Automatisk Vandingssystem

Transkript

1 Rettelser Note: glossary til karprint Note: Der skal laves software diagrammer til system arkitektur - applikationsmodel sekvens diagrammer state machines osv Note: Forsyningsspændinger skal have tolerancer Fatal: der skal indsættes resten af teknologi undersøgelserne Note: AVS glossary Note: tilføjes til literatur liste Note: tilføjes til literatur liste Note: tilføjes til litteratur liste Note: Siden med KarShield-diagram skal være A Note: Siden med OeShield-diagram skal være A Fatal: Alle accepttest skal rettes der er ingen af dem der passer Note: glossary for blå Note: glossary for blå Note: glossary for blå Note: glossery til blå Note: glossery til hvid Note: glossery til hvid Note: glossery til blå af 98

2 Automatisk Vandingssystem Projektdokumentation Aarhus Universitet Gruppe 6-3. Semester - F15 vejleder: Michael Alrøe dato: Lærke Isabella Nørregård Hansen IKT Kasper Sejer Kristensen IKT Kalle Rønlev Møller IKT Jakob Alexander Szalontai Kristensen IKT Kenn Hedegaard Eskildsen E Karsten Schou Nielsen E Thomas Vase EP

3 Indhold 1 Kravspecifikation Aktører Bruger Tekniker Use Cases Ikke fully dressed use cases Ikke Funktionelle Krav Interface System Arkitektur System diagrammer System Domænemodel System BDD CentralControl GUI FlexPMS Database KarControl Sensor Ø RSConverter System Allokeringsdiagram CentralControl diagrammer CentralControl IBD Signalbeskrivelser CentralControl KarControl diagrammer KarControl BDD KarGruppe Indløbsventil Afløbsventil ph-sensor Vandpumpe Flowmåler PSU KarControl IBD RSIn RSOut KarControlForsyning IBD Signalbeskrivelser KarControl Sensor Ø diagrammer Sensor Ø BDD Doseringsventil Fieldsensor Sensor Ø IBD Signalbeskrivelser Sensor Ø Fieldsensor diagrammer Fieldsensor BDD af 98

4 2.5.2 Signalbeskrivelser Fieldsenser Jordfugt sensor diagrammer Jordfugt sensor BDD Jordfugt sensor IBD Signalbeskrivelser Jordfugtighedssensor ph-sensor diagrammer ph-sensor BDD ph-sensor IBD Signal beskrivelser Ventilstyring diagrammer Ventilstyring BDD Ventilstyring IBD Signal beskrivelser Vandpumpestyring diagrammer Vandpumpestyring BDD Vandpumpestyring IBD Signal beskrivelser Teknologiundersøgelser RS Ventiler Doseringspumpe Flowsensor Overordnede Sekvensdiagrammer Klasseidentifikation Klassediagram for use case 7 - Aflæs data Klassediagram for use case 8 - Manuel vanding Klassediagram for use case 5 og 6 - Indtast data Klassediagram for use case 2 og 10 - Kar manipulation Grænsefladebeksrivelser Ventilstyring Grænsefladebeskrivelse Doseringspumpe Grænsefladebeskrivelse Flowsensor Grænsefladebeskrivelse PSU (Power Supply Unit) Grænsefladebeskrivelse Softwarearkitektur Design og implementering af database og GUI GUI Database Kar SensorOe KarSensorData OeSensorData FlexPMS kar Sensor Ø Hardware Arkitektur RSConverter Analyse Realisering Ventilstyring MOSFET-styringskreds Design af styringskredsløb MOSFET-transistoren Ground-modstanden Flyback-diode Vandpumpe MOSFET-styringskreds af 98

5 Design af styringskredsløb MOSFET-transistoren Ground-modstanden Flyback-diode Flowsensor Counter-kredsløb Design af jordfugt sensoren Kapacitiv måling Resistiv måling Test og opbygning Præcision og afvigelse Fremtidigt arbejde Design af ph-proben Støj Måling af støj Responstid Probens præcision Fremtidigt arbejde Shields Kar-shield Oprettelse af egne komponenter Ø-shield PiShield Printlayout PSU Analyse Realisering Transformertest Fremtidigt arbejde Accepttest Test setup Accepttests Ordliste 97 3 af 98

6 Kravspecifikation Revision Ændret af Version Dato Alle Alle Tabel 1.1: Revision for Kravspecifikation 1.1 Aktører I dette afsnit beskrives aktører og deres rolle i systemet. I figur 1.1 ses aktørdiagram, som beskriver alle aktører og deres forhold til systemet Figur 1.1: AVS Aktører 4 af 98

7 1.1.1 Bruger Aktørnavn type: Beskrivelse: Bruger Primær Bruger er ham, som til dagligt tilgår systemet. Han ved hvor meget gødning og fugtighed planterne skal have, og angiver disse værdier i brugergrænsefladen. Det er brugeren som løbende ændrer værdierne, så systemet hele tiden er opdateret med værdier der passer til planternes vækststadier Tekniker Aktørnavn type: Beskrivelse: Tekniker Primær Tekniker er en specielt uddannet person. Han har den nødvendige viden om systemet til at kunne installere systemet fra opstart, opsætte nye vandkar mv. En Bruger kan også være tekniker. 5 af 98

8 1.2 Use Cases I dette afsnit ses de forskellige Use cases. På billede 1.2 ses et Use case-diagram, som viser en simpel repræsentation af Bruger og Teknikers interaktion med systemet og en afbildning af de forskellig Use cases. Figur 1.2: AVS Use case diagram 6 af 98

9 Use case 1 I denne use case kalibreres ph-proben, som er tilsluttet et kar. Dette skal gøres når systemet startes op. Use Case 1 Mål: Initieret af: Aktører: Kalibrer ph-probe At kalibrere en ph-probe Tekniker Primær: Tekniker Samtidige forekomster: 1 Prækondition: Postkondition: En rød LED lyser på karprintet og Teknikeren er i besiddelse af en buffer-væske med ph-værdi på 7 ph-proben er kalibreret og en grøn LED lyser på karprintet 1 tilhørende ph-proben Hovedscenarie: 1. Tekniker sætter ph-proben ned i buffer-væsken 2. Tekniker venter i 2 min 3. Tekniker trykker på knappen kalibrer i 3 sekunder 4. Karp-programmet indlæser værdien fra proben 5. Rød LED slukker 6. Grøn LED lyser 1 fixme Note: glossary til karprint 7 af 98

10 Use case 2 I denne use case opretter Tekniker et nyt kar. Use Case 2 Mål: Initieret af: Aktører: Opret kar At oprette et nyt kar i systemet Tekniker Primær: Tekniker Samtidige forekomster: 1 Prækondition: Ledig adresse på bussen i domæne 1 Postkondition: Der er oprettet et kar Hovedscenarie: 1. Tekniker trykker på Service knappen i gui en 2. Systemet viser service menuen 3. Tekniker trykker på Opret kar i service menu 4. Systemet viser en menu hvor det er muligt at indtaste navn og adresse til et nyt kar 5. Tekniker indtaster navn i feltet Navn 6. Tekniker indtaster Adresse i feltet Adresse 7. Tekniker trykker Opret kar 8. Systemet opretter et nyt kar og sender Teknikeren til forsiden 9. Det nye kar forekommer nu i hoved menuen 8 af 98

11 Use case 3 I denne use case Oprettes en Sensor Ø, den kan kun tilgås af Teknikeren, som er nødt til at kende adressen på sensor øen. Use Case 3 Mål: Initieret af: Aktører: Opret Sensor Ø At Oprette en Sensor Ø Tekniker Primær: Tekniker Samtidige forekomster: 1 Prækondition: Postkondition: Teknikeren kender adressen til Sensor Øen Der er oprettet en Sensor Ø til det ønskede kar Hovedscenarie: 1. Teknikeren sætter Sensor Øen til kar bussen 2. Teknikeren trykker på det ønskede kar i gui en 3. Systemet viser et skærmbillede hvor det er muligt at oprette en sensor Ø 4. Teknikeren trykker på Opret Sensorø 5. Systemet viser en menu hvor det er muligt at indtaste en adresse 6. Teknikeren indtaster adresse i adresse feltet 7. Teknikeren trykker Opret Sensorøen 8. Den nye Sensor Ø forekommer nu i listen over Sensor Øer. 9 af 98

12 Use case 4 I denne use case fyldes karet via indløbsventilen med vand. Indløbsventilen kan styres af Brugeren via guien. Use Case 4 Mål: Initieret af: Aktører: Fyld kar At fylde karet med vand Bruger Primær: Bruger Samtidige forekomster: 1 Prækondition: Postkondition: Karet er tomt Karet er fyldt med vand Hovedscenarie: 1. Bruger trykker på det ønskede kar i gui en 2. Systemet viser et skærmbillede hvor man kan tilgå ventilstyringen 3. Bruger trykker på Åben indløbsventil 4. Indløbsventilen bliver åbnet og karet bliver fyldt med vand 5. Når Brugeren ikke ønsker at fylde karet længere trykker Brugeren på Luk indløbsventil 6. Indløbsventilen bliver lukket og systemet stopper med at fylde karet med vand. 10 af 98

13 Use case 5 I denne use case indtaster brugeren en ph-værdi, så den ønskede værdi kan ses. Use Case 5 Mål: Initieret af: Aktører: Indtast ph-værdi At indtaste og visualisere den ønskede ph-værdi Bruger Primær: Bruger Samtidige forekomster: 1 Prækondition: Postkondition: Et kar er oprettet og systemet er funktionelt Systemet opdaterer og visualisere den ønskede ph-værdi Hovedscenarie: 1. Bruger trykker på det ønskede kar i gui en 2. Systemet viser et skærmbillede hvor det er muligt at indtaste en ph-værdi 3. Bruger trykker på feltet uden for ph-værdi hvor der er en angivet værdi 4. Bruger retter værdien til en ønskede ph-værdi 5. Bruger trykker på Gem data 6. Systemet gemmer ph-værdien 11 af 98

