FREESCALE TECHNOLOGY APPLICATION 2012-2013 Zařízení pro měření teploty, atmosférického tlaku a nadmořské výšky Jméno: Libor Odstrčil Ročník: 3. Obor: IŘT
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 2 Obsah Obsah... 2 1 Popis... 3 2 Hardware... 3 2.1 Mikropočítač... 4 2.2 Snímač... 4 2.3 Bluetooth modul... 5 3 Ovládání... 6
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 3 1 Popis Cílem bylo vytvořit zařízení, které bude schopno měřit teplotu a atmosférický tlak. Na zařízení byly kladeny požadavky, aby bylo co nejmenší a nejjednodušší. Dalšími požadavky bylo, aby bylo možné si naměřená data archivovat a posléze teprve přenést do PC. Pro komunikaci a přenos dat byl zvolen přenos přes bluetooth modul. Aby byly dodrženy nároky na minimální rozměry, připojuje se bluetooth modul až v případě komunikace se zařízením. Díky přenosu přes bluetooth, je možné zařízení ovládat přes mobilní telefon nebo jakýkoliv PC s bluetooth modulem. Další jeho výhodou je, že není potřeba kabeláž. 2 Hardware Obr. 1.: Celkové zařízení. Srdcem celého zařízení je mikropočítač MC9S08QE8CPG. K němu je přes rozhraní I2C připojen snímač. Dále je vyveden konektor pro rozhraní SCI, které slouží pro připojení bluetooth modulu. K dispozici jsou dvě LED diody, červená a zelená pro signalizaci stavu programu. Díky vyvedenému konektoru pro programátor, je možné mikropočítač kdykoliv přeprogramovat. Všechny součástky vyžadují napájení 3,3V, proto je k dispozici napájecí konektor pro 2,1mm jack konektor, kde můžeme připojit síťový adaptér nebo baterie v rozmezí napětí 4,7 41V. Požadovaných 3,3V je zajištěno napěťovým regulátorem. Stav připojení ke zdroji napětí signalizuje červená LED dioda.
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 4 Obr 2.: Schéma zapojení. 2.1 Mikropočítač Mikropočítač byl zvolen MC9S08QE8CPG. Jedná se o 8 bitový mikropočítač s procesorem HCS08 od společnosti Freescale Semiconductor. Při napájení 3,3 V je pracovní frekvence procesoru až 20 MHz a mikropočítač je schopen fungovat při teplotách -40 C až 85 C. Pouzdro je PDIP s 16 piny, z nichž 12 je vstupně výstupních. Uvnitř mikropočítače je FLASH paměť o velikosti 8 kb a paměť RAM o velikosti 512 B. 2.2 Snímač Obr. 3.: Snímač.
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 5 Snímač byl zvolen MPL3115A2 od společnosti Freescale Semiconductor. Jedná se o inteligentní snímač, který měří teplotu, atmosférický tlak a na základě těchto hodnot určí i nadmořskou výšku. Snímač komunikuje s mikropočítačem přes rozhraní I2C. Teplota je měřena v rozmezí -40 C až +85 C a snímačem je poskytnuta jako 12 bitová hodnota. Teplota je s přesností na 0,0625 C. Atmosférický tlak je měřen v rozmezí 20 kpa až 110 kpa a snímačem je poskytnuta jako 20 bitová hodnota. Atmosférický tlak je s přesností na 0,25 Pa. Nadmořská výška je dána na základě teploty a tlaku. Tato hodnota je poskytnuta jako 20 bitová hodnota s přesností na 0,0625 m. Protože tato hodnota je kolísavá a tudíž není přesná, má měření této hodnoty význam při měření výškových rozdílů, kdy známe počáteční výšku a posléze změříme konečnou výšku (např. při turistice). Obr. 4.: Schéma zapojení snímače. Snímač byl použit již osazený na plošném spoji s příslušnýma součástkami. Z plošného spoje je vyveden konektor pro připojení k mému zařízení. 2.3 Bluetooth modul Obr. 5.: Bluetooth modul. Bluetooth modul byl použit OEMSPA310 od společnosti Connect Blue. Jedná se o adaptér, který vytváří sériové rozhraní. Modul využívá UART rozhraní, proto pro připojení k mikropočítači postačí konektory RxD, TxD, GND a VCC.
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 6 3 Ovládání Ovládání je možné přes mobilní telefon po nainstalování příslušné aplikace pro sériovou komunikaci přes bluetooth. Popřípadě ovládat přes PC s bluetooth. Po připojení zařízení ke zdroji napětí, je zařízení ve stavu čekání, dokud uživatel nezadá znak s signalizující START. Poté mikropočítač se pokusí navázat spojení se snímačem. Pokud spojení bylo navázáno, je uživateli k dispozici jednoduché menu s několika položky. Obr. 6.: Výpis menu. Mezi nastavovací položky patří položka Typ mereni a Doba mezi merenim. Zde si můžeme zvolit, zda chceme měřit teplotu a atmosférický tlak nebo teplotu a nadmořskou výšku. Můžeme také nastavit dobu mezi jednotlivým měřením a to na 2, 4 nebo 8 s. Obr. 7.: Výpis nastaveni měření a doby. Při zvolení položky Ukladat do pameti, se začnou hodnoty ukládat do pole v paměti mikropočítače. Pole zaznamenává posledních 20 naměřených hodnot, s tím, že po zaplnění pole, se začnou přepisovat nejstarší hodnoty. Pro výpis hodnot z pole slouží položka Vypsat vse z pameti.
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 7 Obr. 8.: Výpis z paměti. Při zvolení položky Posilat přes bluetooth, se začnou hodnoty okamžitě po změření vypisovat. Obr. 9.: Přímý výpis. Průběh měření lze kdykoliv přerušit znakem m signalizující MENU. Pokud se nacházíme v MENU, tak stále svítí zelená LED dioda. Pokud přejdeme do měření, tak se rozsvítí červená LED dioda. Pokud během měření nastane problém v komunikaci se snímačem (např. vytažení snímače z konektoru), vypíše se hláška informující na chybu a čeká se na znak m. Přičemž začne červená LED dioda rychle blikat.