Комплексная интерактивная система по контролю и обеспечению жизнедеятельности растений

 

2.5 Режим синхронизации  АЦП/ЦАП

 

Старт АЦП может быть синхронизирован с уровнем контролируемого  входного сигнала. Пороговое значение сигнала для режима аналоговой синхронизации начала сбора задается в кодах АЦП в диапазоне [-8192..+8191].

Данное поле принимается  во внимание только при параметре InputMode=3.

Ниже перечислены условия  начала сбора данных АЦП при аналоговой синхронизации (InputMode=3) и различных значениях полей SynchroAdType и SynchroAdMode (для наглядности приведен рисунок 11).

Рисунок 11 – Режим  синхронизации

 

Устанавливаемые параметры наиболее популярных режимов:

 

SynchroAdType=0 SynchroAdMode=0

Условием начала сбора  данных АЦП является обнаружение  сигнала с уровнем большим чем заданное пороговое значение, при этом общая предыстория сигнала не важна (Пример: если запустить АЦП в момент времени (0..t1) или (t2..t3), то сбор начнется только в момент времени t1 или t3 соответственно. Если же запустить АЦП в момент времени (t1..t2), то сбор данных начнется сразу).

 

SynchroAdType=0 SynchroAdMode=1

Условием начала сбора  данных АЦП является обнаружение  сигнала с уровнем меньшим чем заданное пороговое значение, при этом общая предыстория сигнала не важна. (Пример: Если запустить АЦП в момент времени (0..t1) или (t2..t3) , то сбор данных начнется сразу. Если же запустить АЦП в момент времени (t1..t2), то сбор начнется только в момент времени t2.)

 

SynchroAdType=1 SynchroAdMode=0

Условием начала сбора  данных АЦП является обнаружение перехода сигнала с уровня меньшего, чем заданное пороговое значение, на уровень с большим, чем пороговое, значением. (Пример: Если запустить АЦП в момент времени (0..t1), то сбор начнется только в момент времени t1. Если же запустить АЦП в момент времени (t1..t3), то сбор начнется только в момент времени t3.)

 

SynchroAdType=1 SynchroAdMode=1

Условием начала сбора  данных АЦП является обнаружение перехода сигнала с уровня большего, чем заданное пороговое значение, на уровень с меньшим, чем пороговое, значением. (Пример: Если запустить АЦП в момент времени (0..t2), то сбор начнется только в момент времени t2.)

 

2.6 Инсталляция в Visual MatLab

 

В студии Visual Matlab за основу принята стилизованная версия языка Matlab, изложенная в фундаментальной работе "Матричные Вычисления" авторов Дж. Голуба и Ч. Ван Лоуна. Внешний вид программы MatLab изображен на рисунке 12.

Рисунок 12 – Внешний  вид МатLab программы

На основе подпрограмм нижнего уровня создается средний уровень обмена данными с АЦП-ЦАП модуля E14-140D LCARD в виде набора команд программы Visual Matlab обращений к АЦП-ЦАП:

1) Установка размерностей вектора измерения и управления. Сначала устанавливаются размеры векторов измерения и управления. Для односвязных систем y=0, u=0. Чтобы задействовать три выхода, два синфазных входа поступаем иначе: y=[0 0 0]', u=[0 0]', y=read(u).

2) Подача и чтение данных: для аналоговых портов y=read(u), для дискретных y=readig(u). В последнем случае u=3 означает в двоичной системе счисления 11 (установка в единичку двух первых логических выводов DO TTL-логики).

3) Управление и измерение по таймеру: Для управления в режиме реального времени c заданным шагом в 1 секунду (1000 mсs) инициализируется таймер по open timer support и пишется программа обработки прерывания вида

word/function: timer 1000 mсs

<Тело программы обработки прерываний>

          Перечислим основные особенности программирования Visual MatLab.  
 Во-первых, ось времени. C целью повышения скорости вычислений она генерируется специальной функцией t=time(протяженность), а не t=0:шаг: протяженность.  
 Во-вторых, имена переменных декларируются matrices: имя, имя, имя (имя в одну букву можно не декларировать), также, например, как и в Pascal.  
 В-третьих, точка с запятой используется только после команд вывода матриц и графиков для организации паузы в их рассмотрении.

И первое, и второе, и  третье избавляет транслятор от издержек анализа. В остальном, синтаксис сохраняется, формулы отделяются друг от друга запятыми, и поскольку Matlab открытая система, где функции пишутся пользователями, введение новых не противоречит его концепции.  
 Помимо языка матричных вычислений Visual Matlab поддерживает язык управления картинками, для иллюстрации работы приложений.