14 Use case 6 I denne use case indtaster Brugeren en volumen, så den ønskede værdi kan ses. Use Case 6 Mål: Initieret af: Aktører: Indtast volumen At indtaste og visualisere den ønskede volumen Bruger Primær: Bruger Samtidige forekomster: 1 Prækondition: Postkondition: Et kar er oprettet og systemet er funktionelt Systemet opdaterer og visualisere den ønskede volumen Hovedscenarie: 1. Bruger trykker på det ønskede kar i gui en 2. Systemet viser et skærmbillede hvor det er muligt at indtaste en volumen 3. Bruger trykker på feltet uden for volumen, hvor der er en angivet værdi. 4. Bruger retter værdien til en ønskede volumen i liter 5. Bruger trykker på Gem data 6. Systemet gemmer volumen 12 af 98

15 Use case 7 Når Bruger ønsker at aflæse målingerne, kan personen tilgå de forskellige kar og aflæses data via gui en. Use Case 7 Mål: Initieret af: Aktører: Aflæs målinger Bruger aflæser ønskede målinger Bruger Primær: Bruger Samtidige forekomster: 1 Prækondition: Postkondition: Et fungerende system Målinger er aflæst af Bruger Hovedscenario: 1. Bruger trykker på det ønskede kar i gui en 2. Systemet viser et skærmbillede med oversigt over kar data. 3. Bruger aflæser de ønskede målinger. 13 af 98

16 Use case 8 I denne use case ønsker Bruger at tilføre vand manuelt til planterne. For at denne use case kan gennemføres skal der være vand i det kar der ønskes at vande fra samt at dette er tilføjet til systemet. Karet skal være koblet på mindst en sensor ø. Use Case 8 Mål: Initieret af: Aktører: Manuel vanding At tilføre vand til planterne Bruger Primær: Bruger Samtidige forekomster: 1 Prækondition: Postkonditions: Der skal være vand i det kar der ønskes at vande fra og der skal være tilkoblet mindst en sonsor ø. gui en befinder sig i hovedmenuen Der er vand ved planterne Hovedscenario: 1. Bruger trykker på det ønskede kar i gui en 2. Systemet viser et skærmbillede hvor der kan vælges manuel vanding 3. Bruger trykker på Start manuel vanding 4. Systemet begynder at vande 5. Når der ikke ønskes at vande længere trykker Bruger på Stop manuel vanding 6. Systemet stopper med at vande 14 af 98

17 Use case 9 I denne use case Tømmes karet via afløbsventilen. Afløbsventilen kan styres af Brugeren via guigui en. Use Case 9 Mål: Initieret af: Aktører: Tøm kar At tømme karet for væske Bruger Primær: Bruger Samtidige forekomster: 1 Prækondition: Postkondition: Karet indeholder vand Karet er tømt for væske Hovedscenarie: 1. Systemet trykker på det ønskede kar i gui en 2. Systemet viser et skærmbillede hvor man kan tilgå ventilstyringen 3. Bruger trykker på Åben afløbsventil 4. Afløbsventilen bliver åbnet og karet bliver tømt for væske 5. Når karet er tømt for vand trykker Brugeren på Luk afløbsventil 6. Afløbsventilen bliver lukket og karet er tom. 15 af 98

18 Use case 10 I denne use case sletter Tekniker et kar. Use Case 10 Mål: Initieret af: Aktører: Slet kar At slette et kar i systemet Tekniker Primær: Tekniker Samtidige forekomster: 1 Prækondition: Postkondition: Der er oprettet mindst et kar i systemet Karet er slettet fra systemmet Hovedscenarie: 1. Systemet viser en liste over oprettede kar, med en slet knap uden for hvert kar. 2. Tekniker trykker på slet ud for det kar han ønsker at slette 3. Systemet spørger om Teknikeren er sikker i en dialog 4. Tekniker trykker ok 5. Systemet sletter karet 6. Systemet returnerer Tekniker til listen over oprettede kar 16 af 98

19 1.3 Ikke fully dressed use cases Use Case 11 - Doser ph-væske I denne use case har Brugeren mulighed for at dosere ph-væske via en doseringspumpe indtil den ønskede ph-værdi er vist. Use Case 12 - Automatisk vanding I denne use case sker vandingen automatisk, baseret på den målte jordfugtighed. Hvis den målte jordfugtighed er for lav i forhold til den indtastede jordfugtighed, bliver der vandet ude ved sensor øerne, indtil den målte værdi ca. passer med den indtastede værdi. Use Case 13 - Alarm Ved brugerdefineret grænseværdier (jordfugtighed, ph-værdi og volumen), afgiver systemet en alarm, f.eks. via. . Use Case 14 - Ugeplan I denne use case får Bruger mulighed for at indtaste en ugeplan for styring af dosering af ph-væske og vand til gromediet i løbet af ugen. Use Case 15 - Udprint log Bruger kan få udprintet en log over de hændelser der er forekommet i systemet, bla. sensordata og dosering af vand. 17 af 98

20 1.4 Ikke Funktionelle Krav Brugervenlighed: Skal være intuitivt og let at opererer for udefrakommende: Der forudsættes en fungerende standard PC med Windows inkl. Explore/Chrome /Firefox som browser Systemet skal kunne tilgås igennem en normal webbrowser: Her menes Explorer / Google Chrome / Firefox Systemet skal kunne tilgås over lokalt netværk samt over www Her forudsættes en fungerende internetopkobling og evt. lokalt netværk Systembetingelser: Systemet skal kunne fungere stabilt i temperaturintervallet (1-45 C) Systemet skal kunne fungere stabilt under en absolut luftfugtighed på op til 50% Systemet skal være let at vedligeholde på daglig basis Systemets reservedele skal være lette at udskifte og skaffe. Ydelse: Systemet skal kunne fylde vandkarret på max. 2 min. Systemet skal kunne tømme vandkarret på max. 2 min. Systemet skal kunne dosere vand til gromediet med min 0,5 / max 2 liter/min. Systemet skal kunne dosere gødning til karret på max. 30 sek. 1.5 Interface Interfacet (gui en) kan tilgås via en webbrowser som med udgangspunkt ligner Figur 1.3 og 1.4. Figur 1.3: AVS Interface - home På Figur 1.3 kan brugeren se en liste over de kar der er oprettet, hvor de forskellige kar kan tilgås hvis brugeren klikker på det ønskede kar. Under service har teknikeren mulighed for at oprette et kar, hvor han indtaster adresse, navn og derefter trykker opret kar. hvorefter karet kommer frem på listen over kar. ydermere er der en delete og edit knap uden for hvert kar så teknikeren har mulighed for at slette et kar eller redigerer navnet. 18 af 98

21 Når brugeren trykker på et kar tilgår han/hun et interface for karet, som kan ses på Figur 1.4. Figur 1.4: AVS Interface - kar I feltet øverste til venstre er der mulighed for manuel vanding, hvor brugeren trykker på start når han/hun vil starte den manuelle vanding. For at stoppe den manuelle vanding trykke på bruger på stop. I feltet øverst til højre har brugeren mulighed for at indtaste de ønskede data og aflæse de data der kommer fra de forskellige sensor. I det nederste felt kan der ses en liste over Sensor Øerne hvor brugeren kan aflæse de data der kommer fra de forskellige sensor. 19 af 98

22 System Arkitektur Revision Ændret af Version Dato Alle Tabel 2.1: Revision for System Arkitektur 2.1 System diagrammer System Domænemodel Figur 2.1: Domænemodel af AVS 1 FiXme Note: Der skal laves software diagrammer til system arkitektur - applikationsmodel sekvens diagrammer state machines osv. 20 af 98

23 2.1.2 System BDD Figur 2.2: Block Definition Diagram af AVS CentralControl CentralControl er systemets centrale computer. Det er gennem dette delsystem, at brugerens interaktion bliver behandlet og formidlet videre til andre delsystemer. CentralControl driver en webserver med dertilhørende web-applikation (GUI), som tillader brugeren at interagere med systemet gennem sin web-browser. Webserveren kommunikerer med et stykke centralt software, FlexPMS. GUI GUI er den brugergrænseflade, som brugeren kan tilgå systemet gennem. FlexPMS FlexPMS (Flexible Plant Management System) softwaren er bindeleddet mellem GUI og de andre delsystemer. FlexPMS afvikles konstant på CentralControl, og håndterer at sende kommandoer til og opsamle data fra KarControl. FlexPMS kommunikerer med de andre delsystemer gennem enhedsdrivers, som er udviklet til og installeret på CentralControl. Database Databasen gemmer alle indstiller lavet af brugeren gennem GUI. KarControl KarControl er en styring, som formidler og håndterer al datakommunikation og kommandoer relateret til ét kar. KarControl formidler kommandoer sendt fra CentralControl videre til hardware koblet på det pågældende kar (f.eks. at åbne og lukke for ventiler), samt formidler måledata fra sensorer tilbage til CentralControl. KarControl ved hvilken ph-værdi karret skal have, samt hvilken koncentration af gødning og jordfugtighed planterne, der er tilkoblet karret, skal have. KarControl sørger selv for, at vedligeholde disse værdier. CentralControl giver KarControl besked, når der foretages ændringer af disse værdier. Sensor Ø Sensor Ø er giver mulighed for at måle (f.eks. jordfugtighed) over et større areal ved, at Sensor Ø erne spredes over området, hvor planterne gror, og har hver især tilsluttet sensorer. Dermed kan man måle jordfugtighed lokalt for området omkring Sensor Ø en og styre vandtilførslen specifikt for planterne, som står i området. 21 af 98

24 RSConverter RSConverter konverterer mellem RS485 og UART System Allokeringsdiagram Figur 2.3: Allokeringsdiagram af AVS 22 af 98

