ақпаратты оған жеткізеді.
802.11 b қолданудың басқа бір аймағы (әлі дамымаған бірақ болашағы
бар) тұтынушы құрылғыларын қосу болып табылады, мысалы желілік
принтерлер.
1.10 TCPIP хаттамалары арқылы ақпараттарды берудің негіздері
TCPIP - бұл ғаламтордың екі негізгі желілік хаттамалары. Әдетте бұл
атауларды олардың негізінде жұмыс жасайтын желлерді белгілеу үшін
қолданады. IP хаттамасы желілік пакеттердің (мекен жайлар бойынша
жеткізу) жүріп өтуін қамтамасыз етеді. TCP хаттамасы екі машина
арасындағы берік байланыстың орнатылуын және берілетін мәліметтер
пакетінің тиімді өлшемін бақылай отырып, ауытқу кезінде жеткізілімді жүзеге
асыра отырып өзара мәліметтердің берілуін қамтамасыз етеді. Абоненттер
желілерінің арасындағы бір мезгілде орнатылатын байланыстың саны
шектелмейді, яғни кез келген машина кейбір уақыт аралығында бір
25
физикалық желі бойынша басқа машиналардың кез келген санымен мәлімет
алмаса алады.
TCPIP хаттамаларының тағы бір ерекше маңыздылығы, оларға әр түрлі
архитектуралы және әр түрлі операциялық жүйелі машиналарды жалғауға
болады, мысалы: Unix, MacOS, MS-DOS, MS Windows және т.б. Сонымен
қатар, бір жүйелердің машиналары NFS (NetFileSystem) желілік файлды
жүйелер арқылы тіпті басқа файлды желілерді өздерінің дискісіне қосып ала
алады және басқа файлды өздерінікі сияқты басқара алады [5].
TCPIP хаттамалары бастапқы тасымалдаушылар және
UNIX ОЖ
желілік хаттамалары болып табылады. TCPIP пакетінің бетінде:
1) жіберушінің IP мекен жайы;
2) қабылдаушының IP мекен жайы;
3) порт нөмірі.
TCPIP пакеттері мекен жайға тиімді жолмен жетеді, әр түрлі физикалық
тасымалдаушыларды қолдана отырып, локальді желілер арқылы және әр түрлі
жолдар арқылы жетеді. IP макетінің жол жүруін TCPIP желісіне кіретін
бастамасы еркін компьютерлер жүзеге асырады. IP хатамасы - бұл желі
бойынша берілетін мәліметтердің көлемін сипаттайтын хаттама.
Мұнда, мәліметтер қалай оңай берілетіндігі туралы мысалды келтіреді.
Сіз телеграмманы алған кезде ондағы барлық текст ізді ізімен жазылғанын
көресіз, бірақ онда мекен жайы қай жерде, хаты қай жерде орналасқанын
түсіндіретін ереже бар. Соған сәйкес, компьютерлер желісіндегі пакет биттер
ағымын ұсынса, IP хаттамалары мекен жайдың, басқа да қызметтік
ақпараттардың , берілетін мәліметтердің қай жерде орналасқанын анықтайды.
Осылайша, IP хаттамалары ISOOSI эталонды моделінде желілік деңгейдегі
хаттама болып табылады.
TCP хаттамасы
-
берілетін ақпараттың түгел екендігін және
берілімдерді бақылау үшін тағайындалған деңгейдегі хаттама болып
табылады.
26
1.6 сурет - TCP және UDP хаттамаларының құрамы
Телефонмен сөйлесу кезінде сөйлесіп жатқан адамның дауысын естімей
қалсаңыз, оған қайталап айтуын өтінесіз. Компьютерлі желілерде TCP
хаттамасы міне осындай жұмыстармен айналысады. Компьютерлер IP
хаттамасының пакеттерімен алмасып отырады, олардың TCP хатттамалары
арқылы берілуін бақылайды және глобальді желіне біріге отырып, ғаламторды
құрайды. TCP хаттамасы тасымалдаушы хаттама болып табылады.