Рисунки могут содержать родительские и дочерние сегменты, подобно тому, как на руке имеются пальцы, а пальцы имеют фаланги.

Запятая связывает интерпретируемые предложения, описывающие одновременное  движение частей, точка служит цели вывода синтезированного изображения на экран монитора.

Синтаксис приближен к синтаксису обычного языка "Simple English", причем есть адаптаторы к прочим европейским  языкам, включая русский. Перечень поддерживаемых графических команд содержится в справочном разделе самой программы.

Особое внимание отводилось удобочитаемости  интерпретируемого транслятором текста: "кисть манипулятора поворачивается на X градусов влево", где вычислением переменной X занят, собственно, MatLab.

Сочетание этих двух языков в одном трансляторе (математического и "обычного") создает эффективное средство визуализации математических вычислений Visual Matlab.

Примеры:  
 
 Итак, договоримся считать, что матрицы обозначаются латинскими буквами A, B, ... x, y, z, в том случае, когда нам нужно привлечь более развитое обозначение, оно обязательно декларируется (уступка скорости трансляции) matrices: Xo, X1, X2, X3, и так далее. Типичные матричные выражения выглядят также, как и в MatLab X=[ 1 1 ]', Y=X'*X. Штрих обозначает операцию транспонирования.

Вывод информации y=? или y=?J (вывод в формате JAVASCRIPT), в виде графика y=??, [t y]=?2D (2D график) и т.д.

Стиль графика может варьироваться  опциями ?- ?~ ?*.

Пример вывода графика функции:

 

t=time(100), F=2*t+10*sin(0.5*t), [t F]=?2D_title

 
 Дополнительной опцией можно указать  количество временных отсчетов t=time(T,200), по умолчанию принято генерировать сто точек, начиная с нуля.  
 
 Строки матрицы отделяются точкой с запятой А=[ 1 2 ; 3 4 ], процедура решения системы линейных уравнений AX=B выглядит как X=A\B. Левая и правая операции деления A\B и A/B отличаются тем, что в первом случае инвертируется матрица A, а во втором инвертируется уже B.

Матрицу можно вводить и формулой, например A=solve([n m],'1/(i+j)'), где n и m - размеры матрицы, в одинарных кавычках размещается функция от индексов элемента, описывающая его численное значение.

Интерпретируемый текст можно  брать с любой страницы, в том  числе, прямо с html, включая коды картинки, на основе которых производится мультипликация. С учетом распространенности интернет-технологий, такое правило добавляет удобств в использовании транслятора.

 

3 СЕНСОРНАЯ ПЕРИФЕРИЯ: ДАТЧИКИ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

В настоящее время  существует два достаточно близких  между собой вида компьютеров, называемых ноутбук и наладонник (кпк, коммуникатор), удобных для применения в роли некоторых портативных устройств сбора информации и управления. Первые устройства (ноутбуки) проще использовать в "сервоприводах" управляемых через сеть объектов. Употребить мобильный телефон как консоль управления - естественная мысль в связи с распространенностью последних и подходящим для этой цели устройствами (экран, кнопки).

Коммуникаторы, смартфоны и мобильные  телефоны отличаются своими малыми размерами  и, априори, наличием интернета, однако они более бедны периферией. Их сетевое программное обеспечение частично совместимо с программным обеспечением ноутбуков, в этом направлении, судя по мини-браузеру Опера, предпринимаются усилия. Недостаточная работоспособность встроенных браузеров восполняется, помимо оригинальной Оперы, дополнительными программными модулями (мидлетами). Мини-опера - тоже мидлет, но с серверной поддержкой, сжимающей изображения до размеров, удобных для экрана телефона.

Сенсорная периферия. Ноутбук пока легче дооснастить аппаратурой, чем смартфон или коммуникатор. В частности, относительно недорогими внешними LCARD модулями АЦП/ЦАП на шину USB.

Датчики не входят в комплект стандартной компьютерной периферии, по этой причине дооборудование - трудоемкий процесс, вынуждающий искать приемлемые варианты.

Самый распространенный ныне датчик - это web-камера. Ее можно  применять универсально, как для измерений освещенности, так и для считывания показаний других - распространенных, но менее компьютеризированных датчиков (температуры, влажности, перемещения). Помимо камеры нужны драйверы типа Dorgem (см. также более развитый Web-cam publisher, свой драйвер под Delphi 5/6/7 можно написать, опираясь на проект DSPack)

Для интернет-связи используются GPRS модемы, их можно установить в  слот PCMCIA (модем Ubiquam, есть USB варианты типа Anydata).