25 2.2 CentralControl diagrammer CentralControl IBD Figur 2.4: Internal Block Diagram af CentralControl Signalbeskrivelser CentralControl Signal beskrivelser Navn Definition Område Kommentar KarBus Data485 Data232 RS485 bus til kommunikation mellem enheder RS485 bus til kommunikation mellem enheder RS485 konverteret til UART 232 logisk 0-5V logisk 0-5V logisk 0-5V PMSConn Database forbindelse intern SW forbindelse GUIConn Database forbindelse intern SW forbindelse ControlConn Socket forbindelse fra GUI til FlexPMS intern SW forbindelse html Http protokol intern SW forbindelse Tabel 2.2: Signal beskrivelser for CentralControl Differentielt bussystem, følger CMOS-standard Internt signal, følger CMOS-standard Signal efter konvertering, følger CMOS-standard Til at skrive log Til at hente og skrive indstillinger samt log Til at sende kommandoer fra GUI til FlexPMS Forbindelse til brugerens browser 23 af 98

26 2.3 KarControl diagrammer KarControl BDD Figur 2.5: Block Definition Diagram af KarControl KarGruppe KarGruppe er den overordnede betegnelse for et vandkar med tilførende ph-værdi og gødningskoncentration. KarGruppen består af diverse sensorer og aktuatorer, og styrer et vilkårligt antal Sensor Ø er. KarGruppen er styret af en controller, KarControl. Indløbsventil Indløbsventilen åbner og lukker for vandtilføjelsen til karret. Den bruges i forbindelse med, at der skal fyldes vand på karret. Det antages, at indløbsventilen er tilsluttet en vandforsyning, som altid er åben. Afløbsventil Afløbsventilen åbner og lukker for, at vand kan løbe ud af karret. Den bruges i forbindelse med, at karret skal tømmes. ph-sensor ph-sensoren målet ph-værdien af gødningsblandingen i karret. Vandpumpe Vandpumpen pumper vand fra karret ud til Sensor Ø erne. Flowmåler Flowmåleren måler mængden af vand, som tilføres karret gennem Indløbsventilen. 24 af 98

27 PSU PSU (Power Supply Unit) forsyner de andre blokke med 12V og 5V KarControl IBD Figur 2.6: Internal Block Diagram af KarControl RSIn RSConverter konverterer mellem RS485 og UART 232 når der skal kommunikeres med CentralControl. RSOut RSConverter konverterer mellem RS485 og UART 232 når der skal kommunikeres med Sensor Ø er KarControlForsyning IBD Der er lavet et separat forsynings IBD som viser forbindelserne fra blokken PSU til resten af blokkene og omverdenen. 25 af 98

28 Figur 2.7: IBD over forsyningsforbindelser til KarControl 2 2 FiXme Note: Forsyningsspændinger skal have tolerancer 26 af 98

29 2.3.4 Signalbeskrivelser KarControl Signal beskrivelser Navn Definition Område Kommentar KarBus OeBus Data485 Data232 EnableIndløb EnableAfløb RS485 bus til kommunikation mellem enheder RS485 bus til kommunikation mellem enheder RS485 bus til kommunikation mellem enheder RS485 konverteret til logisk niveau Signal til at lukke vand ind i kar Signal til at lukke vand ud af kar EnableVandpumpeSignal til styring af vandpumpe Puls Takttæller af flow 0-5V ph Analog signal fra ph måler Differentielt bussystem Differentielt bussystem internt signal Signal efter konvertering 0-5V Signal til at styre magnetventil 0-5V Signal til at styre magnetventil 0-5V PWM styret signal fra -420 til 420 mv Analogt signal Indløb vandstyring i kar Til at lukke vand ind i kar Afløb vandstyring i kar Til at lukke vand ud af kar Dossering vandstyring til planter Til at dosere vand til planterne 230V 12V 5V El-nettet som forsyner PSU Forsyning til pumper og ventiler Forsyning til systemets logiske kredsløb 230V 12V 5V Tabel 2.3: Signal beskrivelser for KarControl 27 af 98

30 2.4 Sensor Ø diagrammer Sensor Ø BDD Figur 2.8: Block Definition Diagram af Sensor Ø Sensor Ø Control Sensor Ø Control tager imod kommandoer fra KarControl, som instruerer omkring åbning og lukning af Doseringsventil. KarControl anmoder også om, at Sensor Ø Control skal sende måledata fra sensors, som er tilkoblet Sensor Ø en. Doseringsventil Doseringsventilen åbner og lukker for vandtilførslen til planterne i området omkring Sensor Ø en, som Doseringsventilen er tilkoblet. Når KarControl tænder for Vandpumpen kan de enkelte Sensor Ø ers Doseringsventiler være åbne eller lukkede alt efter, om planterne omkring Sensor Ø en har brug for vand. Fieldsensor Fieldsensor er en generalisering af alle slags sensorer, som kan tilsluttes Sensor Ø en. Vilkårligt mange sensorer kan tilkobles en bus, og kommunikere med Sensor Ø Control gennem en standardiseret protokol. Sensor kan kun aflevere målinger når de bliver bedt om at levere dem. 28 af 98

31 2.4.2 Sensor Ø IBD Figur 2.9: Internal Block Diagram af Sensor Ø Signalbeskrivelser Sensor Ø Signal beskrivelser Navn Definition Område Kommentar oedata oebus Buskommunikation efter konvertering fra 485 RS485 bus til kommunikation mellem enheder Intern:SW-signal Binary 1 (OFF) (Voa-Vob<-200 mv) Binary 0 (ON) (Voa-Vob>+200 mv) Konverteret signal fra RSconverter til Sensor Ø Controller Differentielt bussystem sensordata I2C bussignal Logisk: 0-5V Kommunikation fra sensorer til Sensor Ø ventilctrl Signal til styring af doserings ventil Logisk: 0-5V Signal til styring af Doseringsventil vand Vandflow fra Karret Vandflow Vandtilførsel til doseringsventil Tabel 2.4: Signal beskrivelser for Sensor Ø 29 af 98

32 2.5 Fieldsensor diagrammer Fieldsensor BDD Dette er vores modellibrary af de sensorer der matcher Fieldsensor specifikationerne Figur 2.10: Block Definition Diagram af Fieldsensor Signalbeskrivelser Fieldsenser Signal beskrivelser Navn Definition Område Kommentar sensordata I2C kommunikation Logisk: 0-5V Kommunikation fra sensorer til Fieldsensor Tabel 2.5: Signal beskrivelser for Fieldsensor 30 af 98

33 2.6 Jordfugt sensor diagrammer Jordfugt sensoren måler en strøm igennem jorden. Denne strøm vil variere med hensyn til fugtigheden som derfor vil resultere i en spændingsændring på indgangen af analog til digital konverteren. Denne spænding bruges til at udregne fugtigheden i procent Jordfugt sensor BDD Figur 2.11: Block Definition Diagram af Jordfugt sensor Jordfugt sensor IBD Figur 2.12: Internal Block Diagram af Jordfugt sensor 31 af 98

34 2.6.3 Signalbeskrivelser Jordfugtighedssensor Signal beskrivelser Navn Definition Område Kommentar Målespænding Spændingsforskel Differential spænding skab af fugtighed i jorden DataADC ADC-konverteret målespænding Logisk: 0-5V Digitalt konverteret målesignal DataI2C I2C kommunikation Logisk: 0-5V Kommunikation fra Jordfugtighedsmåler til Fieldsensor Tabel 2.6: Signal beskrivelser for Jordfugt sensor 32 af 98

35 2.7 ph-sensor diagrammer Til ph måling har vi bygget vores egen sensor ved hjælp af en ph-probe ph-sensor BDD I forhold til signaler er proben ret nem at have med at gøre da den selv producere en spænding i forhold til den væske der måles på ph værdi. Figur 2.13: Block Definition Diagram af ph-sensor ph-sensor IBD Igen ses simpliciteten da ph proben bare interagere med kemikalium og herefter producere en spænding. Figur 2.14: Internal Block Diagram af ph-sensor 33 af 98

36 2.7.3 Signal beskrivelser Signal beskrivelser Navn Definition Område Kommentar phvalue Analogt signal fra ph-måler Analog:-420mV- 420mV Den målte Spændingsforskel i proben Gødningsmix Gødningsmix i kar ph-værdi: 6-8 ph-værdi af gødningsmix i karret Tabel 2.7: Signal beskrivelser for ph-sensor 34 af 98

37 2.8 Ventilstyring diagrammer Da vi bruger ventiler flere steder i systemet er dette en general beskrivelse af dem Ventilstyring BDD Her under ses et diagram over den generalle opbygning af ventil styringen denne gør sig gældende for alle ventilerne i systemet Figur 2.15: Block Definition Diagram af Ventilstyring Ventilstyring IBD Her ses så de interne forbindelser i Ventilstyringen Signal beskrivelser Figur 2.16: Internal Block Diagram af Ventilstyring Signal beskrivelser Navn Definition Område Kommentar cv Vand On/Off signal til Mosfet kredsløbet Vand der flyder gennem ventilen Analog: 0-5V Tabel 2.8: Signal beskrivelser for Ventilstyring Styringssignal til Ventilstyring Vand der flyder til/fra karret 35 af 98

38 2.9 Vandpumpestyring diagrammer Vi bruger en vandpumpe på alle vores kar Vandpumpestyring BDD Her under ses et diagram over den generalle opbygning af vandpumpe styringen denne gør sig gældende for alle vandpumper i systemet Figur 2.17: Block Definition Diagram af Vandpumpestyring Vandpumpestyring IBD Her ses så de interne forbindelser i Vandpumpestyringen Figur 2.18: Internal Block Diagram af Vandpumpestyring 36 af 98

39 2.9.3 Signal beskrivelser Signal beskrivelser Navn Definition Område Kommentar cv vand Pwm signal til Mosfet kredsløbet Vand der flyder gennem Vandpumpen 0-5V Bestemmer om Vandpumpen roterer 0-17l/min Bestemmer mængden af vand til dosering Tabel 2.9: Signal beskrivelser for Vandpumpestyring 37 af 98