1.11 Жүйені тұрғызудың жалпы тәсілдері
Өңделген прототип TCPIP хаттамасын мәліметтерді беру үшін
қолданады, ол тұынушылардың электроникалық аймағында кеңінен таралған
технологиялармен үлкен ұқсастық бар екенін береді.
Жүйені тұрғызудың негізі болып PIC микроконтроллерлері және модулі
ESP 8266 қымбат емес Wi Fi болып табылады. Мұндай шешімнің тиімділігі
оларға сұраныс көп болғандықтан, осындай технологиялардың барынша
арзандауы арқылы тек қана соңғы жылдары мүмкін болды. ESPRESIFF қытай
компаниясы және оның өнімі ESP 8266 қазіргі кезде ең жоғарғы көрсеткішке
ие бағасапа. Оған қатысты барлық бөліктері мен құжаттарын ашық түрде
тауып алуға болады, ал олардың белсенділігі танымалдылығы өндірушілер
мен құмар етушілер арасында олардың негізінде өңдеуді жеңілдетеді.
Толықтай айтқанда, жүйенің барлық жасап тұрған компоненті
тұтынушылар электроникалары аймағында қазіргі заманғы стандарттарға сай,
белсенді, бір-бірімен сәйкес келеді және модернизация үшін үлкен қорға ие.
Бұл жүзеге асырудың, осы дипломдық жобаның қолданылуының,
құрылғыныңтесттік үлгіде құрылуының тиімді екенін айтады. Сонымен қатар
жобаның құрамына кросс-платформалы қосымшаны енгізеді, адам-машина
27
интерфейсі тәрізді. Қолданбалы ПО бағдарламалаудың визуальді жағына
қарай бағытталуынан алынған.
28
2 Конструкторлық бөлім
2.1 PIC16Fxx туралы жалпы мағлұматтар
PIC16Fxx
(Peripheral Interface Controller)
отбасысының
микроконтроллерлері, микроконтроллерлердің барлық алдыңғы қатарлы
технологияларын біріктіреді: ТЖСҚ технологиясы бойынша тұтынушымен
бір ретті немесе көп ретті электрлік қайта бағдарламаландырылатын
оңтайлылық бойынша әлемдік көшбасшылық, ең аз энергия шығыны, ерекше
өнімділік, қуатты RISC архитектурасы және корпустың ең кіші өлшемдері.
Бұл үлкен мүмкіндіктер және бағасының төмендігі, PIC микроконтроллерлер
сериясын инженерлік қолданбалар үшін ең жақсы таңдау екенін көрсетті. 200
миллионнан астам PIC микроконтроллерлері бүкіл әлем бойынша бірнеше
мың құрылғыларда қолданылады. Бұл микроконтроллерлерді энергия
шығыны, өлшемдері және құрылғының бағасы жоғары болатын барлық
жағдайларда қолдану ұсынылады.
PIC микроконтроллерлерінің RISC архитертурасы өндірістік стандартты
орнатуда: 5 MIPS (секундына миллион операция). PIC аналогты кластагы, 8-
битті микроконтроллерлердің көп тарағандардың көбісімен салыстырғанда, ең
үлкен шапшаңдыққа ие.
PIC - бұл толықтай статикалық құрылғы, тактілік генератор логикалық
қалыптардың жоғалуынсыз тоқтатылуы мүмкін. Бөгеттұрақты қолданбалар
үшін тәуелсіз қондырылған RC генератор түрінде орындалған,
микроконтроллерді іркілулердің пайда болуы кезінде қайта қосатын, WDT
күзетші таймері қолданылады. PIC микроконтроллерлерінің конструкциясына
тағы да көптеген энергия үнемдегіш, оларды бүгінгі күнгі рыноктағы
тұтынушылармен бағдарламаланылатын микроконтроллерлер, күту
режимінде ең микротұтынатын (тұтыну тогы 1 мкА-дан кем), қорек кернеуі
бойынша ең азвольтты (2В) ерекшеліктер қосылған. Қорек көзінің қосылуы
және генераторды қосу таймері бойынша қосу схемасы көптеген жағдайларда
сыртқы қайтару схемаларынсыз істеуге мүмкіндік береді. Төрт типті тактілік
генераторларының, ішінде RC генераторы және микротұтынатын LP
генератор бар, біреуін таңдау мүмкіндігі бар.
