Udarbejdet af gr. 542 Aalborg Universitet, AAUE 2002 Det teknisk-naturvidenskabelige falkultet Institut 7 Niels Bohrs Vej Esbjerg

Transkript

1 Udarbejde af gr. 542 Aalborg Universie, AAUE 2002 De eknisk-naurvidenskabelige falkule Insiu 7 Niels Bohrs Vej Esbjerg

2 Tielblad Tiel: Klimacompuer il vækshus Tema: Appara- og/eller sysemkonsrukion Projekperiode: 2/ / Udarbejde af: Gruppe E 542, Aalborg Universie Esbjerg Medlemmer: Krisian Lymann Iversen Thomas P. B. Lorenzen Michal Kosrzewski Mikael Køhler Synopsis: Denne rappor er udarbejde af gruppe E542 på 5. semeser af Aalborg Universie Esbjergs E-linje Appara- og/eller sysemkonsrukion. Opgaveformuleringen il denne rappor er opsåe efer a gruppen på e virksomhedsbesøg, har fåe il opgave a udænke e ny produkionskoncep il garnerisekoren Koncepe skal kunne arbejde med en variabel døgnlængde. Derefer har gruppen opbygge e miniaurevækshus, som anvendes il regulering på række områder. Der er i forbindelse med afviklingen af dee projek opbygge o SBC er der via e CAN og en 232 forbindelse, skal kunne komunikere med hinanden og med en PC. Herudover er konsruere en realidskerne, il muliasking af flere processer. Vejleder: Henrik Rasmussen Oplag: 7 Sideanal: 69 + appendiks Forsidebillede: Beder Garnerskole, forsøgsvækshus. Side

3 Side 2 Klimacompuer il vækshus

4 Forord Denne rappor er udarbejde som dokumenaion for P5-projeke Klimacompuer il vækshus på 5. semeser Aalborg Universie Esbjerg, i perioden 2/ il 9/ Formåle med rapporen er, a sæe gruppen i sand il a anvende den eori og de værkøjer, som gruppen har illær gennem PE- og SE-kurserne. Rapporen henvender sig il suderende på Aalborg Universie Esbjerg og øvrige, som måe have ineresse for de, i rapporen, behandlede emner. Tak il alle som har yde bidrag i form af idéer og kommenarer il projeke. Speciel ak il: Lasse Konrad, Beder Garnerskole Ellen Chrisensen og Kai Lønne Nielsen, Knud Jepsen A/S. Henvisninger il lieraurlisen markeres med (), (2), (3), (4). Henvisning il fodnoer markeres med A, B, C, D. Talværdier i hexadecimal angives som 0x[værdien]. Den vedlage CD indeholder: Rapporen. Bilag il rapporen. Relevan lieraur. PC program il syring af Klimacompuer. Kildekoden il PC program og SBC sofware. Billeder af forsøgsopsillinger. God læselys Gruppe E542 Esbjerg d. 9. december 2002 Side 3

5 Side 4 Klimacompuer il vækshus

6 Indholdsforegnelse INDLEDNING PROJEKTETS PROBLEMSTILLINGER FORMÅLET MED PROJEKTET NEDBRYDNING AF PROJEKTET KRAVSPECIFIKATION DELKONKLUSION VÆKSTHUSMODEL MINIATUREVÆKSTHUSET PROCESMODELLEN VÆKSTHUSMODEL DELKONKLUSION HARDWARE MINIMUMSKONFIGURATION INTERFACE FORDELING TIL PROCESSORER DELKONKLUSION REGULERINGSMODULET MODULERING AF PI-REGULATOR INPUT/OUTPUT -ENHEDER BELYSNINGSREGULERING LUFTFUGTIGHEDSREGULERING TEMPERATURREGULERING VENTILATIONSREGULERING TRANSPORTBÅNDREGULERING DELKONKLUSSION SOFTWARE OVERSIGT OVER SOFTWARE PC MODUL KERNEMODUL [E542_KERNE.C] INITIALISERINGSMODUL [INIT.C] DRIVERMODUL [DRIVER.C] REGULERINGMODUL [PI_REG.C] EKSTERNE FILER DELKONKLUSION...62 Side 5

7 6 TEST ACCEPTTEST TEST FOR BELYSNINGSREGULERING TEST FOR FUGTREGULERING TEST TEMPERATURREGULERING I DAG-AFSNITTET TEST TEMPERATURREGULERING I NAT- AFSNITTET TEST AF STYRING AF BÅNDHASTIGHED TEST AF STYRING AF SP JÆLDVINKEL DELKONKLUSION KONKLUSION APPENDIKS: OPBYGNING AF VÆKSTHUSMODEL APPENDIKS: PEEL... 7 APPENDIKS: BELYSNINGSFORSØG APPENDIKS: LUFTFUGTIGHEDSFORSØG APPENDIKS: TEMPERATURFORSØG APPENDIKS: BRUGERFLADEMODUL APPENDIKS: SBCMODUL APPENDIKS: DIAGRAMMER Side 6

8 Indledning Produkionen af planer, frug og grøn kan være en krævende proces, da visse yper af kulurer er mege sårbare og kræver specifikke klimaiske fakorer. Dee beyder også, a de danske klima er med il a begrænse udvalge af mulige kulurer, der kan dyrkes på friland. For a kunne dyrke kulurer, der kræver specifikke klimaforhold, som de danske klima ikke kan opfylde, sam a kunne konrollere klimaes fakorer, anvender væksproducenerne vækshuse. Vækshuse er opbygge af glas, efer samme princip som radiionelle drivhuse. I e ypisk vækshus er de mulig a regulere klimaiske fakorer såsom: emperaur, luffugighed, lysinensie, CO 2 -koncenraion, lufcirkulaion, vanding og gødskning. Brugen af auomaik begynde i 60 erne som analoge decenrale syringer il hver enkel vækshus, hvor f.eks. emperauren kunne reguleres ved hjælp af en enkel ermosa eller vinduerne kunne åbnes auomaisk. Med iden er analogauomaikken bleve udvikle, så der i dag kan reguleres på en besem parameer under hensynagen il andre paramere i vækshuse. Som mange andre erhverv oplever jordbrugs- og vækshussekoren i disse år en effekivisering og raionalisering, hvilke beyder, a de bliver mere og mere almindelig med sordrif. I mindre vækshuse er de ikke alid økonomisk renabel a invesere i omfaende auomaikanlæg, der kan konrollere og regulere huses klimaiske fakorer. Ved sordrif, hvor e vækshus kan være i sørrelsesordnen m m 2, og have en årlig produkion på millioner af planer, ville de være en mege omfaende opgave a holde de klimaiske fakorer konsane uden brug af auomaik. Hvis de f.eks. efer a have være overskye giver høj solskin, så skal agvinduerne i vækshuse kunne åbnes, skyggegardinerne skal kunne rækkes for, og der skal være mulighed for vanding. Dee vil være en sor opgave, hvis dee skulle udføres manuel. De nævne væksbeingelser kan reguleres på forskellige måder, men påvirker også hinanden indbyrdes. En oversig over væksbeingelser og reguleringsparamere ses på Figur : Side 7