40 2.10 Teknologiundersøgelser RS485 Kommunikationen som foregår i systemet imellem brugerinterfacet (Devkit 8000), KarControl (PSoC 4) og de enkelte forgreninger (PSoC 4) skal kunne kommunikere over længere afstande. De allerede kendte busser, SPI og I2C, har begge en maksimal rækkevidde på 1,5m. Vi har derfor været nødsaget til at finde et bedre alternativ. Problemet over længere afstande kan være: Kapacitet i ledningerne Støj fra omkringliggende elektronik For at løse disse problemer, har vi undersøgt RS485-kommunikation. RS485 er en standard som definerer de elektriske karakteristika af sendere og modtagere på en differentiel bus. Ved 2 ledninger kan man opnå half-duplex, og ved 4 ledninger kan man opnå full duplex. Ledningerne i bussen skal være parsnoede. Ved afstande helt op til 1200m, er det muligt at køre med hastigheder på op til 100kbit/s. RS485 er en udbygning af RS422, hvor man har muligheden for at vælge hvorvidt det er input- eller output-driverne som er aktive. Den fysiske konfiguration af bussen skal forbindes som én linje. Dvs. at man kan f.eks. ikke parallel-forbinde 5 enheder direkte til en master, de skal derimod serieforbindes. Bussen termineres i begge ender, med en modstand som svarer til kablernes egen modstand, normalt 120ohm for parsnoede kabler, imellem de 2 bus-forbindelser. Man vil gerne opnå at masteren er centreret i bussen, og at termineringsmodstandene derved er på 2 slaver. Ved at gøre dette, vil afstanden fra masteren til slaverne være så lille som mulig, og derved vil signal-styrken være bedst. RS485 er KUN en elektrisk definition af bussen, og ikke en kommunikationsprotokol. Dette giver mulighed for at skrive sin egen protokol. Standarden anbefaler dog, at man bruger kommunikationsprotokollen TSB Ventiler Følgende krav er opstillet for indløb- og afløbsventil, samt doseringsventilerne 1. Tolerance for Vandtryk: Skal kunne klare min. 2 bar 2. Forsyningsspænding: Skal kunne benytte 12V DC 3. Tolerance for Temp: Skal kunne operere ved 45 C 4. Flow-regulering: Skal kunne levere min. 0.5 liter/min Det vigtigste krav til indløb- og afløb- og doseringsventilerne er, at de bør være rated til at kunne klare de tryk, der påhviler dem. For indløbsventilen gælder følgende grænseflader: 1. Vandtilførsel udefra 2. Vandkaret: Her bør opmærksomheden primært henledes på vandtrykket udefra. Der tages udgangspunkt i den alm. Vandhane, her i er vandtrykket som standard på omkring 2 bar. Derfor skal den ventil der vælges som min. kunne klare et tryk 2 bar. For afløbsventilen gælder følgende grænseflade: 1. Vandkaret: 2. Afløb: Her bør opmærksomheden henledes på trykket i vandkaret, som her maksimalt kan være på 1 bar, afløbet bidrager ikke med noget tryk og kan ignoreres. For doseringsventilen gælder følgende grænseflade For afløbsventilen gælder følgende grænseflade: 1. Vandtryk i doseringsslange: 2. Udløb: 38 af 98

41 Her bør opmærksomheden henledes på trykket i doseringsslangen, dette skabes af doseringspumpen og kan max være på 2 bar, udløbet bidrager ikke med noget tryk og kan ignoreres. Der blev undersøgt flere typer ventiler i forhold til de ovenstående krav, og det blev besluttet at benytte en magnet-ventil til opgaven. Dette blev primært besluttet på baggrund af styringsmetoden af en magnetventil, denne passer til designet at systemet. Den valgte model blev: Hydraelectric Magnetventil, 2 Porte, NC, 12 V dc, 1/2tommer. Datablad for den findes under Datablade Doseringspumpe Følgende krav er opstillet for doseringspumpen. 1. Tolerance for Vandtryk: Skal kunne klare min. 2 bar 2. Forsyningsspænding: Skal kunne benytte 12V DC 3. Tolerance for Temp: Skal kunne operere ved 45 C 4. Flow-regulering: Skal kunne levere min. 0.5 liter/min Her bør opmærksomheden primært henledes på vandtrykket der kan opstå i slangen, imellem doseringspumpen og doseringsventilerne, hvis ingen af disse ikke er åbne når pumpen tændes. Dette problem vil praktisk blive løst software-wise, således at det ikke er muligt at tænde for pumpen med mindre at min. Én af de tilkoblede ventiler er åbne. Der blev undersøgt flere typer pumper i forhold til de ovenstående krav, og det blev besluttet at benytte en inline pumpe til opgaven. Dette blev primært besluttet på baggrund af dens performance og forsyning, denne passer til designet at systemet. Den valgte model blev: Biltema inline Pump, 17l/min, DC12V, 3A, Datablad for den findes under Datablade Flowsensor Følgende krav er opstillet for flowsensoren 1. Tolerance for Vandtryk: Skal kunne klare min. 2 bar 2. Forsyningsspænding: Skal kunne benytte 12V DC Det vigtigste krav til flowsensoren er, at den bør være rated til at kunne klare det tryk, der påhviler den. For flowsensoren gælder følgende grænseflader: 1. Vandtilførsel udefra 2. Vandkaret: Her bør opmærksomheden primært henledes på vandtrykket udefra. Der tages udgangspunkt i den alm. Vandhane, her i er vandtrykket som standard på omkring 2 bar. Derfor skal den ventil der vælges som min. kunne klare et tryk 2 bar. For afløbsventilen gælder følgende grænseflade: 1. Vandkaret: 2. Afløb: Her bør opmærksomheden primært henledes på vandtrykket udefra. Der tages udgangspunkt i den alm. Vandhane, her i er vandtrykket som standard på omkring 2 bar. Derfor skal den flowsensor der vælges som min. kunne klare et tryk 2 bar. Der blev undersøgt flere typer ventiler i forhold til de ovenstående krav, og det blev besluttet at benytte en YF-S201 Hall Effekt flow sesnor. Dette blev primært besluttet på baggrund af måden hvorpå den afgiver sine målinger, dette passer til designet at resten systemet. Den valgte model blev: Sea, 2 Porte, YF-S201 Hall Effekt flowsensor, 12v DC, 1/2tommer. Datablad for den findes under Datablade. 3 3 FiXme Fatal: der skal indsættes resten af teknologi undersøgelserne 39 af 98

42 2.11 Overordnede Sekvensdiagrammer Her ses overordnede sekvensdiagrammer for hver usecase, de har til formål at give et overblik over systemets funktionalitet. Her overskueliggøres systemmet og dets interaktion med andre aktører, samt den fysiske verden. Diagrammerne er ment som overordnede guidlines, hvorfor at metodekaldende ikke er specifikke kald men pseudo-metode-kald. Overordnet sekvensdiagram for usecase 1 - Kalibrer ph-probe På diagrammet ses interaktion mellem System og Tekniker for usecase 1 - Kalibrer ph-probe. Figur 2.19: sd - Usecase 1 Overordnet sekvensdiagram for usecase 2 - Opret kar På diagrammet ses interaktion mellem System og Tekniker for usecase 2 - Opret kar. 40 af 98

43 Figur 2.20: sd - Usecase 2 Overordnet sekvensdiagram for usecase 3 - Opret Sensor Ø På diagrammet ses interaktion mellem System og Tekniker for usecase 3 - Opret Sensor Ø. Figur 2.21: sd - Usecase 3 Overordnet sekvensdiagram for usecase 4 - Fyld kar på diagrammet ses interaktion mellem System og Bruger for usecase 4 - Fyld kar. 41 af 98

44 Figur 2.22: sd - Usecase 4 Overordnet sekvensdiagram for usecase 5 - Indtast ph-værdi På diagrammet ses interaktion mellem System og Bruger for usecase 5 - Indtast ph-værdi. Figur 2.23: sd - Usecase 5 Overordnet sekvensdiagram for usecase 6 - Indtast volumen På diagrammet ses interaktion mellem System og Bruger for usecase 6 - Indtast volumen. 42 af 98

45 Figur 2.24: sd - Usecase 6 Overordnet sekvensdiagram for usecase 7 - Aflæse målinger På diagrammet ses interaktion mellem System og Bruger for usecase 7 - Aflæse målinger. Figur 2.25: sd - Usecase 7 Overordnet sekvensdiagram for usecase 8 - Manuel vanding På diagrammet ses interaktion mellem System og Bruger for usecase 8 - Manuel vanding. 43 af 98

46 Figur 2.26: sd - Usecase 7 Overordnet sekvensdiagram for usecase 9 - Tøm kar På diagrammet ses interaktion mellem System og Bruger for usecase 9 - Tøm kar. Figur 2.27: sd - Usecase 7 Overordnet sekvensdiagram for usecase 10 - Slet kar På diagrammet ses interaktion mellem System og Tekniker for usecase 10 - Slet kar. 44 af 98

47 Figur 2.28: sd - Usecase 7 45 af 98

48 2.12 Klasseidentifikation I system domænemodellen, som ses på figur 2.1, kan det ses at der blev identificeret nogle konceptuelle klasser, hvor hver klasse har til ansvar at løse et specifikt problem. Ud fra dette vil vi gerne se på hvilke domæner og grænseflader der er. Hvor grænsefladerne er det der skal anvendes når dele af systemmet skal kommunikerer og domæne står for de resterende problemer. Så ud fra domænemodellen er følgende grænseflade- og domæneproblemer defineret: Grænseflader: Bruger Grænseflade GUI grænseflader FlexPMS grænseflader Kar grænseflader SensorØ grænseflader Domæne: Håndtering af de forskellige setværdier (ph, volumen, jordfugtighed osv.) Håndtering af målinger Håndtering af Kar data Håndtering af SensorØ data Ud fra dette udarbejdes applikationsmodeller. Hver applikationsmodel har til opgave at vise de klasser som er involveret i de forskellige use cases. Dette håndteres af kontrolklassen. grænsefladeog domæneklasserne er bestem ud fra det overstående så der er identificeret følgende klasser: Boundaryklasser: GUI - Brugergrænseflade mellem bruger og system Database - Grænseflade mellem GUI og FlexPMS Protokol - Bussystemerne der kommunikere med vores hardware Domainklasser: Sensor - Måler de forskellige data (ph, volumen, jordfugtighed osv.) Kar - Håndterer de specifikke data for de individuelle kar SensorØ - Håndterer de specifikke data for de individuelle SensorØ er Ud fra use casene og de definerede klasser, kan der nu oprettes applikationsmodeller. Applikationsmodellerne består af henholdsvis en kontrolklasse der varetager use casens forløb, samt de definerede domain- og boundaryklasser, som kontrolklassen skal bruge for at opfylde dette. Da der er mange af use casene der ligner hinanden er nogle af dem slået sammen i en applikationsmodel. 46 af 98