2.2 PIC16F8хх микроконтроллерлер отбасысының номенклатурасы
MICROCHIP
фирмасының
PIC
микроконтроллерлер сериясының
танымал отбасыларының бірі болып PIC16F8хх моделі табылады. Бұл
отбасының құрамына келесі миксұлбалар кіреді:
- PIC16F873;
- PIC16F874;
- PIC16F876;
- PIC16F877.
Микросұлбалар құрамы, ең алдымен, кірісшығыс порттар санымен,
АЦП каналдарының санымен және жады көлемімен ерекшеленеді. PIC16F8хх
29
микроконтроллерлер моделдерінің отбасының қысқаша сипаттамасы (2.1
кестеде) келтірілген.
2.1 кесте - PIC16F8хх микроконтроллер модельдерінің сипаттамасы
2.3 PIC16F877 микроконтроллерінің техникалық сипаттамалары
2.1 сурет - PIC16F877 микроконтроллерінің жалпы көрінісі
30
Параметр
PIC16F873
PIC16F874
PIC16F876
PIC16F877
Тактілік жиілік
20 МГц
20 МГц
20 МГц
20 МГц
Тастау (Сброс)
POR, BOR
(PWRT,
OST)
POR, BOR
(PWRT,
OST)
POR, BOR
(PWRT,
OST)
POR, BOR
(PWRT,
OST)
FLASH
бағдарламалар жады
(14 - разрядты сөз)
4К
4К
8К
8К
Деректер жады (байт)
192
192
368
368
EEPROM деректер
жады (байт)
128
128
256
256
Үзу (Прерывание)
13
14
13
14
Кіріс-шығыс
порттары
A, B, C
порттар
A, B, C, D,
E порттар
A, B, C
порттар
A, B, C, D,
E порттар
Таймерлер
3
3
3
3
БасусалыстыруШИ
М модулі
2
2
2
2
Тізбекті интерфейс
модулі
MSSP,
USART
MSSP,
USART
MSSP,
USART
MSSP,
USART
Параллельді
интерфейс модулі
-
PSP
-
PSP
10 - разрядты АСТ
модулі
5 канал
8 канал
5 канал
8 канал
Инструкциялар
35
35
35
35
2.2 сурет - PIC16F877 кіріс-шығыс порттарының орналасуы
Жобада қолданылатын PIC16F877 (2.1 және 2.2 суреттер) микро-
контроллерінің негізгі сипаттамалары:
жоғары жылдамдықты RISC архитектурасы;
35 инструкция;
екі циклда орындалатын өту операцияларынан басқа барлық
инструкциялар бір циклда орындалады;
тактілік жиілігі:
Fтакт = 20МГц;
Tцикл = 200нс (бір машиналы циклдің уақыты);
8к х 14 дейін сөз FLASH бағдарламалар жады;
368 х 8 байтқа дейін ақпарат жады (ОСҚ);
256 х 8 байтқа дейін EEPROM ақпараттар жады;
шығыстары бойынша PIC16C73B74B7677 үйлесімділік;
үзілістер жүйесі (14 жүйе көзіне дейін);
8 деңгейлі аппараттық стек;
тура, жанама және қатысты адрестеу режимі;
қорек көзінің қосылуы бойынша тастау (POR);
қорек көзін қосқаннан кейінгі тастау таймері (PWRT) және
генератордың қосылуын күту таймері (OST);
өзіндік RC генераторы бар WDT күзет таймері;
бағдарламалар жадының бағдарламанатын қорғаныс;
SLEEP энергия үнемдеу режимі;
тактілік генератордың параметрлерін таңдау;
жоғары жылдамдықты, энергия үнемдегіш CMOS FLASHEEPROM
технологиясы;
толық статикалық архитектура;
31
дайын құрылғыда бағдарламалау (микроконтроллердің екі шығысы
қолданылады);
төменгі вольтті бағдарламалау режимі;
ішкісұлбалы ретке келтіру режимі (микроконтроллердің екі шығысы
қолданылады);
2.0В-тен 5.5В-ке дейін қорек кернеуінің кең диапазоны;
кірісшығыс порттарының жоғарылатылған жүктемелік қабілеттілігі
(25мА);
Аз энергия тұтынуы:
1) Uқ = 3.0В және Fтакт = 4.0 МГц кезінде Iқ = 0.6 мА;
2) Uқ = 3.0В және Fтакт = 32кГц кезінде Iқ = 20мкА;
3) Iқ 1 мкА энергия үнемдеу режимінде.