9 Reguleringparamere påvirkede væksbeingelser Verikal venilaion emperaur, luffugighed, CO 2 Skyggegardiner emperaur, lysinensie sensor lysinensie Horisonal venilaion / CO 2 luffugighed, CO 2 Varmerør emperaur, luffugighed Vækslys emperaur, lysinensieen sensor emperaur, CO 2, luffugighed sensor gødskning Vandforsøvning luffugighed, emperaur Vanding / gødskning luffugighed, emperaur, væks i kuluren Figur : Principskise af vækshusanlæg. E komple reguleringssysem skal derfor fungere ved a regulere de forskellige paramere udfra forskellige sensorers inpu il syseme. På de danske marked findes o producener: Priva og DGT-Volmaic A/S, som leverandører af syresysemer af vækshuse. De o producener ilbyder begge e bred produksorimen med e væld af muligheder. Opbygningen ses på Figur 2. Husene fungere selvsændig for hver deres kulur Husene kan lokal bejenes Hus Hus 2 Hus x Klimacompuer Klimacompuer Klimacompuer På PC en kan indases en præsæning af referenceværdi for den enkele kulur Daaopsamling og lagring PC med grafisk brugerflade Figur 2: Oversig over DGT og Priva- sysemer. Side 8

10 . Projekes problemsillinger Vækshussysemerne er generel opbygge omkring en klimacompuer, der vha. I/O enheder regulerer de forskellige processer i vækshuse. F.eks. får klimacompueren inpu fra nogle sensorer, der måler f. eks. emperaur, fug og CO 2. På klimacompueren indsilles de ønskede værdier og for a opnå disse, kan klimacompueren, åbne for vinduerne, sare venilaionen, åbne for varmen, regulere gardiner for vinduerne, ænde vækslys eller vanding ec. Syseme kan bland ande udbygges med en PC, som udover a give mulighed for fjernsyring, også giver mulighed for a opsamle måle daa. Udover de førnævne paramere er døgnlængden yderlige e område, der forskes i. De er ved forsøg konsaere, a en døgnlængde på 26 imer, har en gunsig virkning på nogle kulurer gennem dens væksforløb. Denne funkion vil kunne implemeneres i en klimacompuer ved, a sofware regulerer lysinensieen og mørklægning af vækshuse. Denne løsning er dog ikke opimal, da dee vil kræve, a vækshuse på nogle ider skal være kunsig oplys og opvarme om naen, sam mørkelag og nedkøle om dagen. I sede kunne en vækshuskonsrukion med o eager anvendes. Princippe ses på Figur 3: Tagvenilaion Glasag A Negaiv diff. - 3,5 grader Negaiv driff. 2 grader A Figur 3: Principskise af døgnfunkion (negaiv diff, vil blive forklare senere). Som de fremgår af Figur 3, ransporeres kuluren på ransporbånd gennem vækshuse med en cyklus, der går over eks. 26 imer. I undereagen opholder kuluren sig derfor i 3 imer, hvorefer den kommer op i sueplan, hvor der kunsig holdes en konsan lysinensie. På denne måde kan der konsan dyrkes kulurer i o eager, og derved øges produkionen il de dobbele i forhold il bebygge areal. Dog kræver princippe, a der køres med ens længde af dag/na, da der ellers vil ske en ophobning af kuluren på den ene eage. Denne problemsilling vil kunne løses, ved a anvende differeniere hasighed på de o bånd, hvilke vil kunne klare denne opgave, men dog forårsage en nedsæelsen af produkionskapacieen. Side 9

11 En anden fordel ved denne konsrukion er, a der i produkioner med anvendelse af negaiv difference vil kunne skabes zoner i vækshuse, hvor emperauren kan ændres i forhold il resen af vækshuse. Dee vil medføre en økonomisk besparelse, da de omkosningsfuld a opvarme og nedkøle hele vækshuse..2 Formåle med projeke Projekes overordnede mål er derfor, a udvikle en klimacompuer. For a illusrere dee princip, er der i projeke opbygge en vækshusmodel (dee er beskreve i kapiel 2). Til denne vækshusmodel skal der opbygges en klimacompuer, som kan regulere på de førnævne væksbeingelser. Dee skal ske gennem udvikling af en compuerbasere model il afvikling, regulering og overvågning af de forskellige processer. Projeke udvides il også a omfae en o eageres vækshus, hvor døgnlængden kan varieres..3 Nedbrydning af projeke I projeke udvikles e sysem il syring og overvågning af e vækshus. For a skabe overblik over projekes indhold og des afgrænsninger, opsilles der kravspecifikaioner il syseme. Afsnie vil indeholde en generel beskrivelse, en afgrænsning sam en opsilling af specifikke krav. En generel beskrivelse af syseme il vækshuse kan præseneres i form af e koneksdiagram, der skaber e overordne overblik over sysemes I/O enheder: (i) (se Figur 4) Negaiv difference ( negaiv dif. eller drop ) er en kunsig form il a reducere kulurens væks, som anvendes i sede for brug af sråforkorer. Princippe i meoden er, a emperauren hos kuluren før daggry hæves en periode, hvorefer den ved daggry sænkes il under den oprindelige emperaur en periode. Dee medfører, a kulurens væks bræmses. Temperaur differencerne og periodeiden afhænger af kuluren Side 0

12 Gødnings blander Bånd moor Vækslys Varme legeme Venilaions flow CO 2 kilde Gardin moor Lys sensor Bruger inerface Konrol display Klimacompuer Bånd sensor CO 2 sensor ph sensor Tagvindue moor Forsøvning Venilaions pumpe Fugsensor Temp sensor Alarm sirene Figur 4: Koneksdiagram. De fuldoprukne rammer indikerer, de elemener, som er valg a arbejde videre med. Den cenrale kerne i syseme besår i klimacompueren il vækshuse, som får inpus fra en række sensorer: lyssensor, CO 2 -sensor, fugsensor, emperaursensor, ph-sensor, venilaionsflow, båndsensor, vejrsaion, sam e inpu fra en digialæller (ur). Sensorerne anvendes il a regisre de akuelle værdier for hhv. lysinensie, CO 2 -indhold, fugighed, emperaur, ph og båndposiion. Som oupu fra klimacompueren sendes en række syresignaler il de mekaniske dele i vækshuse, så som: væksbelysning, CO 2 kilde, vandforsøvning, varmelegeme, moor il agvinduer, venilaionspumpe, moor il skygge-/mørklægningsgardiner, gødningsblander og moor il ransporbånd. Endvidere kommunikerer syseme ved hjælp af e brugerinerface, e konroldisplay og en alarmindikaor (eks. roerende blink)..3. Afgrænsning Nogle I/O enheder er ikke yderligere behandle i projeke af forskellige årsager, hvilke vil blive gennemgåe i de følgende. De fravalge enheder er markere på Figur 4. For a opimere kulurens væks, anvendes auomaisk gødskning, der reguleres udfra ph koncenraionen i overskudsvande fra vandingen. Ligeledes ilsæes lufen i vækshuse CO 2 for a øge foosynesen hos kuluren. Reguleringen af CO 2 -ilførslen sker udfra målinger på lufens parikelsammensæning. Side

13 Udsyr il regulering af ovensående fakorer er ikke ilgængelig for projeke og derfor er disse ikke yderligere behandle. I de opbyggede miniaurevækshus, er de idsmæssig ikke mulig a implemenere gardiner og agvinduer, hvilke beyder a syrersignaler il disse moorer ikke medages. Enhederne: Alarmindikaor og konroldisplay som selvsændige enheder må anses for a kunne implemeneres i e brugerinerface og er derfor ikke medage i de videre forløb i projeke. Alle de ovennævne I/O enheder vil senere kunne ilføjes il syseme som selvsændige moduler..3.2 Opdeling i subsysemer Som omal idligere, er der en række fakorer, som hver spiller en rolle, når der skal fremavles kulurer i e vækshus. Temperaur sensor Tasaur + mus Skærm + priner Varme legeme Temperaur regulering Bruger inerface Flow sensor Fug sensor Fug regulering Kerne Venilaionsregulering venilaionspumpe Forsøvning Lys regulering Bånd regulering Bånd sensor Lys sensor Vækslys Bånd moor Figur 5: Opdeling i subsysemer. Subsysemerne på Figur 5 vil herefer blive beskreve og behandle enkelvis. Temperaurregulering Temperauren er en vigig parameer for produkion af kulurer i e vækshus. Derfor er de vigig a kunne fasholde denne på en nærmere definere referenceværdi. Module emperaurregulering foreager en sammenligning mellem den måle emperaur og emperaurreferencen. Hvis dee giver en difference vil regulaoren forsøge a modvirke denne, ved a ændre på oupue varmelegeme. Side 2