49 Klassediagram for use case 7 - Aflæs data Figur 2.29: Applikationsmodel for UC1 Dette klassediagram er benyttet til at identificere nødvendige klasser for at udføre use case 7. Nedenfor er beskrives kort klassernes ansvar for use case 7. AflæsData: varetager og koordinerer interaktionen mellem de interne klasser i henhold til use casen. GUI: Grænseflade mellem, system go bruger, hvor brugeren aflæser de målte data Klassediagram for use case 8 - Manuel vanding Figur 2.30: Applikationsmodel for UC8 Dette klassediagram er benyttet til at identificere nødvendige klasser for at udføre use case 8. Nedenfor er beskrives kort klassernes ansvar for use case 8. Manuel vanding: varetager og koordinerer interaktionen mellem de interne klasser i henhold til use casen. 47 af 98

50 GUI: Grænseflade mellem, system go bruger, hvor brugeren kan aktivere den manuelle vanding. Protokol: Bussystem, der kommunikerer med vores hardware, så manuel vanding kan aktiveres Klassediagram for use case 5 og 6 - Indtast data Figur 2.31: Applikationsmodel for UC5 og UC6 Dette klassediagram er benyttet til at identificere nødvendige klasser for at udføre use case 5 og 6. Nedenfor er beskrives kort klassernes ansvar for use case 5 og 6. IndtastData: varetager og koordinerer interaktionen mellem de interne klasser i henhold til use casen. GUI: Grænseflade mellem, system go bruger, hvor brugeren Indtaste de ønskede data. Database: Grænseflade mellem GUI og FlexPMS, hvor de indtastede data bliver gemt. 48 af 98

51 Klassediagram for use case 2 og 10 - Kar manipulation Figur 2.32: Applikationsmodel for UC2 og UC10 Dette klassediagram er benyttet til at identificere nødvendige klasser for at udføre use case 2 og 10. Nedenfor er beskrives kort klassernes ansvar for use case 2 og 10. KarManipulation: Varetager og koordinerer interaktionen mellem de interne klasser i henhold til use casen. GUI: Grænseflade mellem, system go bruger, hvor brugeren kan oprette og slette kar. Database: Grænseflade mellem GUI og FlexPMS, hvor det forskellige kar bliver gemt med deres data. 49 af 98

52 2.13 Grænsefladebeksrivelser Ventilstyring Grænsefladebeskrivelse Ventilstyring er en grænseflade til systemet, modulet omsætter digital styring fra PSoC en til analog aktuation i mangetventilen der kontrollerer vandtilførsel, udledning, samt dosering ved karret. Modulet tager, som input, et digitalt signal 0-5V. Dette omsættes til analog styring af ventilen. Derudover tilføres kontrolkredsen 12V som forsyningsspænding. fig.2.33,s.50 Figur 2.33: Grænsefladebeskrivelse: Ventilstyring Doseringspumpe Grænsefladebeskrivelse Doseringspumpen er ligeledes en grænseflade til systemet, modulet omsætter et digital PWMsignal fra PSoC en til en procentvis styring af doseringspumpen så den kan kører i flere etaper. Modulet tager, som input, et digitalt PWM-signal 0-5V. Dette omsættes til analog styring i doseringspumpen. Derudover tilføres kontrolkredsen 12V som forsyningsspænding. fig.2.34,s.50 Figur 2.34: Grænsefladebeskrivelse: Doseringspumpe Flowsensor Grænsefladebeskrivelse Flowsensor fungerer som grænseflade til systemet, modulet omsætter vandflow i sensoren til et digital PWM-signal der angiver hvor meget vand der flyder igennem sensoren. Modulet forsynes med +5V forsyning, samt GND, og afgiver PWM-signal Dette PWM omsættes via et eksternt counterkredsløb til at give logisk 1 ved hver 10. count. Dette trækker et interrupt i PSoC programmet.fig.2.35,s.50 Figur 2.35: Grænsefladebeskrivelse: Flowsensor PSU (Power Supply Unit) Grænsefladebeskrivelse Strømforsyningen har til formål at forsyne hele systemet med både 5V og 12V. Den genererer disse spændinger ud fra el-nettets 230VAC. Navn Definition Område Kommentar 5V Analogt signal 0-5V Forsyning 12V Analogt signal 0-12V Forsyning GND Analogt signal 0V Stel 50 af 98

53 Softwarearkitektur Revision Ændret af Version Dato Tabel 3.1: Revision for Software Arkitektur I dette afsnit beskrives softwarearkitekturen for AVS 1, som der er blevet givet indblik på i systemarkitekturen. Afsnittet skulle gerne give et indblik på det specificeret software indenfor fastlagte ramme, så udviklerne evt. kunne udarbejde det. Afsnittet indeholder dokumentation og design af de forskellige softwaredele med test på nogle af dem. I afsnittet er softwaren delt ud i fire forskellige blokke som er delt op ud fra domain modelen. De fire blokke er GUI, FlexPMS, KarControl og Sensor Ø. 3.1 Design og implementering af database og GUI I dette afsnit kommer vi ind på beskrivelsen af databasen og gui ens design og implementering. Der vil være en beskrivelse af hvordan disse er anvendt i systemmet og hvordan de løser de problematikker der er stillet i kravspecifikationen GUI Som udgangspunkt til at lave gui en er der blevet implementeret en webside, hvor selve kommunikation mellem databasen, websiden og clienten ser ud som det kan ses i diagrammet på figur FiXme Note: AVS glossary 51 af 98

54 SoftwareArkitektur/GUI/photo/webDiagram.PNG Figur 3.1: Diagram over gui og databasens interaktion I Libary ligger der nogle klasser så det er muligt at oprette objekter, ud fra indholdet i DB 2, inde i Controlleren. Controlleren indeholder alle PHP filerne som indeholder funktioner til at sætte websiden op og henter/opdaterer data fra databaserne. Under Template ligger alle HTML filerne som strukturerer indholdet på websiden og visualiserer gui en. Hertil er smarty anvendt som Template Engine, det den gør, er at det tager et PHP script, udfører det, og derefter sender forskellige genererede variabler til template (HTML filerne), hvor Smarty derefter udfører forskellige opgaver med variablerne, for til slut at kompilere skabelonen til gui en. Til template er der også anvendt Bootstrap 3, som er beregnet til at gøre webudvikling lettere, da den består af HTML- og CSS- baserede design skabeloner til typografi, formularer, knapper, navigation og andre interface komponenter, samt valgfri JavaScript udvidelser. For at sikre at Brugeren ikke skal opdatere websiden, hver gang de vil aflæse nogle nye data eller trykke på en af knapperne er der blevet anvendt nogle jquery AJAX metoder, som kan bruges til at udveksle data med en server og opdatere dele af en webside uden at genindlæse hele siden Database FlexPMS databasen er blevet anvendt til at opbevare indtastede data omkring kar og sensorøerne med deres ventil og vandingsstatus, samt aflæste værdier fra de forskellige sensorer, hvor denne database kan tilgås via gui en. MySQL er databaseformatet der er valgt, og valget bunder i at denne har alle de kvaliteter systembeskrivelsen og kravspecifikationen foreskriver. Desuden er softwaren 2 Databasen af 98

55 til etablering af en sådan server gratis, veldokumenteret og nem at gå til. Databasen indeholder nogle forskellig tabeller som er bestemt ud fra de krav vi skulle tilfredsstilles i kravspecifikation og det design der er lavet i systemarkitekturen. Disse tabeller, deres kolonnenavne og deres datatype er illustreret i figur 3.2. Figur 3.2: Diagram over FlexPMS databasen Som det fremgår af diagrammet kender tabellerne til hinanden, det gør de via deres id. Hver Sensor Ø og kar har et unikt id for at sikre man kan differentiere mellem dem. Grunden til at dette er vigtigt er fordi at det sikre at data ikke bliver dubleret, ført forkert ind i tabellerne, eller har nogle forkerte interaktioner. En kort beskrivelse af tabellerne og deres kolonner i databasen følger: Kar Kar indeholder alle kar, deres kar data, som brugeren har oprettet og status for dens ventiler. Alle kar har et navn og adresse med de data som Brugeren ønsker at karet skal have. Kolonnenavnene er beskrevet i tabel af 98