2.4 ESP8266 микросхемасының базасындағы Wi-Fi-плата
ESP8266
платасы ақылды розеткаларда,
mesh-желілерде,
IP-
камераларда, сымсыз сенсорларда, тағылатын электроникада және т.б.
қолданылады. Бір сөзбен, ESP8266 келе жатырған Интернет заттарының
миы болу үшін пайда болды. Чипті қолданудың екі нұсқасы қарастырылған: 1)
UART-WIFI көпірі түрінде, ESP8266 базасындағы модуль кез келген басқа
микроконтроллер базасындағы бар шешімге, Wi-Fi инфраструктурамен
байланысты қамтамасыздандырып, қосылған кезде және АТ-командалармен
басқарылғанда; 2) ESP8266 чипінің өзін басқарушы микроконтроллер ретінде
пайдалана отырып, жаңа шешімді орындау.
ESP8266 чипі WiFi-мен жұмыс істеу үшін жоғары интеграцияланған
шешімдердің бірі болып саналады. Чиптің ішінде бәсекелес шешімдерде
сыртқы бекіту бөлігі болып саналатын көптеген нәрселер орналастырылған.
ESP8266 микросұлбасының құрылымдық сұлбасы (2.3 сурет) келтірілген.
Қорытындысы, чиптің типтік бектілуі бірнеше элементтен ғана тұрады.
Бұл ингерацияланған бірлестікпен басқаруды Tensilica L106 Diamond series
32-битті процессорының кеңейтілген нұсқасы асырады.
2.3 - ESP8266 микросхемасының құрылымдық сұлбасы
32
Tensilica L106 Diamond series - RISC архитектуралы 32-битті
микроконтроллер. Микроконтроллер 160 МГц жиілікте жұмыс істейді және 24
және 16-битті инструкцияларды пайдаланады.
Бұдан басқа плата (2.4 сурет) аз энергия тұтынуға ие. Жіберу режимінде
215 мА, терең ұйқы режимінде 60 мкА, ал рұқсат нүктесімен байланыс
режимінде 1 мА тұтынады.
2.4 - ESP8266 базасындағы Wi-Fi платасы
ESP8266 Wi-Fi модулінің негізгі сипаттамалары:
802.11 bgn протоколдары;
Wi-Fi 2.4 GHz, WPAWPA2 қолдауы;
өте кіші модуль өлшемі (11.5мм x 11.5мм);
интеграцияланған TCPIP протокол стэгі;
интеграцияланған PLL, тұрақтандырғыштар және қуатты басқару
тобы;
802.11b режимінде шығыс қуаты +20 дБм;
антенна түрлерін қолдауы;
интеграцияланған аз қуатты тұтынатын 32-битті MCU;
SDIO 2.0, SPI, UART;
STBC, 1x1 MIMO, 2x1 MIMO;
жұмыс жасау температурасы диапазоны -40C ~ 125C.