14 Fugregulering For opimal væks er de nødvendig a holde en besem luffugighed. Module fugregulering fungerer efer samme princip som emperaurmodule, ved a sammenligne inpue fra fugcensor med fugreference. Hvis der er forskel på disse inpu vil module modvirke denne ændring vha. oupue dypkoger. Regulering af belysning Lysinensieen er en vigig fakor for foosynesen. Derfor skal denne opreholdes på e give niveau. Princippe i belysningsreguleringsmodule er idenisk med emperaur og fugregulaorerne. Regulering af venilaion For a sikre a fug og varme bliver jævn fordel, skal der opreholdes e konsan flow i miniaurevækshuse. Dee sker ved, a der i vækshusmodellens rørsysem måles på flowe, hvorefer hasigheden på blæseren reguleres. Regulering af båndhasigheden Ved a ændre båndhasigheden er de mulig a besemme den ønskede døgnlængde, jo højere hasighed deso korere bliver døgne. Module båndregulering besemmer døgnlængden ved a opreholde båndreferencen vha. oupue båndmoor. Brugerinerface Module brugerinerface besår i inpu fra asaur og mus, hvorfra brugeren kan fassæe referenceværdier il regulaorerne. Som oupu kan indsillingerne monioreres på skærm og priner. Kerne Module kerne modager referenceværdier fra brugerinerface og behandler disse i prioriere rækkefølge, hvorefer den sender signal ud il de pågældende moduler. Endvidere kan kernen modage inpu fra regulaorerne og sende disse videre il brugerinerface. Side 3

15 .4 Kravspecifikaion Udfra nedbrydning af projeke opsilles i dee afsni en kravspecifikaion for klimacompueren udfra de I/O enheder, som skal ilslues. I denne udspecificeres de signalniveauer som klimacompueren skal inerface med og der angives, hvilke måleenheder signalerne skal anvende på brugerfladen. Inpu/oupu på klimacompueren Inpu Funkion af enhed Måle lysinensie Oupu Syring af væksbelysning Inpu Måle luffugighed Oupu Inpu Oupu Inpu Oupu Oupu Inpu Oupu Syring af dypkoger Måle emperaur Syring af varmekilde Måle emperaur i emperaurzone Syring af emperauren i emperaurzone Syring af båndhasighed Måle spjældvinkel Syring af spjældvinkel Placering af enhed i modellen Brugerfladeinerval => Signalkrav il/fra enhed dag-eage lux => 0,8V-5V dag-eage lux => 0V-230V Procesmodellen 2 Relaiv fugighed 0-95% => V-5V dag-eage Relaiv fugighed 20-95% => 0V-5V, 0W-00W dag-eage 0 C-00 C => V-5V Procesmodellen 0 C-40 C => 0V-5V, 0W-50W na-eage 0 C-00 C => V-5V na-eage 0 C - 60 C => 0V-230V, 0W-00W dag-eage Lav-høj => 0V-2V Procesmodellen Vinkel 0-90 => V-5V Procesmodellen Vinkel 0-90 => 0V-5V Tabel : Krav il signalniveauer..5 Delkonklusion På baggrund af virksomhedsbesøg, hvor der blev udryk ønske om a kunne skabe bedre forhold for planekulurens væks, ager dee projek udgangspunk i klimaforhold, omkring danske vækshuses. Desuden arbejdes med princippe omkring a skabe en kunsig døgnlængde på baggrund af e eageadskil vækshus. For a kunne løse disse problemsillinger ønskes opbygge en klimacompuer, som via en PC kan brugerbejenes. For a kunne lee sofwareopbygningen er der, på baggrund af de udformede koneksdiagram, er der foreage en nedbrydning i subsysemer. Dee har igen medfør krav il de videre projekforløb med relevane afgrænsninger. 2 Procesmodellen er nærmere beskreve i kapiel 2. Side 4

16 Konkre er der valg a opbygge e miniaurevækshus og il dee ilslue forskellige sysemer, som kan påvirke klimaforholdene i vækshuse. Side 5

17 2 Vækshusmodel For i projeke a kunne verificere de opsillede modeller for regulering af væksbeingelser i e vækshus dimensioneres og opbygges en vækshusmodel på universies værksed. Se appendiks 8 for dealjere beskrivelse af fremsillingen. Modellen skal bidrage il e bedre indryk af sysemes funkionalie, sam anvendes il a efervise de eoreiske beregninger. Vækshusmodellen er bygge, som en miniauremodel af e vækshus og skal, som projekformåle beskriver i kapiel, ilslues en klimacompuer, som skal syre væksbeingelserne i vækshuse. Dee kapiel beskriver opbygningen og indreningen af vækshusmodellen, som ses på Billede Billede : Miniaurevækshus og procesmodel. Begge dele benævnes vækshusmodellen. Overordne er modellen opbygge i o dele: e miniaurevækshus og en procesmodel. Disse o dele vil ilsammen blive benævn vækshusmodellen. Side 6

18 2. Miniaurevækshuse Vægge og ag i miniaurevækshuse udgøres af plexiglas, monere på en bundplade på 00cm 50cm. Tagkonsrukionen, der har en højde på 5cm, er afagelig for a lee arbejde inde i huse. 2.. Eageadskillelse For a kunne gengive princippe, som beskreve i afsni., med e oeages vækshus er der mid i miniaurevækshuse indbygge en eageadskillelse. Denne udgøres af en afagelig plade, som kan sænkes ned i huse. Se Billede 2. Billede 2: Eageadskillelse i miniaurervækshuse. Endvidere udvides princippe, som idlige beskreve, med e ransporbånd, der vil kunne ransporere kulurer gennem vækshuse. I prakisk vil kuluren skulle hejses op og ned mellem eagerne via e elevaorsysem, men i miniaurevækshuse er ransporbåndsprincippe eksemplificere med e remræk på fire valser. Som drivkraf il ransporbånde er, på en af valserne, monere en DC moor 3 som kan reguleres rinløs. Se Billede 3 3. Daablad se bilag Side 7

19 Billede 3: DC-mooren som rækker ransporbånde Temperaurzone Som nævn i afsni. kan vækshuse indrees med emperaurzoner il produkioner, som anvender negaiv dif. I praksis vil vækshuse kunne indrees på forskellige måder. F.eks. med fase væge eller med gardiner il a adskille de enkele emperaurzoner. Zonerne kunne være placere umiddelbar før kuluren hæves fra kælder il overeagen. I miniaurevækshuse er dee illusrere ved, a der i kældereagen er indsa skillevæge, som herved skaber én zone. I denne zone kan emperauren hæves ved hjælp af e indsa varmelegeme i lofe. (se Billede 4) Side 8

20 Billede 4: Temperauren hæves ved hjælp af e indsa varmelegeme i lofe i kældereagen Belysning For a lysinensieen på den øverse eage kan holdes konsan skal vækshuse oplyses kunsig om naen, sam på mindre solrige dage. Dee er i miniauremodellen lave ved, a der i en afsand på 20cm over eageadskillelsen er placere en glødelampe, der oplyser hele den øverse eage Sensorer For a reguleringen af de forskellige væksbeingelser bliver så gunsig som mulig, udføres dee dynamisk. Dee bevirker, a der i miniaurevækshuse skal indsæes sensorer il a regisre emperaur, lysinensie sam luffugighed. Temperaursensorerne besår af ermoelemener og er placere med o sensorer i overeagen og o i undereagen hvoraf den ene er placere i emperaurzonen. Til regisrering af lysinensieen afvendes en LDR-modsand, som er placere på oversiden af eageadskillelsen Inerface For a lee arbejde med de enkele dele i miniaurevækshuse, er alle forbindelseskabler rukke på undersiden af eageadskillelsen og ilslue o mulisik på huses bagside. Dee bevirker, a hvis eageadskillelsen fjernes kan denne afkobles på de re mulisik. Benforbindelserne ses i de følgende. Side 9