56 Kolonnenavn id name adresse ph volumen humidity MWSTATUS IVALVESTATUS OVALVESTATUS Beskrivelse Et unikt id for hver kar tabellen indeholder Navnet på karet Adressen til karet Den indtastede ph-værdi som Brugeren ønsker Det vandniveau/antal liter vand som Brugeren ønsker i karet Den jordfugtighed brugeren ønsker ved Sensor Øerne Status for manuel vanding: 1: Manuel vanding er startet 0: Manuel vanding er stoppet Status for indløbsventil: 1: Indløbsventilen er åben 0: Indløbsventilen er lukket Status for afløbsventil: 1: Afløbsventilen er åben 0: Afløbsventilen er lukket Tabel 3.2: Beskrivelser af kolonnenavne for tabellen Kar SensorOe SensorOe indeholder alle Sensor Øer, deres data brugeren har oprette og status for dens ventil. hver Sensor Ø har også et KarID så man kan se hvilket Kar de hører til. Kolonnenavnene er beskrevet i tabel 3.3. Kolonnenavn id adresse KarID VALVESTATUS Beskrivelse Et unikt id for hver Sensor Ø tabellen indeholder Adressen til Sensor Ø En reference til det Kars id som Sensor Øen sidder på Status ventilen ved Sensor Øen: 1: Ventilen er åben 0: Ventilen er lukket Tabel 3.3: Beskrivelser af kolonnenavne for tabellen SensorOe KarSensorData KarSensorData indholder alle de målte værdier ved hver kar, derfor har de et KarID, som man kan se hvilken værdi det tilhører. Her indikerer type hvilken slags måling det er, hvor measure værdien der bliver målt. Ydermere er der time der angiver tiden hvor de tilhørende data blev sat ind, på den måde kan man altid tilgå de nyeste data. Kolonnenavnene er beskrevet i tabel 3.4. Kolonnenavn KarID type measure time Beskrivelse En reference til det Kars id der bliver målt på Hvilken type sensor der er lavet måling på: 1: ph-værdi på væsken i karret 2: Vandniveau/Antal liter der bliver tilført til karet 9: Gennemsnittet af jordfugtigheden målt ved Sensor Øerne Den aflæste sensor værdi Tidspunktet værdien blev sat in i tabelen Tabel 3.4: Beskrivelser af kolonnenavne for tabellen KarSensorData 54 af 98

57 OeSensorData OeSensorData minder meget om KarSensorData men indholder alle de målte værdier ved hver Sensor Ø og derfor har de et OeID. Kolonnenavnene er beskrevet i tabel 3.5. Kolonnenavn OeID type measure time Beskrivelse En reference til det Sensor Øs id der bliver målt på Hvilken type sensor der er lavet måling på: 9: Jordfugtigheden målt ved Sensor Øen Den aflæste sensor værdi Tidspunktet værdien blev sat in i tabelen Tabel 3.5: Beskrivelser af kolonnenavne for tabellen KarSensorData 3.2 FlexPMS 3.3 kar 3.4 Sensor Ø 55 af 98

58 Hardware Arkitektur Revision Ændret af Version Dato KSK KE KE KM KE Tabel 4.1: Revision for Hardware Arkitektur 56 af 98

59 4.1 RSConverter Analyse RS485-bussen er valgt til at kommunikere på, se hvorfor i teknologiundersøgelsen. Til dette formål er udformet et simpelt kredsløb vha. MAX3082. Det logiske 0-5V UART-signal fra PSoC 4 konverteres til et differentielt signal, som kører ud på bussen, og vice versa. Figur 4.1: RS485 converter R 1 er en pulldown-modstand der sørger for, at standard-tilstanden af kredsen står til at modtage. Når der sendes ud på bussen, kræver det en høj T X Enable. R 2 fungerer som terminering på bussen og sørger for at undgå reflektion af signalet. Størrelsen af modstanden afhænger derfor af tranmissionslinjen (bussen). Når R 2 = R bus bliver hele signalet overført. Det er samtidigt vigtigt at bussen kun termineres i starten og enden. Dvs. hvis der er koblet flere kar på KarBussen, skal de serieforbindes og den sidste samt den første have en termineringsmodstand. I guiden for RS485 kommunikation anbefales det, at man bruger 120Ω kabler og derfor termineres der med 120Ω. For at udregne det maksimale strømforbrug til videre design af PSU kigges i databladet for MAX3082. Under "Absolute Maximum Ratings"findes det, at i et 8-pin plastic DIP hus som det der anvendes, har et maksimal effektforbrug på 727mW. Udregningen af det maksimale strømforbrug bliver derfor følgende: I = P U = 727mW 5V = 145, 4mA (4.1) Realisering Kredsløbet opbygges på VERO board og der laves en testopstilling. UART-kommunikation simuleres med et 1kHz firkant-signal. Der vil blive målt følgende: 1. RS232 konverteret til RS485 og konverteret tilbage til RS RS232 konverteret til RS RS485 i begge ender af bussen. Figur 4.2: RS232 konverteret til RS485 og konverteret tilbage til RS232. Kanal 1 (orange) viser det simulerede 1kHz signal. Kanal 2 (blå) viser signalet efter det er blevet konverteret til RS485 og tilbage til RS232. Som det ses af figur 4.2 er signalet fuldstænding intakt. Dette viser samtidig at kredsløbet fungerer som det var tiltænkt. Figur 4.3: RS232 konverteret til RS485. Kanal 1 (orange) viser det simulerede 1kHz signal. Kanal 2 (blå) viser signalet efter det er blevet konverteret til RS485. Som det ses af figur 4.3 er signalet nu koncentreret omkring 0V. Den når dog ikke den fulde V pp = 5. Figur 4.4: RS485 i begge ender af bussen. Kanal 1 (orange) viser signalet efter det er blevet konverteret til RS485. Kanal 2 (blå) viser signalet efter i den anden ende af bussen. Som det ses af figur 4.4 er de 2 signaler ens og der er ikke noget tab af signalet ved transmissionen. 57 af 98

60 4.2 Ventilstyring Til styring af indløb til / afløb fra vandkaret anvendes 2 Hydraelectric Magnetventiler med tilhørende MOSFET-styringskredse. En magnetventil virker ved at det interne relæ bliver aktiveret når der påtrykkes en DC-spænding, evt. i form af et PWM-signal, hvor ved gennemstrømningen kan reguleres, når dette sker åbnes der for gennemgang i ventilen. I det interne relæ sidder en spole, og spolens viklinger medfører en ohmsk modstand. Når der påtrykkes en spænding skabes et magnetfelt omkring spolen, dette felt holder ventilen åben. Når ventilen ønskes lukket, afbrydes spændingen. Dette skaber en problematik hvor strømmen igennem spolen ikke kan ændre sig på samme hurtige måde aom spændingen. Da den fysiske forbindelse til spolen er afbrudt vil spolen selv inducere en modsatrettet spænding for at komme af med strømmen. Dette er et problem da så høje spændinger potentielt er skadeligt for tilkoblede komponenter, men som løsning implementeres en flyback diode parallelt med spolen i reverse bias-konfiguration, derved har strømmen en løbebane, og spolen forhindres i at inducere den høje spænding. Den implementerede kontrolkreds ses på figur 4.11 på side 59. I databladet er oplyst at ventilen benytter 12V, afgiver 6W, dette giver et beregnet strømforbrug på 500mA, se beregning herunder: P = 6V A V = 12V I = P V (??) = 500mA Figur 4.5: Beregning af strømforbrug i magnetventil Derudover er den interne modstand beregnet til: V = 12V I = 500mA R = V I = 24Ω Figur 4.6: Beregning af indre modstand Styringskredsen skal på baggrund af dette designes til at håndtere en strøm på 500mA, og en spænding på 12V. 58 af 98

61 4.2.1 MOSFET-styringskreds Til styringslkredsen er valgt at benytte en N-channel IRLZ44Z-MOSFET transistor i commonsource-konfiguration. Denne type transistor er logic-level kompatibel, og har spænding/strømgrænseværdier der opfylder ovenstående krav. Logic-level kompatible betyder at V GS(th) < 5V og derved kan MOSFET en, alene drives fra en MCU, her en PSoC. V GS(th) er den threshold-spænding hvor transistoren går on. Det ses af grafen på figur 4.14, at MOSFET en ved en V GS = 5V, (ved T J = 25) tillader en strøm på 100A, dette er mere end rigeligt til opgaven. Figur 4.7: Datablad: Gate to Source voltage, fra databladets (Fig. 3, s.3) Ydermere kan det være interessant at se på hvor varm transistoren bliver under operation. Herved kan det udledes om der behøves ekstern køling eks. i form af en heat-sink. Følgende værdier hentet fra databladet: Drain to Source modstand: Strøm der trækkes af af relæet: Junction-to-Ambient modstand: Max junction temp: Ambient temp: R DS = 11mΩ I = 500mA R θja = 62C/W T emp jun = 175C T emp amb = 25C Figur 4.8: Værdier hentet fra datablad Til beregningen benyttes formlen for afsat effekt: P afsat = R DS I 2 = 2.75mW Figur 4.9: Afsat effekt i MOSFET Her ses det at under operation af ventilen afgiver transistoren 2,75 mw i varme. Ydermere noteres det, at den maksimale effekt der kan afsættes uden at der behøves heat-sink er beregnet til mW. T emp max = (T emp jun T emp amb ) R θja = mW Figur 4.10: Max Temperatur uden heat-sink Da der kun afsættes 2,75mW ved operation, er der ingen grund til at implementerer en heat-sink. Design af styringskredsløb På figur 4.11, ses MOSFET-styringskredsløb, PSoC ens 0 og 1 er her simuleret ved en frekvensgenerator med tilpas lav frekvens. Figur 4.11: Styringskredsløb til magnetventil MOSFET-transistoren Transistoren implementeres i common-source-konfiguration, for at et positivt signal på GATE åbner transistoren, og da den er en logic level model, stammer signalet direkte fra PSoCen. 59 af 98

62 Ground-modstanden Der implementeres en modstand R 1 fra Gate til GND for at transistoren forbliver lukket (Gate trækkes til GND) hvis indgangssignalet til Gate afbrydes, dermed undgås det at GATE-signalet flyver og transistoren potentielt kan stå og switche on/off hvis GATE afbrydes. R 1 implementeres med en 10kΩs modstand, og virker som en standard pull down resistor. Flyback-diode Derudover implementere der, som førnævnt en flyback diode, for at give strømmen en løbebane når relæet afbrydes. På denne måde indgås den høje V peak som spolen eller ville inducere, når der lukkes af for strømmen ændres monumentalt. Typen af diode, vælges ud fra følgende parametre: Hvilken strøm vil løbe i dioden Hvilken Peak-spænding vil være over dioden Diode-strøm Strømmen der vil løbe i dioden er givet fra databladet til 3A, derved skal den valgte diode kunne klare at lede max 3A, dette sker i forhold til spolens tidskonstant, τ, hvor efter strømmen vil falde i løbet af 5τ. Peak-spænding Peak-spændingen fra spolen er realiseret i laboratoriet til 60V. På baggrund af disse 2 værdier, vælges 1N4007, denne diode er, ifølge databladet i stand til at klare 1kVp, og 30A. Dette er tilstrækkeligt i denne situation. 60 af 98