2.5 AMS1117 кернеу тұрақтандырғышы
ESP8266 модулі үшін бөлек 3,3В қорек көзі жасалынады. Себебі,
ESP8266 модулінің қорек кернеуі 3,1-3,7В аралығында болуы тиіс. Осы
мақсатта сұлбаға қосымша ретінде AMS1117-3.3V (2.5 сурет) кернеу
тұрақтандырғышы қолданылады.
33
2.5 сурет - AMS1117-3.3V жалпы түрі
Кернеу тұрақтандырғышты
орындау үшін (2.6
сурет) суретте
көрсетілгендей сұлбаны жиналынады. Тұрақтандырғыш блогының сұлбасы
AMS1117-3.3V микросұлбасынан және 100 мкФ-пен 1 мФ конденсаторлардан
тұрады.
2.6 сурет - AMS1117-3.3V принципиалды сұлбасы
2.6 AD22100KT температура датчигі
AD22100KT - шығыс кернеулі және сигналды аналогты түрлендіруші
температура датчигі. Логометриялық өлшеулерінің арқасында, AD22100КТ
аналогты-сандық түрлендіргіш интерфейсімен, экономикалық жағынан
эффективті шешімді қамтамасыз етеді. Себебі, АСТ-нің қорек кернеуі (+5 В)
бір мезгілде АСТ және AD22100КТ үшін тірек кернеуі ретінде қолданылуы
мүмкін. Бұл өз кезегінде, қымбат презиционды тірек кернеу көзінен бас
тартуға мүмкіндік береді. Шығыс кернеуі, температураның қорек кернеуіне
көбейтіндісіне (логометриялық өлшеу) тура пропорционалды және +5,0 В
бірполярлы қорек кернеуінен жұмыс істеу кезінде, -50°C кезінде 0,25В-тан
+150°C кезінде +4,75В-қа дейінгі серпіліске ие.
AD22100KT температура датчигінің (2.7 және 2.8 сурет) сипаттамалары:
толық температураны өлшеу диапазоны 200°C;
қателігі толық шкаладан +-2% кем;
34
сызықсыздығы толық шкаладан +-1% кем;
температуралық коэффициент 22.5 мВ°C;
шығыс кернеу V+ температураның көбейтіндісіне пропорционалды;
кернеудің полярлылығынан қорғау;
минималды қызуы;
үлкен кернеулі төменгі импедансты шығыс.
2.7 сурет - AD22100KT температура датчигінің жалпы көрінісі
2.8 сурет - AD22100KT температура датчигінің принципиалды схемасы
2.7 МРХ4115А қысым датчигі
Қысымды өлшеу үшін ең алдымен қандайда бір датчик керек. Өз
таңдауым Motorola фирмасының MPX4115А абсолютті қысым датчигіне
тоқталды. Қысымға байланысты, ол шығысында 15кПа-дан 115кПа-ға сәйкес
келетін қысымда, 0,2В-тен 4,8В-қа дейінгі кернеу бере алады. Датчиктің ең
басты кемшілігі оның бағасы деп айтуға болады. Сыртқы көрінісін (2.9 сурет)
35
көруге болады. Аяқтарының номерленуі белгіден басталады (суреттің сол жақ
аяғындағы белгі).
МРХ4115А қысым датчигінің аяқтарының маркировкасы:
1 - Шығыс кернеу (қысыммен байланысты);
2 - Жер;
3 - Қорек кернеуі (4.85...5.35В);
4, 5, 6 - Пайдаланылмайды.
(2.9 сурет) және (2.10 сурет) датчиктің сыртқы бейнесі және қосылу
схемасы көрсетілген.
2.9 сурет - МРХ4115А қысым датчигінің сырқы бейнесі
2.10 сурет - МРХ4115А қысым датчигінің қосылу схемасы
Бірақ сонда да, егер датчиктің шығысындағы кернеуді өлшесек те, біз
қысым мм.с.б.-да немесе паскальда көруіміз керек. Но даже, если мы измерим
напряжение на выходе датчика, мы та привыкли видеть давление в мм.рт.ст.