 

3.1 Датчики  контроля параметров

 

3.1.2 Датчик  температуры

 

Аналоговый полупроводниковый датчик температуры предназначен для линейного преобразования значения окружающей температуры или температуры какого-либо объекта в постоянное напряжение, отличается широким диапазоном рабочих температур (есть модели -55…+150 °C), высокой точностью (до 1,0 °C в рабочем диапазоне), заводской калибровкой, малым током потребления и низкой стоимостью, см. рисунок 13.

Рисунок 13 – Датчик температуры

Он обладает линейными  характеристиками. Распиновка следующая, если повернуть элемент плоской стороной к себе, ножками книзу, то справа будет земля, слева питание +5 вольт, средняя ножка идет к АЦП через сопротивление в 1 ком. Ноль градусов отвечает напряжению 1.375 вольт. На каждый градус температуры приходится 0.0225 вольта. Рабочий ток небольшой, около 0.5 ма.

Модель датчика AD22100KT , производитель Analog Device. 
Технические характеристики: корпус TO-92-3pins. Температурный диапазон: -50...+150. Функциональные возможности: датчик температуры с выходным напряжением, пропорциональным температуре. Кт=22,5мВ/°С. Точность  измерения не хуже 2°С, Uпит=4…6В. Схема включения и опытный график изменения температуры, см. рисунок 14 и 15.

 

 

 

 
 
Рисунок 14 – Схема датчика температуры

Рисунок 15 – График изменения среднесуточной температуры

3.1.3 Датчик  влажности почвы 

При использовании датчика влажности  почвы  необходимо подавать напряжения от батареи или от цифро-аналогового преобразователя (внешне избыточное решение, позволяющее варьировать условия измерений и не держать датчики под постоянным током) на один из щупов, погруженных в землю, другой щуп соединяется с АЦП, для измерения наводимого потенциала в мостовой схеме, в которой щуп АЦП связан также с нейтральной шиной через сопротивление порядка нескольких десятков Ком. Конструкция и схема включения см. рисунок 16 и 17.

 

 
Рисунок 16 – Датчик влажности почвы

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 17 – Схема  датчика влажности почвы 

 

Ниже на рисунке 18 приведен график выхода датчика влажности  изменения:

Влажность (до 100%)

 
 
           ось  дискретного времени

Рисунок 18 – График изменения  влажности почвы после полива

 

3.1.4 Датчик  освещенности

Датчик позволяет измерять действующее значение освещенности и в зависимости от этого формирует  выходное напряжение. Он предназначен для контроля солнечного света.   Модель датчика AT012. Диапазон измеряемой освещенности От 10 люкс до 1500 люкс. Выходное напряжение датчика От 0 B до 5 B. Напряжение питания постоянное 12 B ± 10%. Потребляемый ток не более 12 мА. Конструкция и схема включения см. рисунок 19 и 20.

 

 
Рисунок 19 – Датчик освещенности

 

 

Рисунок 20 – Схема  датчика освещенности

 

Ниже на рисунке 21 приведен график выхода датчика освещенности в рабочей Интернет программе:

 

Рисунок 21 – График дневной  освещенности

 

 

 

3.1.5 Датчик  влажности воздуха

Емкостной датчик влажности  обеспечивает широкий диапазон измерений, высокую надежность и низкую стоимость  при использовании микроэлектронной технологии. Последняя позволяет  производить емкости планарного типа тонкопленочным методом. Благодаря этому мы имеем миниатюрные габариты чувствительного элемента, возможность имплементации на кристалле специализированной интегральной схемы обработки сигнала. Технологичность и высокий выход годных кристаллов обеспечивают малую стоимость продукции данного типа. Итак, для измерения влажности емкостной метод является лучшим.

Рассмотрим теперь отличительные  особенности датчиков влажности  емкостного типа, см. рисунок 22а.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 22a – Датчик влажности воздуха, конструкция.

Чувствительный элемент  представляет собой многослойную структуру. На кремниевой подложке 1 напылена платиновая пленка 2, которая образует первый электрод конденсатора. Диэлектриком между обкладками служит термореактивный полимер 3, поверх которого выполнена вторая обкладка конденсатора – платиновая пленка с перфорацией 4, позволяющая влаге проникать к абсорбирующему слою 3 и изменять его относительную диэлектрическую проницаемость, а соответственно – и емкость С конденсатора. Верхним слоем является пленка термореактивного полимера 5, которая служит защитой от пыли и грязи. Также эта конструкция делает возможной промывку датчиков, для этой цели рекомендуется использовать изопропиловый спирт. Датчик типа HIH-4000-001, HIH-3610-001б, производитель Honey Well, см. рисунок 22б.