63 4.3 Vandpumpe Til styring af dosering fra karret, anvendes en 12V inline pumpe med tilhørende MOSFETstyringskreds. Vandpumpen virker ved at der påtrykkes en DC-middelspænding i form af et PWMsignal, herved kan styrken reguleres ved at justere dutycycle på PWM-signalet. Den implementerede styringskreds ses på figur 4.18 på side 62, her forklares kredsløbet yderligere. I databladet er opgivet at pumpen benytter 12V, og trækker 3A, dette giver en beregnet afsat effekt på 36W, se beregning herunder: I = 3A V = 12V P = I V = 36W Derudover er den interne modstand beregnet til: Figur 4.12: Beregning af effekt i vandpumpen V = 12V I = 3A R = V I = 4Ω Figur 4.13: Beregning af indre modstand Styringskredsen skal på baggrund af disse data designes til at håndtere en strøm på 3A, og en spænding på 12V. 61 af 98

64 4.3.1 MOSFET-styringskreds Til kontrolkredsen er valgt at benytte en N-channel IRLZ44Z-MOSFET transistor i commonsource-konfiguration. Denne type transistor er logic-level kompatibel, og har spænding/strømgrænseværdier der opfylder kravene ovenfor. Logic-level kompatible betyder at V GS(th) < 5V og derved kan MOSFET en, alene drives fra en MCU, her en PSoC. V GS(th) er den threshold-spænding hvor transistoren går on. Det ses af grafen på figur 4.14 at MOSFET en ved en V GS = 5V, (ved T J = 25) tillader en strøm på 100A, dette er mere end rigeligt til opgaven. Figur 4.14: Datablad: Gate to Source voltage, fra databladets (Fig. 3, s.3) Ydermere kan det være interessant at se på hvor varm transistoren bliver under operation. Herved kan det udledes om der behøves ekstern køling eks. i form af en heat-sink. Følgende værdier hentet fra databladet: Drain to Source modstand: Strøm der trækkes af af relæet: Junction-to-Ambient modstand: Max junction temp: Ambient temp: R DS = 11mΩ I = 3A R θja = 62C/W T emp jun = 175C T emp amb = 25C Figur 4.15: Værdier hentet fra datablad Til beregningen benyttes formlen for afsat effekt: P afsat = R DS I 2 = 99mW Figur 4.16: Afsat effekt i MOSFET Her ses det at under operation af pumpen afgiver transistoren 99 mw i varme. Ydermere noteres det, at den maksimale effekt der kan afsættes uden at der behøves heat-sink er mW. T emp max = (T emp jun T emp amb ) R θja = mW Figur 4.17: Max Temperatur uden heat-sink Da der kun afsættes 99mW ved operation, er der ingen grund til at implementerer en heat-sink. Design af styringskredsløb På figur 4.18, ses MOSFET-styringskredsløb, PSoC ens 0 og 1 er her simuleret ved en frekvensgenerator med tilpas lav frekvens. Figur 4.18: Styringskredsløb til vandpumpe MOSFET-transistoren Transistoren implementeres i common-source-konfiguration, for at et positivt signal på GATE til åbner transistoren, og da den er en logic level model, stammer signalet direkte fra PSoC en. 62 af 98

65 Ground-modstanden Der implementeres en modstand R 1 fra Gate til GND for at transistoren forbliver lukket (Gate trækkes til GND) hvis indgangssignalet til Gate afbrydes, dermed undgås det at GATE-signalet flyver og transistoren potentielt kan stå og switche on/off hvis GATE afbrydes. R 1 implementeres med en 10kΩs modstand, og virker som en standard pull down resistor. Flyback-diode Derudover implementeres der, som førnævnt en flyback diode, for at give strømmen en løbebane når relæet afbrydes. På denne måde indgås den høje V p eak som spolen eller ville inducere, når der lukkes af for strømmen ændres monumentalt. Typen af diode, vælges ud fra følgende parametre: Hvilken strøm vil løbe i dioden Hvilken Peak-spænding vil være over dioden Diode-strøm Strømmen der vil løbe i dioden er givet fra databladet til 3A, derved skal den valgte diode kunne klare at lede max 3A, dette sker i forhold til spolens tidskonstant, τ, hvor efter strømmen vil falde i løbet af 5τ. Peak-spænding Peak-spændingen fra spolen er realiseret i laboratoriet til 60V. På baggrund af disse 2 værdier, vælges 1N4007, denne diode er, ifølge databladet i stand til at klare 1kVp, og 30A. Dette er tilstrækkeligt i denne situation. 63 af 98

66 4.4 Flowsensor Til kontrol at vandflow til systemet, er valgt at benytte en flow sensor af typen YF S201. Dette er en Hall Effect sensor. En Hall Effekt sensor benytter ændringer i et nær-magnetfelt til at ændre sensorens outputspænding, dette genererer et PWM-output der identificerer den mængde vand der flyder igennem sensoren, og kan omregnes til mængde vand pr. enhed. Flowraten udregnes efter formlen: P ulsef requency[hz] 7.5 = f lowrate[l/min] Figur 4.19: Beregning af flowrate Ved denne udregning svarer eks. 16Hz = 2L/min, og65.5hz = 8L/min. Denne måde at beregne flowet på giver i midlertidig problemer med implementering på KarP- SoC en, da dette ville kræve at programmet "lagde beslag"på processoren for at udregne flowet over en given tid. Da KarPSoC-programmet har til formål at køre adskillige opgaver vedrørende Karret, er det ganske enkelt ikke en mulighed at følge denne implementering. En alternativ implementering blev valgt for at imødekommende denne problematik. Ved praktisk at måle den mængde vand pr. antal PWM-cycle der flyder igennem sensoren, er det muligt at opstille en model for hvor meget vand der flyder til karret baseret på det antal PWM-cycles der modtages af programmet. Flowsensoren tilkobles via 3 medfølgende pins. Sort: GN D( ) Gul: P W Moutput Red: V CC(+5V ) Figur 4.20: Pinoversigt Output fra sensoren følger CMOS-standarden, det vil sige at den kan kobles direkte til en given inputpin på PSoC en. Output-raten gives som udgangspunkt med en målepræcision på +/- 10 Under operation sinker sensoren 15mA, derved kan den kan trække sin forsyning direkte fra PSoC en Counter-kredsløb For at aflaste Kar-PSoC en der håndtere flowsensoren, designes et eksternt counter-kredsløb. Herved minimeres det antal interrupts der trækkes på PSoC-programmet. Kredsløbet designes ved brug af en 4-bit counter (74HC393) samt en 2-input AND-gate (74HC08). Kredsløbet er koblet således at PWM-output fra flowsensoren kobles til clock-input 1 (CP1) på counter en. Outputs fra denne (Q1, Q3) kobles til AND gaten. Kredsløbet ses på 4.21 herunder. Figur 4.21: Counter-kredsløb Koblet på denne måde, går gaten "høj"når der når er talt 10 op på counteren. Et logisk høj fra gaten, trigger et INT i PSoC en. Som det første i ISR rutinen nulstilles counter eren via et logisk høj på inputtet MR1. Dette gøres for at forhindre at den dobbelttrigger når counteren efterfølgende rammer 14 counts. Info er hentet fra datasheet, 4.22 Figur 4.22: 74HC393 logic Ved praktiske målinger forventes en P W M max = 40 50Hz. Det giver systemet som maximum 80ms til at reset e counteren inden en potentiel fejltriggering. 64 af 98

67 Automatisk Vandingssystem 1 = P eriodetid[ms] f rekvens[hz] 1 = 20[ms] 50[Hz] 4[clockcycles] 20[ms] = 80[ms] Figur 4.23: Beregning af trigger Simulering af Counter-timing ses på 4.24 herunder. Figur 4.24: Counter-Timingsdiagram Denne opsætning med ekstern counter, kan kun lade sig gøre fordi der ikke behøves en ultra præcis måling af vandflowet. Ved at lave INT hver 10 gang, midles der over vandflowet. Dokumentation til flowsensor-softwarestyring findes under "Software-afsnittet". 4.5 Design af jordfugt sensoren Selve jordfugt sensoren skal måle jordfugten i jorden således systemet kan vide hvornår en plante skal have vand. Da vi ønsker at sensoren skal kommunikere over I2C igennem vores egen protokol, ønsker vi samtidig at levere en speciallavet jordfugt sensor med til systemet. Dette kræver at vi selv designer den Kapacitiv måling Den første ide til at måle jordfugten gik ud på at måle den kapacitivt. Efter nogle hurtige søgninger på Google blev der hurtigt fundet frem til følgende dokument 1.2 I pdf filen beskriver to japanske studerende hvordan de med en kapasitet er i stand til at måle den relative luftfugtig. Dette virker ved at når luftfugtigheden ændre sig kan man via to elektrisk ledende plader måle forskellen i luften ved at koble dem som en pladekondensator med luften som dielektrikum. r ændre sig således med luftfugtigheden. Tanken var nu at det samme måtte gøre sig gældende for jorden og komponenten i figur 4.25 blev lavet: Figur 4.25: Opbygning af den kapacitive føler Til den hjemmebyggede pladekondensator blev der også opbygget en oscillator som varierede sin udgangsfrekvens afhængig af kondensatorens kapacitet. Dette kredsløb blev bygget med en LM FiXme 65 af 98 Note: tilføjes til literatur liste