21 Sik Sik 2 Ben Oupu V.legeme Elpære NC Moor NC LDR-modsand Ben Oupu Dypkoger NC NC NC NC NC 2.2 Procesmodellen Miniaurevækshuse skal nu udsyres med en række muligheder for in- og oupu. Til dee formål er valg a implemenere en allerede eksiserende procesmodel. Billede 5: Procesmodellen som er implemenere i vækshusmodellen Her anvendes modellen il forsøg med varme- lys- og fugighedspåvirkninger. Denne model, som er vis på Billede 5, giver for projeke her, mulighed for a løse en del af in- og oupu muligheder, men giver også nogle begrænsninger. Til beskrivelse af den fysiske opsilling for vækshusmodellen, der er illusrere på Figur 6, med procesmodellen påkoble, er der valg, a bruge egninger il illusraion af opbygningen. (ii) Side 20

22 Temperaur T2 Temperaur T3 Luxmåling Fugigmåling 500 mm M M Spjæl il frisk luf Spjæl il frisk luf Procesgulv Spjæld Temperaur T4 Temperaur T5 Varmeråd Figur 6: Miniaurevækshuse med procesmodellen Blæseren Til a sikre en jævn fordeling af emperauren og fugigheden, er der monere en blæser. Denne er på procesmodellen illusrere som på Figur 7. Figur 7: Blæseren il cirkulaion af lufen Blæseren kan reguleres rinløs og kan på denne måde indgå i en regulering, som sørger for e konsan flow i miniaurevækshuse. Kravene il venilaionsflowe afhænger bl.a. af, hvor sor emperaurforskel, der kan acceperes i vækshuse. Side 2

23 2.2.2 Varmekilden Varmekilden er konsruere ved hjælp af en varmeråd og e rør. Tråden er, som vis i Figur 8, placere i røre og fungerer i princippe som en hårørrer. Tråden opvarmer lufen il cirkulaionssyseme. For a der kan ske en koninuerlig overførsel af varme, skal der alid som e minimum være e svag flow. Figur 8: Varmekilden er e rør med e indsa varmelegeme. Ved hjælp af regulering er de mulig, a opnå og fasholde, den ønskede emperaur i vækshuse, dog afhængig af udenomsemperauren. Effeken, der afsæes her, gives også som e oupu, der så kan anvendes il de eferfølgende behandlinger af daa Klimarum I projeke her, er de lille klimarum på procesmodellen i princippe ersae af miniaurevækshuse. Figur 9: Klimarum for måling af fugighed. Fugighedsmåling er en målingsype, der også er indbygge i procesmodellen. Fra procesmodellen anvendes de lille klimarum, som en målesaion for luffugigheden. Denne måling, vil blive foreage i klimarumme ide de påænkes, a fuggeneraoren placeres i selve vækshuse og ide der er e konsan flow, forvenes der en jævn fordeling af fugigheden i mellem miniaurevækshuse og klimarumme Lufspjælde Til illusrering af muligheden for indagelse af frisk luf og dermed også muligheden for a skille sig af med den bruge luf, er her anvend e symbol. M Spjæl il frisk luf Figur 0: Symbole for frisklufindage. I virkeligheden besår venilen af o T-sykker med hver si spjæld som vis på Figur. Derudover er der placere e spjæld mellem de o T-sykker. Sammenhængen mellem de re lufspjæld, forårsager en forud fassa procenvis udskifning af lufen. Side 22

24 Figur : Principskise for frisklufindage Modellens frisklufindag kan reguleres med e inpu, som syre spjældes vinkel. De re spjæld er indbyrdes mekanisk forbundne og vil derfor alid have åbningsvinkel, der kompensere for de o andre spjæld Sensor i procesmodellen Temperaursensor Til regisrering af emperauren, er der på procesmodellen indsa en række sensorer, som giver e billede af emperaurforandringerne undervejs i modellen. Procesmodellens sensor er monere på følgende seder: T2 Temperaursensor: er placere i den ene halvdel af overeagen. T3 Temperaursensor: er placere i den anden halvdel af overeagen. T4 Temperaursensor: er placere i emperaurzone (undereage). T5 Temperaursensor: er placere i undereagen (udenfor emperaurzonen). Måling af lysinensie Procesmodellen indeholder også en mulighed for, a måle lysinensieen i klimarumme, hvilke dog ikke vil blive benye, da krave il lysinensieen ligger i miniaurevækshuse. Lysinensieen vil her blive regisrere ved hjælp af en LDR-modsand. 2.3 Vækshusmodel Den samlede vækshusmodel udgøres, som før nævn, af miniaurevækshuse og den ilkoblede procesmodel. For a sikre, a procesmodellen kan fæsnes sabil er de o dele placere på e mealsaiv med hjul. Dee bevirker også, a vækshusmodellen bliver mobil, hvilke gør de mulig a afprøve modellen under forskellige forhold, f.eks. udendørs og indendørs er mulig. Der er nu beskreve, hvordan vækshusmodellen er opbygge og hvilke funkioner der vil blive benye på modellen. I de følgende kapiel vil hardwaren il klimacompueren blive beskreve. 2.4 Delkonklusion Gruppen har på universiees værksed designe og opbygge e miniaurevækshus, hvoril der er ilslue en procesmodel med mulighed for forskellige former for in- og oupu il miniaurevækshuse. Procesmodellen, der er anvend, er en af Aalborg Universie Es- Side 23

25 bjergs undervisningsmodeller, der er bleve modificere for a ilpasse dens insallaioner i form af venilaions rørsysem, ledere il sensorer mm. Der er brug mange resurser på a konsruerer modellen, for a kunne illusrere og eferprøve klimacompueren under så gunsige forhold som mulig. De specielle ved miniaurevækshuse er, a de er bygge i o eager med e ransporbånd, der både køre gennem over- og undereagen. Dee er gjor for a kunne illusrere idéen med variabel døgnlængde. Endvidere er der i undereagen lave en emperaurzone, med henblik på a kunne lave e emperaurdrop, uden a skulle ændre emperauren i hele vækshuse. I sede kan der holdes en konsan emperaur i zonen, hvorved emperaurdroppe sker for de kulurer, der køre gennem zonen på ransporbånde. Denne model er nu basis for udvikling af en hardware, der kan få de enkele enheder i miniaurevækshuse il a fungere sammen. Side 24

26 3 Hardware De følgende kapiel omhandler opbygning af hardwaren bag klimacompueren. Der indledes med en gennemgang af en overordne konfiguraion, af den anvende Single Board Compuer (SBC), med sørse væg lag på Conroller Area Nework (CAN) inerface. SBC erne er opbygge på wrap-boards hel fra grunden, men efer samme minimumskonfiguraion som SBC en fra P4-projeke Digialsyre Laserlysshow (iii). Opbygningen sker med komponener og boards, som før har være anvend il andre projeker. Dee medfører en vis fejlrisiko pga. slid og defek hardware. For mere dealjere beskrivelse af SBC ens inerne hardwareenheder, bus-imingen og de anvende kredses virkemåde henvises il P4-projeke (iii). 3. Minimumskonfiguraion Der opbygges og anvendes o SBC er, som er indbyrdes forbunde via e CAN. De o SBC er danner ilsammen e neværk, og giver desuden mulighed for a realidsafvikle konkurrerende processer. SBC ernes minimumskonfiguraion er ens og deres skemaiske opbygning ses på Figur 2. For a opimere SBC ernes drifsikkerhed er SBC erne forsyne med op il re yper kondensaorer som afkobling mellem ground og forsyningen, både på de enkele IC er og på selve forsyningen. PEEL CSCAN CSEPROM CSRAM Processor ad8-5 ST232 RXD TXD ad0-7 Lach RAM EPROM CAN ALE Figur 2: Overordne konfiguraion af SBC er. Den anvende EPROM en er af ypen AM27C256 og RAM-kredsen er af ypen CY7C99-5PC. Begge de o komponener har en kapacie på 256KB. Da der under esforsøg har vis sig, a være fejl på RAM-kredsene eller forbindelserne heril, har de være nødvendig ekskludere de dele af RAM en, der indehold fejl. Denne fejlfinding blev foreage ved hjælp af e program, der blev loade over i RAM en. Program indeholder HEX koder for mellemrum i e anal, der svarer il pladsen i RAM en. Herefer blev indholde af RAM en udskreve il skærmen. Hvis RAM en var fejlfri ville skærmen ikke indeholde nogle egn, men hvis der kommer egn på skærmen ville den indeholde fejl. Ved a ælle analle af mellemrum, kan den specifikke fejladresse i RAM en Side 25

27 besemmes. Herefer kan defeke adresser blokeres ved, a forælle sofwaren, hvor RAM en ikke må benyes. Mellem processoren og EPROM en er indfør en lach il a muliplekse mellem adresseog daabus. Dee syres af processorens ALE signal. Der har i forbindelse med es af boards være udfør sore ansrengelser for, a signalerne ransmieres så søjfri som mulig. Dee har give sig udryk i e omfaende arbejde med omwrapninger, ide de formodes, a sjernewrapninger 4 både for signal-, bus-, forsyningog groundforbindelserne, ville kunne afhjælpe probleme. Eksra ledere il forsyning og groundforbindelser er endvidere forsøg, for a afhjælpe fejl på de nedslide hardware. PEEL-kredsen, der anvendes il chip udvælgelse, vil blive beskreve senere i kapile. 3.. Adressering 80C96KB mikroprocessoren, der anvendes på SBC erne, har mulighed for a operere med op il 6 bis adressering og 8 bis daa. Af daablade for processoren fremgår, a adresserne under adresse 0x2080 er reserverede af processoren, mens alle de øvrige adresser kan benyes il enen programafvikling eller daalagring. Derfor kan adresserumme 0x2080-0xFFFF bruges på adressering af de ekserne enheder. Således skal SBC erne hver for sig udpege 3 forskellige ekserne kredse: EPROM, RAM og CAN. Til dee formål anvendes en PEEL-kreds il adressedekodningen. Adresserumme for hver af de o SBC er er opdel, som de fremgår af Tabel 2: Kreds Saradresse [Hex] Saradresse [Dec] Sluadresse [Hex] Sluadresse [Dec] Processor F 0839 ERPOM FFF RAM FEFF CAN FF FFFF Tabel 2: Opdeling af adresserum Programmable Elecrically Erasable Logic Programmable Elecrically Erasable Logic (PEEL) er en kreds, der kan programmeres il a udføre logiske funkioner. I forbindelse med projeke anvendes PEEL-kredsen il adressedekodning, med henblik på a udpege adresseområde, il henholdsvis RAM, EPROM og CAN-konrolleren. Den anvende kreds er af ypen PEEL22CV0AP og besår af AND/OR logik-arrays, sam 0 makroceller. Yderligere beskrivelse af PEEL-kredsen se appendisk 9. I forbindelsen programmeringen af PEEL-kredsen anvendes negere udgangslogik (acivelow) for a selekeringen af EPROM, RAM og CAN bliver udfør korrek. De logiske funkioner, som anvendes i projeke, er udryk ved boole ske ligninger, der repræsenerer udvælgelsen af de re kredse. Ligningerne il adressedekodning af PEELkredsen fremgår af Tabel 3: 4 Alle ledere udgår fra samme punk. Side 26

28 Kreds Boolske ligning [/ - angiver negere udgang] EPROM = /a5 RAM = /(/a5+(a5&a4&a3&a2&a&a0&a9&a8)) CAN = a5&a4&a3&a2&a&a0&a9&a8 Tabel 3: Ligninger for udvælgelse af EPROM, RAM og CAN. Programme il programmering af PEEL-kredsen findes ligeledes i appendiks Inerface Da klimacompueren, som besår af o SBC er, der skal samarbejde og samidig skal kunne kommunikere med en PC, konsrueres e seriel inerface, der kan håndere denne kommunikaion. Kommunikaionen mellem SBC erne skal foregå over en CAN-bus og mellem klimacompuer og PC skal kommunikaionen foregå over en RS232-forbindelse. Eferfølgende vil de o forbindelser blive beskreve Conroller Area Nework I forbindelse med dee projek anvendes der 2 SBC er. Ved opbygningen af e compuersysem med dee udseende opsår der en nødvendighed for kommunikaion mellem de 2 enheder. For a denne opbygning har udvidelsesmuligheder, skal kommunikaionen også kunne udvides. Neværke mellem de o SBC er skal derfor kunne udvides il a omfae flere compuere. På denne baggrund er de valg, a anvende e seriel bussysem, ide der her kan ilføjes nye compuerenheder med minimale eller ingen ændringer af den eksiserende sof- og hardware. Til dee formål anvendes e Conroller Area Nework (CAN) il ransmission af daa mellem de sammenkoblede enheder. Samidig har e CAN den sore fordel, a de er i sand il a udføre seriel daakommunikaion il brug i real-ime sysemer. Samidig med, a e CAN kan arbejde i real-ime sysemer, kan de operere med op il Mbi/s og har fejldeekering sam filrering. Siden CAN e blev udvikle i begyndelsen af 80 erne har den vis sin sabilie og har derfor fåe sor udbredelse. Bussen CAN- bussen er opbygge efer CSMA/CR (Carrier Sense, Muliple Acces wih Collision Resoluion) prookollen, der dækker over en mulimaserarkiekur, der via en seriel bus sender priorierede pakker. Den serielle bus benyer idsdel mulipleksing. Prookollen hånderer pakkerne efer deres priorie, så pakker med høj priorie sendes uforsyrre. Virkemåde CAN e har en anderledes måde a arbejde på, ide alle daapakker forsynes med en idenifikaion (ID), som kun én af modagerne vil kendes ved. Denne idenifikaion angiver endvidere meddelelsen om, hvilken priorie daapakken er forsyne med. Dee vil i perioder med sor belasning af den serielle kommunikaion i eorien kunne medføre, a en daapakke med lav priorie, aldrig eller mege sen ville kunne nå frem, dee kan dog undgås, hvis priorieringssofwaren illader, a de lavese priorieer over id bliver forhøje. Side 27

29 En anden sor fordel ved denne priorieringsmeode er, a selv hvor sore mængder daa vener på a blive ransmiere, vil en daapakke med høj priorie kunne komme udenom køen og dermed nå, a udføre sin opgave reidig. På Figur 3 er vis, hvordan saion 2 sender en meddelelse, som alle saioner modager. Når en saion modager en meddelelse korrek, vil den udføre en accepes, for a afgøre om pågældende meddelelse har relevans for saionen. På grund af denne filrering, er de kun saion og 4, der acceperer meddelelsen. CAN Saion CAN Saion 2 CAN Saion 3 CAN Saion 4 Accep Prepare Accep Selec Send Message Selec Selec Receive Massage Receive Massage Receive Massage CAN bus Figur 3: Virkemåde for e CAN. Hardwareimplemenering af CAN Hver af SBC erne forsynes med en seriel kommunikaionskonroller af ypen AN82527(CAN) fra Inel. Konrolleren gør de mulig vha. ranceiveren 82C250, som er fra Philips, a udføre serielkommunikaion mellem SBC erne, efer CAN-prookollen. CAN-konrolleren har e indbygge CPU inerface, der er mege fleksibel. Kredsen kan derfor anvendes sammen med mange forskellige mikroprocessorer. Inerface kan køre i 4 forskellige modes (0 3). Nedenfor ses hvilke modes, der kan vælges. Mode 0: Mode : Mode 2: Mode 3: Der benyes en 8 bi Inel muliplekse adresse/daabus. Der benyes en 6 bi Inel muliplekse adresse/daabus. Der benyes en 8 bi ikke-inel muliplekse adresse/daabus. Der benyes en 8 bi ikke-muliplekse asynkron adresse/daabus. I projeke er der valg a anvende en processor fra Inel, som benyer en 8 bi muliplekse adresse/daabus. Dee beyder, a Mode 0 skal anvendes og derfor forbindes Mode 0 og Mode il ground (se Figur 4). Side 28

30 Figur 4: Forbindelse mellem mikroprocessor, Can-konroller og CAN-ranciever i Mode 0. Sofware- implemenering af CAN Når konrolleren pårykkes gyldig V CC på 5V skal RESET# -bene rækkes il nul i ms, hvilke sikrer sabil oscillaion. Sofwareiniialiseringen sares ved a sæe Ini i konrolregisre. Mens Ini er sa soppes alle beskeder send il eller fra konrolleren. Når Ini resees er iniialiseringen fuldfør og konrolleren sørger selv for a synkronisere med CAN-bussen. Dee sker ved, a den afvener consecuive recessive bis, før den ager del i busakivieen. Sofwareiniialiseringen foregår efer nedensående Tabel 4 Efer denne abel skrives implemeneres iniialiseringen i C-koden, der findes i appendiks 5. Side 29

31 Regiser ype Opbygningen af regisre Kommando Conrol Regiser EIE SIE IE Ini CCE enable, Ini enable Hexkode 4H Saus Regiser CPU Inerface Regiser CLKOu Regiser BusConfiguraion Regiser BiTiming Regiser rw rw r r rw rw rw rw BOff Warn Wake RX LEC2 LEC LEC0 OK OK r r r rw rw rw rw rw RsS DSC DMC PwD Sleep MUX 0 CEn T r rw rw rw rw rw rw Rw SL SL0 CD V r r rw rw rw CoBy Pol 0 DcT 0 DcR DcR0 rw rw rw rw rw rw rw rw SJW BRP rw rw BiTiming Regiser Spl TSEG2 TSEG rw rw rw Conrol Regiser CCE 0 0 EIE SIE IE Inu rw rw r r rw rw rw rw MessageConrol Base Adress + 0 Regiser MsgVal TXIE RXIE InPnd rw rw rw rw MessageConrol Regiser Base Adress + RmPnd TxRqs MsgLs CPUUpd NewDa rw rw rw rw GlobalMaskSTD ID28 ID27 ID26 ID25 ID24 ID23 ID22 ID2 Regiser rw rw rw rw rw rw rw rw GlobalMaskSTD ID20 ID9 ID8 Reserved Regiser rw rw rw Conrol Regiser EIE SIE IE Ini Rese CLKOu enable CLK=8 Passby inpu comparaor, RX disconnec Seing baud prescaller sample per biime, T seg =6, T seg2 =7 CCE disable Rese Rese Se all idenifi-caion bi Se all idenificaion bi Ini disable 0H 00H 37H 42H 4H 67H 0H 55H 55H FFH FFH 00H rw rw r r rw rw rw rw Tabel 4: Oversig over de forskellige yper regisre, deres iniialisering og kommando. Herefer er Inel klar il a delage i handlinger på CAN bussen, dog skal messageobjekerne iniialiseres førs, så handlingerne kan forekomme. På Tabel 5 ses opbygningen af message-objekerne. Conrol 0 Conrol Arbiraion 0 Arbiraion Arbiraion 2 Arbiraion 3 Mess.Config. Daa 0 Daa Daa 2 Daa 3 Daa 4 Daa 5 Daa 6 Daa Tabel 5: Basisadresser (f. eks. er Daa 0 basisadressen +7) Side 30

32 Conrol 0 angiver om meddelelsen er endegyldig. Dvs. om den må delage i handlingerne. Conrol angiver, om meddelelsen skal sendes. Regisrene Arbiraion 0-3 angiver idenieen af meddelelsen. Message Configuraion angiver, om meddelelsen skal sendes eller modages, sam hvor mange af de 8 byes, der skal sendes/modages. Iniialiseringen af e message-objek, il modagelse af daa, foregår ved hjælp af nedensående procedure, der kaldes med en parameer, der angiver message s (meddelelsens) idenifikaion. De er samidig en anvisning af, i hvilke message-objek meddelelsen skal ligge. C-koden er som følgende: void RXIni(char MessageID) { a = MessageID*0x0; Conrol0 = (unsigned char*)baseadr + a; *Conrol0 = 0x95; Conrol = (unsigned char*)baseadr + a+; *Conrol = 0x55; Arbiraion0 = (unsigned char*)baseadr + a+2; *Arbiraion0 = MessageID; Arbiraion = (unsigned char*)baseadr + a+3; *Arbiraion = 0x00; Arbiraion2 = (unsigned char*)baseadr + a+4; *Arbiraion2 = 0x00; Arbiraion3 = (unsigned char*)baseadr + a+5; *Arbiraion3 = 0x00; MessageCon = (unsigned char*)baseadr + a+6 ; *MessageCon = 0x80; } Når iniialiseringen af e message-objek skal gøres klar il afsendelse, foregår de ligeledes ved en procedure. Denne procedure kaldes med re paramere: Meddelelsen Idenifikaion Buffernummer Idenifikaionen angiver hvilke message-objek, der anvendes. Buffernummere angiver, hvor i meddelelsesobjekes daaområde meddelelsen skal anbringes. Proceduren nedenfor bruges il daa af ypen char. Yderligere er der lave en ilsvarende procedure, når daa af ypen in skal gøres klar il afsendelse. void LoadCANChar(char Message, char MessageID, char BufNO) { unsigned char a; a = MessageID*0x0; Conrol0 = (unsigned char*)baseadr + a; *Conrol0 = 0x65; Conrol = (unsigned char*)baseadr + a+; *Conrol = 0x69; Arbiraion0 = (unsigned char*)baseadr + a+2; *Arbiraion0 = MessageID; Arbiraion = (unsigned char*)baseadr + a+3; *Arbiraion = 0x00; Arbiraion2 = (unsigned char*)baseadr + a+4; *Arbiraion2 = 0x00; Arbiraion3 = (unsigned char*)baseadr + a+5; Side 3