или в Паскалях. Қысым кем деген паскальда алу үшін, даташиттағы шығыс
36
кернеуді қысымға
түлендіру
графигін
және
есептеу
формуласын
пайдаланамыз.
2.11 сурет - МРХ4115А қысым датчигінің түрлендіру графигі
Шығыс кернеуді қысымға түрлендіру формуласы:
P = (0.95Vs+Vout)0.009Vs .
(2.1)
Өлшеулер кезіндегі қателік 1% (қоршаған ортаның температурасы
0
температура кезінде) құрайды.
2.8 Жүйенің принципиалды схемасын тұрғызу
Температура және қысым жіберуге арналған телеөлшеу жүйесін жасау
үшін, оның келесі тапсырмасы принципиалды схемасын салу болып саналады.
Жүйеінің принципиалды схемасы EAGLE CAD 7.6.0 бағдарламасында
жасалынды. Телеөлшеу жүйесінің жібергіш бөлігінің принципиалды схемасы
(А қосымша) сызылды. EAGLE CAD бағдарламасы баспа платаларын жасауда
қолдануға оңай, ыңғайлы және мықты инструмент болып табылады. Оның ең
басты артықшылығы - ақысыз таратылуы.
37
0..85 С болған кезінде) және 3% (-40..00С, 85..1250С диапазонындағы
3 Бағдарламалық қамтамасыздандыру бөлімі
3.1 РНР бағдарламалау тілі
PHP (Hypertext Preprocessor - гиперсөйлем препроцессоры) - бұл кең
қолданылымдағы, ашық қорытынды кодты, жалпы тағайындалған сценарий
тілі.
PHP
-
Web-серверде орындалатын, арнайы
web-қосымшаларын
(скрипттер, сценарийлер) жазуға арналған бағдарламалау тілі. Тілдің
синтаксисі көп жағдайда C, Java және Perl синтаксисіне негізделеді. Ол С-ға
және Perl-ге өте ұқсас. Сондықтан, кәсіби бағдарламалаушыға оны үйрену
қиынға соқпайды. Басқа жағынан PHP тілі С-ға қарағанда оңай, және оны
басқа бағдарламалау тілін білмейтін веб-мастер меңгере алады.
PHP-дің JavaScript-ке қарағандағы ең басты басымдылығы, РНР
скрипттері сервер жағында орындалады.
РНР пайдаланушының
компьютерінің жылдамдығына немесе оның браузеріне тәуелсіз. Ол толықтай
серверде жұмыс істейді.
РНР тіліндегі сценарий серверде бөлек файлдар түрінде немесе html
парақшаларға интеграцияланған күйінде орындалуы мүмкін.
PHP тек қана HTML құжаттарды ғана емес, сонымен қатар әртүрлі
форматтағы суреттерді - JPEG, GIF, PNG, PDF және FLASH файлдарды
генерациялауға және түрлендіруге қабілетті. PHP ақпараттарды кез келген
тексттік форматқа, XHTML және XML қоса, қалыптастыруға мүмкіндігі бар.
PHP - кроссплатформалы технология. РНР дистрибутиві көптеген
оперативті жүйелер Linux-ті қоса, Unix-тің көптеген модификациялары,
Microsoft Windows, Mac OS және т.б. үшін қол жетімді. РНР Apache, Microsoft
Internet Information Server (IIS), Microsoft Personal Web Server және басқа да
вебсерверлердің көпшілігінде қолдау табуда.
РНР серверлердің көпшілігі
үшін модуль ретінде және
CGI
препроцессор ретінде, 2 түрлі нұсқада жеткізіледі.
PHP ODBC-мен және көптеген басқа деректер қорларымен жұмыс жасай
алады: MySQL, MSQL, Oracle, PostgreSQL, SQLite және т.б. [7].
3.2 PhpStorm ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz