Контрольная работа

Цель контрольной работы:
Научиться разрабатывать конкретные подсистемы умного дома, создавать электрически схемы умного дома, писать управляющие программы для микроконтроллера.
Основой умного дома является контроллер. В нашем случае – это контроллер Arduino nano (такой же, как и в лабораторных работах). К контроллеру подключаются различные датчики, в зависимости от решаемой задачи. В качестве таких датчиков могут быть датчик температуры, фоторезистор, датчик влажности, движения, модуль считывания пластиковых карт RFID, модуль Bluetooth и т.д. (рис. 1). Кроме датчиков к контроллеру подключаются исполнительные устройства: электронагреватели, кондиционеры, лампы освещения, водопроводные клапаны, звуковая сирена, сервопривод, электрический замок.

Задание к работе.
Разработать подсистему умного дома на основе контроллера Arduino nano.
Номер варианта задания выбрать в соответствии с последней цифрой кода студента.

Варианты заданий.
№0, №1
Разработать подсистему умного дома, поддерживающую заданную температуру воздуха в помещении.
№2, №3
Разработать подсистему умного дома, включающую электрическое освещение при уменьшении естественного освещения.
№4, №5
Разработать подсистему умного дома, включающую полив огорода при уменьшении влажности почвы.
№6, №7
Разработать подсистему умного дома, включающую звуковую сирену при проникновении посторонних лиц или задымления помещения.
№8, №9
Разработать дверной замок, открывающийся пластиковой картой на основе технологии RFID.

Содержание работы:
1. Описать алгоритм работы подсистемы умного дома.
2. Выбрать датчик и исполнительное устройство. Привести описание выбранного датчика (принцип работы, параметры, характеристики).
3. Разработать электрическую схему подключения датчика и исполнительного устройства к плате Arduino
4. Разработать программу на языке С (обязательно подробное описание всех операторов программы).
5. Сделать выводы о работе.

=============================================

• Лабораторная работа №1. Цифровые и аналоговые порты ввода-вывода

Цель работы: Изучить цифровые и аналоговые порты ввода-вывода, способы подключения светодиодных индикаторов, основы широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Научиться вводить и выводить цифровые и аналоговые сигналы в микроконтроллер. Изучить Цифро-аналоговый преобразователь MCP4735.

Задание к работе:
1. Создать программу: Светодиод, подключенный к пину 10 должен загораться на t1 секунд и гаснуть на t2 секунд. t1 –последняя цифра шифра t2 – предпоследняя цифра кода на 7-сегментном индикаторе должен высветиться код студента. Сделать копию экрана с видеокамерой.

2. Зажечь светодиоды № варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Цвет светодиодов к ж з к+з к+ж з+ж к ж з к+ж+з Вариант выбрать по последней цифре кода. Сделать копию экрана с видеокамерой.

3. Разработать светофор. Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 t к 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 t ж 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 t з 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 t к, t ж, t з – время загорания соответствующего светодиода (красный, желтый , зеленый) в секундах. Вариант по последней цифре шифра.

4. Создать программу плавного увеличения и уменьшения яркости светодиода с помощью ШИМ. Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Цвет светодиода к ж к ж к ж к ж к ж t1 1 2 3 4 5 4 3 2 1 2 t2 5 4 3 2 1 2 3 4 5 6 Вариант в соответствии с предпоследней цифрой шифра t1 – время нарастания яркости t2 – время убывания яркости

5. Разработать программу формирования переменного напряжения на выходе ЦАП MCP4735 с размахом Um и измерения его с помощью АЦП Вариа нт 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Форм а синус оида синус оида синус оида синус оида синус оида синусо ида треуго льная треуго льная треуго льная треуго льная Um, В 2 3 4 5 4 2 3 4 5 4

Содержание отчета. Отчет должен содержать: 1. Задания в соответствии с вариантом. 2. Тексты программ. 3. Копии экрана с картинкой видеокамеры для всех заданий с отображением цифрового индикатора с кодом студента. 4. Для задания 5 графики осциллограмм. 5. Выводы по каждому заданию.

• Лабораторная работа №2. Проектирование домашней метеостанции

Цель работы: Научиться создавать домашние метеостанции, системы управления температурой и освещением. Изучить датчик температуры и давления BMP180, способы подключения датчика к микроконтроллеру. Научиться составлять микроконтроллерные программы для анализа температуры воздуха, управления нагревательным элементом. Изучить принципы работы датчика освещения. Научиться разрабатывать программы для управления освещением.

Задание к работе. 1. Разработать программу измерения температуры воздуха и атмосферного давления с помощью датчика BMP180. Результаты получить в виде таблицы. 2. Исследовать влияние температуры воздуха на показания датчика BMP180. Построить график зависимости температуры при включении и выключении лампы подогрева. 3. Разработать программу, выключающую лампу подогрева при увеличении температуры больше, чем t градусов относительно исходной в соответствии со своим вариантом. Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 t град. 2 3 4 5 2 3 4 5 2 3

4. Исследовать влияния освещенности на сигнал, снимаемый с фоторезистора. Построить график напряжения. При этом время включения и выключения лампы выбрать в соответствии с вариантом. Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 tвкл./tвыкл сек. 0.5 1 1.5 2 2.5 3 1 2 3 2 Содержание отчета: 1.Тексты программ 2. Таблицы, копии экрана с видеокамерой, графики результатов 3. Выводы по каждому заданию

• Лабораторная работа №3. Управление сервоприводом

Цель работы: Изучить принцип работы сервопривода. Разработать программы управления сервоприводом. Сервопривод предназначен для механического управления объектами умного дома (когда требуется механическое перемещение, поворот и т.д.). Управляющий вход сервопривода подключен к пину А2 (порядковый номер 16). Управление осуществляется путем подачи на этот вход импульсов различной длительности с помощью библиотеки Servo.h.

Задание к работе. 1. Установить поворот оси сервопривода на угол X градусов в соответствии с вариантом задания (по последней цифре кода студента). Одновременно вывести это значение на цифровой индикатор. Сделать копию экрана с видеокамерой. Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Х 45 90 135 180 45 90 135 180 45 90

2. Разработать программу, которая будет плавно поворачивать ось сервопривода от 0 до 180 градусов и обратно. Время поворота выбрать в соответствии с вариантом (по предпоследней цифре кода студента). Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Время поворота сек. 10 15 20 25 30 10 15 20 25 30 3. Разработать программу устанавливающую угол поворота сервопривода в зависимости от температуры, измеренной температурным датчиком BMP180 при включении и выключении лампы подогрева.

Содержание отчета: 1. Тексты программ 2. Копии экрана с результатами исследований 3. Выводы по каждому заданию