33 *Arbiraion3 = 0x00; MessageCon = (unsigned char*)baseadr + a+6; *MessageCon = 0x88; MessageAdr = (unsigned char*)baseadr + a+7+bufno; *MessageAdr = Message; } Selve afsendelsen af e message-objek foregår i den næse procedure, der gør meddelelsen gyldig og sæer TX Rqs (Transmission Reques) høj. Efer dee vil CAN en sende message-objeke. Proceduren ser således ud: void SendMessage(char MessageID) { char a; a = MessageID*0x0; Conrol0 = (unsigned char*)baseadr + a; *Conrol0 = 0xBF; Conrol = (unsigned char*)baseadr + a+; *Conrol = 0xF6; } Læsningen af daa fra CAN ens buffer foregår vha. en funkion. Førs sæes messageobjek il a være ugyldig (invalid), så reurnerer funkionen daa fra de angivne bufferområde. Når daa skal læses fra CAN en, skal de læses o gange, da den inerne iming ikke er i sand il a levere daa med den hasighed, som værsmikroprocessoren arbejder med. Følgende funkion er designe for læsningen af daa af ypen char. char ReadCANchar(char MessageID,char BufNO) { unsigned char Message,a; a = MessageID*0x0; Conrol0 = (unsigned char*)baseadr + a; *Conrol0 = 0xBF; Conrol = (unsigned char*)baseadr + a+; *Conrol = 0xFD; daa = (unsigned char*)baseadr + a + BufNO + 6; Message = *daa; daa = (unsigned char*)0xff04; Message = *daa; reurn(message); } På samme måde foregår læsningen af daa af ypen in. Koden findes i appendiks XXX..2.2 RS232 For a klimacompueren kan kommunikere med en PC, forsynes den ene SBC med en linedriver af ypen ST232. Dee muliggør kommunikaion gennem COM-poren på PC en og den serielle por på processoren, efer RS232-sandaren. RS232-forbindelsen bliver iniialisere med følgende programkode, som findes i Csarup.s32: LDB SP_CON,#000000B; //vælger modager og mode LDB BAUD_RATE,#0000B; //sæer hasighed il 9600kbi/s LDB BAUD_RATE,# B; // vælger XTAL Side 32

34 Værdien, som loades ind i SP_CON sæer modageren og vælger mode, hvilke er 8 bi asynkron seriel kommunikaion. Hvis der il gengæld læses fra denne adresse, udlæses værdien af SP_STAT, som giver informaioner vedrørende kommunikaionen. Overførselshasighed på 9600 kbi/s sæes i baudrae regisre, hvor der ligeledes vælges hvilken clock, der skal anvendes som reference for forbindelsen. (iii) 3.3 Fordeling il processorer For a give overblik over hvordan alle I/O enheder skal fordeles på de o SBC er, opsilles en figur over de samlede sysem (se Figur 5). Der findes på processoren 6 HSO-udgange (0-5), men da der er valg a bruge PWM som oupusignal kan der kun anvendes 4 HSO-udgange (0-3). Der er brug for a bearbejde 4 emperaurinpu, og derfor valg a samle disse på én SBC. De øvrige inpu sendes il den anden SBC. Som de fremgår af Figur 3 er denne fordeling af in- og oupu ikke opdel så é emperaurinpu giver é emperauroupu. Dee skyldes bl.a., a der udføres en gennemsnisberegning for emperauren og en signalværdi for moorens hasighed, der ikke har ilbagekobling. Inpu T2 T3 T4 A/D-konverer SBC T5 CAN PWM HSO HSO PWM Lys Inpu Fug A/D-konverer SBC2 HSO HSO Flow HSO Spjæld RS232 RS232 Array T2 T3 T4 T5 Lys Fug Flow Spjæld Sepunker RS232 RS232 PC Venilaor Spjæld Dypkoger Pære Varmeråd Varmelegeme Moor Oupu Oupu Figur 5: De samlede sysem. Til alle oupus på SBC er er der opbygge driverrin for a undgå en overbelasning af processoren. Disse driverrin behandles nærmere i afsni Inerrup For a få mikroprocessoren il a udføre nogle af de opgaver vi skal have den il, er de nødvendig a køre nogle inerrupruiner. I projeke vil inerrups blive brug i forbindelse med alle reguleringer (sofwareimer inerrup). For en dealiere beskriverse af inerrup enheden på 80C96KB, henvises der il den vedlage på cd en P4 rappor. Sofwareimerinerrup ruinen iniialiseres på følgende måde. void STini(double Ts) { INT_MASK = INT_MASK 0x20; Side 33

35 STperiod = (unsigned in) (Ts* ); STnex = 0; HSO_COMMAND = 0x8; HSO_TIME = STnex; } inerrup [0x0A] void STinr(void) { STnex += STperiod; HSO_COMMAND = 0x8; HSO_TIME = STnex; } STini proceduren bliver kald med variablen Ts. Herefer maskes inerrupe gennem INT_MASK og der udregnes hvor mege TIMER skal ælle il mellem hver sampling. Til sids sæes HSO_COMMAND således, a der genereres inerrupe il iden Snex. I inerrup proceduren beregnes en id for, hvornår den næse inerrup skal udføres. Derefer skal nye ider lægges ind i CAM regisre. Koden findes i appendiks A/D konverer il inpu De analoge inpus il Inel 80C96KB mikroprocessoren hånderes af en 0-bi analog il digial konverer (ADC), der muliplekser mellem 8 analoge indgange. Konvereringen udføres på én analog inpu ad gangen, indenfor 9 sae imes (22,75 µs), ved de anvende 8 MHz. Konvereringen foregår vha. e successiv approksimaionsprincip, hvor resulae er raioen, som er inpuspændingen V in dividere med den analoge forsyningsspænding V s : Vin resulae = Vs Diagramme over A/D konvereren er vis på nedensående Figur 6. Vref Analoge inpu 8 il analog muliplexer Sampler og fasholder Forløbende approximaion A/D converer Logisk konrol _0 2_3_4_5_6_7 0 2_3 6_7 A/D_resula_HIGH A/D_resula_LOW GRD sar ovreførsel 0 2_3 A/D kommando GO HSO kommando Figur 6: Opbygning af de inerne A/C konvererkredsløb i processoren. Side 34

36 For a påbegynde konvereringen, indlæses indgangens nummer i AD_COMMAND regisere i adressen 02H. Konvereringen sares lige efer GO- bi sæes høj. Der skal skrives il AD_COMMAND for hver enkel konverering. Formae for AD_COMMAND regisre er vis på nedensående Figur 7. Figur 7: Formae for AD_COMMAND regisre Resulae indlæses i AD_RESULT (High) og AD_RESULT (Low). AD_RESULT (High) indeholder de 8 mes beydende bi fra konvereringen, mens AD_RESULT (Low) indeholder de 2 minds beydende bi, sam A/D indgangsnummere og A/D saus. Da der i projeke anvender en 8 bis opløsning på alle inpus, skal resulaerne kun udlæses fra AD_RESULT (High). I projeke anvendes A/D konvereren i forbindelse med konvereringen af analoge inpu fra sensorerne il emperaur, lys, flow, fug og spjæld. Således skal A/D konvereren håndere 8 analoge inpusignaler fra: 4 emperaursensorer. lyssensor. flowsensor. fugsensor. spjældsensor. Iniialiseringen af A/D konvereren foregår på følgende måde: unsigned in adc(in nr) { unsigned char saus; unsigned in adc_ou; AD_COMMAND = 0x08 + nr; do { saus = AD_RESULT_LO; } while ((saus & 0x8) == 0x8); adc_ou = (AD_RESULT_HI); reurn (adc_ou); } AD_COMMAND får ildel 0x08 + no, som sæer GO-bie høj og vælger kanalen. I "do" løkken bliver der ikke reurnere nogen værdi før konvereringen er udfør. Dernæs kommer konvereringsresulae over i adcval. Kildekoden for A/D konverering findes i appendiks 5. Side 35

37 3.3.3 PWM il oupu PWM (Pulse Widh Modulaion) udgangen kan bruges il D/A-konverering eller som inpu il e moorsyringskredsløb. Udgangen bruges il begge dele, da den skal generere PWM-signale il følgende oupus: Moor Elpære Pulsbreddemodulaionen dækker over, a man kan lade e digial signal være skifevis høj og lav periodisk, hvor middelværdien er en konsan (analog) spænding. Således genereres der e analog signal ud af e digial signal. E blokdiagram over PWM kredsløbe kan ses på Figur 8. Figur 8: Blokdiagram over PWM-udgange. Kredsløbe besår af e 8 bis (256 muligheder) PWM regiser, en komparaor, en lach og en æller. Regiserværdien bliver send il komparaoren, hvor den bliver sammenligne med ællerværdien. Tælleren bliver al en op for hver sae ime. Når ællerens værdi er 0, går PWM udgangen høj. Når ællerens værdi er lig med den værdi, der er i regisere, går udgangen lav. Når ælleren passer 0 går udgangen igen høj. Ved a ændre værdien i regisere, kan man ændre duy cycle en på oupue. Nogle forskellige oupus kan ses på Figur 9. Side 36

38 Figur 9: Oversig over forskellige PWM-udgangssignaler PWM kredsløbe kan iniialiseres il a kører med enen 5,6 KHz eller 7,8 KHz, ved en clock frekvens på 8MHz. Da der ønskes en 8 bis opløsning (256 seps) på PWM- udgangen, vælges frekvensen il 5,6 khz: T f PWM PWM = 256sep saeime = 256sep 250ns = 64µ s = T PWM = = 5.6kHz 64µ s Frekvensen besemmes ved a sæe IOC2.2 il eller 0 for hhv. 7,8KHz og 5,6KHz. Ligeledes skal man sæe IOC.0 il for a få PWM signale ud på pin 39 på processoren. For a PWM-udgangen kan bruges i forbindelse med elpæren og mooren skal signale lavpasfilreres. For a opfylde disse krav, er der opbygge e driverkredsløb, som er beskreve i afsni Genereringen af PWM-signale foregår sofwaremæssig således, a der i programme skives direke ud il PWM_CONTROL regisre HSO il oupu HSO (High Speed Oupu) anvendes il a generere e PWM signal il følgende oupus: Varmelegeme Varmeråd Spjæld Dypkoger Venilaor Generel genereres e oupu fra HSO ved a skrive kommandoer il HSO_COMMAND regisre, og den relaive id il hvilken oupue skal genereres, i HSO_TIME regisre. Formae af HSO_COMMAND regisre kan ses på Figur 20 Side 37

39 Figur 20: Formae af HSO_COMMAND regisre HSO syseme er opbygge som vis på Figur 2. Figur 2: Opbygning af HSO syseme. HSO_COMMAND og HSO_TIME bliver loade ind i CAM regisre parvis. Tiderne i CAM regisre bliver sammenligne med TIMER (eller TIMER2) værdien, og når de o ider bliver ens, vil syseme udføre den i HSO_COMMAND angivne kommando. Som idligere nævn anvendes HSO i forbindelse med generering af e PWM-signal. Til dee bruges TIMER2 (EVENT COUNTER) som idsreference. Clocking af TIMER2 foregår eksern (T2CLK) med e 250 khz signal som maksimum. Timeren resæes i HSO_COMMAND kanal E. I projeke er der valg en 8 bis opløsning for HSO, så den macher PWM udgangens opløsning. Periodeiden følger TIMER2, som opdaeres hver oende saeime. Dee giver, a é sep er: Side 38

40 sep = 8 250ns = 2µ s Dermed kan vi finde periodeiden for de genererede signal T PWM(HSO) sam des frekvens F PWM(HSO). T PWM( HSO) F PWM( HSO) = 2µ s 256sep 0.5ms = = 2000Hz 0.5ms I forbindelse med projeke skal der bruges 5 HSO-udgange il de forskellige oupus. Da de ikke er mulig for udgangene direke a række disse, opbygges der er driverkredsløb. (se afsni 3.3.5). Koden il genereringen af PWM-signalerne vha. HSO kan illusreres som følgende: (iv) void pwm_hso(in HSO_0low, in HSO_low, in HSO_2low) { unsigned in pwm_period, hso_0low, hso_low, hso_2low; if(hso_0low >= 0) hso_0low = HSO_0low; else if (HSO_low >= 0) hso_low = HSO_low; else if (HSO_2low >= 0) hso_2low = HSO_2low; IOC0 = 0x0; pwm_period = 256; IOC2 = 0xC0; HSO_COMMAND = 0x8; HSO_TIME = STnex; HSO_COMMAND = 0xCE; HSO_TIME = pwm_period; HSO_COMMAND = 0xE0; HSO_TIME = pwm_period; HSO_COMMAND = 0xE; HSO_TIME = pwm_period; HSO_COMMAND = 0xE2; HSO_TIME = pwm_period; HSO_COMMAND = 0xC0; HSO_TIME = hso_0low; HSO_COMMAND = 0xC; HSO_TIME = hso_low; HSO_COMMAND = 0xC2; HSO_TIME = hso_2low; } PWM-signalerne genereres ved a læse kommandoer i ovensående procedure med ilhørende ider ind i CAM regisere. For a opnå e periodisk signal, skal CAM-regisere flushes, når der skrives nye værdier i de. Alle kommandoer har TIMER2 som reference. Kildekoden findes om i appendiks 5. Side 39

41 3.3.5 Driver il procesmodel Udgangssignalerne fra PWM- og HSO-udgangen besår af e firkansignal, hvor duy cycle en er udryk for den analoge værdi, som kan opdeles i 256 sep af V PWMmax = 5V. For a få e analog signal skal firkansignale laves om il en analog DC-spænding. Dee foregår ved, a PWM-signalerne lavpasfilreres, men filrene skal have forskellige idskonsaner ide PWM-frekvenserne ikke er ens. Figur 22 viser de akive lavpasfiler. R2 R4 C R LM U3A 4 V+ V- OUT R3 0 LM U4A 4 V+ V- OUT Figur 22: OPAMP kobling med akiv lavpasfiler. PWM-signalerne genereres af processorens PWM-udgang og en HSO-udgang, som kører med en PWM-frekvens på henholdsvis 5,6kHz og 2kHz. Tidskonsanerne besemmes indledningsvis, således a syseme opfører sig så analog som mulig. Hvis idskonsanen RC i lavpasfilre er al for lille, kan der opså rippel på udgangen. Hvis den derimod er al for høj, vil syseme blive for langsom il a reagere på pludselige ændringer. Der vælges idskonsaner, der er væsenlig sørre end periodeiden på PWM-signalerne. Periodeiden er beregne il 64µs og 0,5ms for henholdsvis PWM- og HSO-udgangen. Komponener der er valg il lavpasfilreringen, giver idskonsaner på 47ms og ms for henholdsvis PWM- og HSO udgangen. Kondensaoren C har værdierne på 47nF og 00nF for hhv. PWM og HSO, sam alle modsande er valg il 0kO. For a se alle beregninger henvises der il appendiks 0. Til mooren er der i øvrig lave en darlingon kobling, der illader mooren a række sin spidsbelasning il 50 ma Delkonklusion Gruppen har i laboraorie opbygge de SBC boards, der er brug il projeke, ved a wrappe komponensoklerne op på wrapboard, udlevere af Aalborg Universie Esbjerg (AAUE). Gruppen har på idligere semeser (P4), opbygge en SBC, og eknikkerne og eorierne bag konsrukion/opbygning af en SBC er derfor ikke ukend. Trods kendskab både il wrapeknikken, sam den eoreiske opbygning af e daamasysem, har gruppen haf omfaende problemer med de opbyggede SBC er. De har være behæfe med periodiske sam uforklarlige fejl af forskellig ar. Dee har dels bevirke a gruppen bland ande har brug kosbar id på omfaende fejlfinding og endog opbygning af nye SBC er. 5 Der henvises il daablade for mooren, der findes på den vedlage CD. Side 40