68 Automatisk Vandingssystem Da pladekondensatoren var en kopi fra det før omtalte pdf dokument kom det ikke som en overraskelse at oscillatoren ændrede sin frekvens med næsten 50% når pladekondensatoren blev holdt over dampen fra en kop kogende vand. Hvad der dog ikke var taget højde for var kapaciteten i tilledningerne, som ændrede sig hver gang pladekondensatoren blev flyttet. Det viste sig også at når pladekondensatoren blev trykket ned i jord stoppede oscillatoren med at oscillere. Det var hellere ikke muligt at måle kapaciteten med et LCR-meter og ideen blev derfor opgivet Resistiv måling Næste step var at finde en ny metode til at måle fugtigheden i jorden og denne opstod ved besøg på denne side3. 4 På siden bliver det beskrevet hvordan man kan måle fugtigheden i jorden rent resistivt. Desværre bliver der ikke givet nogle værdier på jordens ledeevne i forhold til fugtigheden og var derfor op til en selv at finde den. Ved en størrer søgning blev der fundet frem til oversigten i figur ,6 HardwareArkitektur/Sensore/Jordfugt_billeder/soil_conductivi Figur 4.26: Oversigt over ledeevnen for nogle forskelige grudstoffer. Det ses her at Fx. Sandsten varierer fra en ledeevne på 0.5 til Siemens/m. Dette er et meget stort spekter og det vil derfor være umuligt at sige noget om ledeevnen i vores jord uden at have målt den. For at kunne gøre dette krævede det at der blev lavet et jordspyd der kunne bruges til at lave målingen med. I figur 4.26 ses jordspyddet sænket ned i vand fra vandhanen, for at måle vandets ledeevne. Da jordspyddet er isoleret delvist med krympeflex, således at der er et fast areal på begge spyd der er i kontakt med vand vil det være muligt at beregne ledeevnen for vandet. Figur 4.27: Multimeteret måler strømmen igennem jordspyddet ved en spænding på 5V (2.92mA FiXme Note: tilføjes til literatur liste 6 FiXme Note: tilføjes til litteratur liste 5 Kilde: 66 af 98

69 Figur 4.28: Elektrolyse ved 5V På figur 4.28 ses at der desværre også forekommer elektrolyse ved denne målemetode. Der ses at katoden tiltrækker hydrogen atomer som sætter sig som luftbobler på kobberet. Ved en spænding på 30V var elektrolysen så kraftigt at kobberlaget på anoden ville være væk efter få minutter. Derfor konstanters det også at ved implementering af denne type måling må der kun gå strøm i jordspyddet i det øjeblik målingen bliver foretaget, for at undgå unødvendig slid. Den mest interessante opdagelse blev gjort ved målingen af jorden. Her var teorien at ledeevnen ville stige lineært med fugtigheden. Det viste sig at være forkert og det lignede i stedet et fjerdegrads stigene polynomium, da måleresultaterne blev tegnet ind i Graph. Forinden havde det været et stort problem at finde ud af hvilken skala der skulle bruges til at måle fugtigheden, da der findes mange definitioner af den. Der blev fundet frem til at fugtigheden i tørvægt var den mest brugbare for geoteknikere og der var derfor den skala der blev valgt. Skalaen siger at hvis der er 100 gram ovntørret jord og 40 gram vand indeholder jorden 40% fugtighed. I formlen står m for masse. µ = m wet m dry m dry I figur 4.29 og 4.30 ses hvordan målingerne af jordfugtigheden blev foretaget. 67 af 98

70 Automatisk Vandingssystem Figur 4.29: Vejning af 100 gram af ovntørret jord. Vægten er nulstillet med tomt målebægre Figur 4.30: Her ses blandingsforholdet hvor strømmen i jordspyddet igen er faldende I figur 4.30 blev der lavet 7 målinger ved forskellig fugtighed. Ved en fugtighed på 25.6% begyndte strømmen i jordspyddet at falde igen. Dette bliver et problem i det samlede system da systemet ikke kan vide om den måler i en overvandet plante. figur Viser regression af målepunkterne. 68 af 98

71 Figur 4.31: Målinger indtegnet i Graph. Den yderste måling til højre (25,6.2) er det før omtalte "knæk punkt"hvor vi ikke længere ved om vi måler rigtigt. punktet er ikke medtaget i regressionen. I figur 4.31 aflæsete vi regressionen af graften til at være: f(x) = x 3.77 Funktionen er udtrykket for strømmen i jordspyddet ved en given fugtighed. Dette kan med fordel omskrives til modstand ved brug af ohms lov. Den påtrykte spænding fra spændingsgeneratoren var 5V 5V f(x) = x A Denne funktion kan bruges i en mikroprocessor med en analog til digital konverter, således strømmen kan omregnes til jordfugtigheden i procent.på figur 4.32 ses grafen over funktionen. HardwareArkitektur/Sensore/Jordfugt_billeder/jordspyd_modsta Figur 4.32: Plot over modstanden i jordspyddet ved en given fugtighed.grafen er et udsnit fra 10% til 22% for at gøre den mere overskuelig Test og opbygning Næste punkt var at finde en metode til at måle modstanden i spyddet. Dette kunne gøres ved at koble jordspyddet som en spændingsdeler med en MOSFET transistor til at lede strømmen når der måles. På figur 4.33 ses diagrammet over forklaringen. HardwareArkitektur/Sensore/Jordfugt_billeder/jordspyd.JPG Figur 4.33: Diagram over jordspyddet 69 af 98

72 Der opstilles følgende funktion for kredsløbet: V out R1 Rspyd = V out V cc Ved at isolere x ud fra funktionen på figur 4.32 kan vi få et udtryk for fugtigheden hvis vi kender modstanden fugt = Rspyd Disse to formler blev brugt i PSoC creator til at programmere en CY8C4245AXI-483 med en differentiel koblet analog til digital konverter. På figur 4.34 ses topdesignet i PSoC creator. Figur 4.34: Topdesign i PSoC creator I PSoC creator laves der en funktion der udlæser værdien fra ADC en og omregner den til fugtighed. På et fumleboard opbygges der et kredsløb med et 4.7k potientometer og en 100ohms modstand koblet serielt. I fugur 4.35 ses debugging af første opbygning af funktionen. HardwareArkitektur/Sensore/Jordfugt_billeder/debug100ohm.jpg Figur 4.35: Debugging i PSoC creator ved Rspyd=100Ω Aflæser vi 100Ω på figur 4.32 kan vi se at en fugtighed på 33 stemmer fint overens med det forventede og funktion antages efter flere ligende resultater at virke. Efterfølgende er funktionen lavet om således den også kommunikerer med sensor ø en. Den færdige kode fildes i bilagende. Efterfølgende blev der tegnet et diagram i DesignSpark og der blev i samme program tegnet et printlayout. Dette ses på figur HardwareArkitektur/Sensore/Jordfugt_billeder/Print_2.jpg Figur 4.36: Printplade set fra bunden Det ses på printet at der er blevet lavet nogle modifikationer. Dette skyldes at der var glemt nogle pull op modstande, samt at DesignSpark havde valgt at ligge stel sammen med forsyningen. Diagrammet blev derfor tegnet om til følgende i figur af 98

73 Figur 4.37: Diagram over jordfugtmåleren Det ses på diagrammet i figur 4.37 at der er trukket stik ud til at programmere PSoC en. Ved at forbinde disse til vores Pioneer kit kan vi programmere PSoC en igennem en PSoC 5 og på den måde undgå at skulle købe en programmeringsenhed. Det viste sig dog at der var flere problemer da det nye print blev lavet. Vi kunne sagens kommunikere med PSoC en igennem programmerings stikket. Men det var umuligt at få nogen funktionalitet ud af den. Der blev brugt dage på at finde ud af hvad der kunne være galt, uden resultat. Det blev derfor besluttet at lave et shield til pioneer kittet. 71 af 98

74 Automatisk Vandingssystem Figur 4.38: Det nye print set fra oven Figur 4.39: Shield. Potientiometeret emulerer proben Præcision og afvigelse Vi kørte en test med det nye shield med jord taget fra blomsterbedet, foran Edison bygningen, ved ingeniørhøjskolen i Århus. Da vi ikke kendte ledeevnen i jorden eller fugtigheden målte vi først jorden da den var tør. Her målte vi fugtigheden til 3,5%. Efterfølgende tilsatte vi 10% vand og brugte denne blanding til at udregnede afvigelsen. Afvigelsen fik vi til 1,58% med 95% konfidens. 72 af 98

75 Automatisk Vandingssystem Figur 4.40: Test måling Figur 4.41: Udregning af afvigelsen Selve præcisionen af proben er 12 bit og 5V. Dette giver en opløsning på 1.2mV. Omregnet til opløsning af procentenheden bliver det Fremtidigt arbejde Det bedste fremtidige arbejde vil være at lave målingen kapacitivt, dette vil dog kræve en del arbejde. Skal der laves forbedringer på den resistive måling, skal der findes ud af hvorfor PSoC en ikke 73 af 98

76 ville virke på print samt finde et materiale som ikke så let forgår som kobber og lave jordspyddet af det. 4.6 Design af ph-proben Kravet til ph-proben er at den skal virke omgående når der hældes gødning i vandet. Dette vil sige at den skal omgående kunne fortælle systemet når der er den korrekte ph-værdi, når der doseres gødning. Efter nogle søgninger på Google blev der fundet frem til at en glasprobe var det meste effektive, men samtidig og så det billigste. Figur 4.42: Tegning af en glasprobe. kilde: Wikipedia ph værdi er en måde at angive hvor mange hydrogen-ioner der er i væsken. Definitionen af en syre er at den modtager hydrogen-ionerne og definitionen af en base er at den afgiver hydrogen-ioner. Vand kan både optræde som en syre og en base, dette skyldes at vand vil modtage hydrogenionerne når der hældes en base i, men det vil afgive hydrogen-ioner når der hældes en syre i. På figur 4.43 ses at har vi mol/l af H+ ioner har vi en ph-værdi på 14. Figur 4.43: Graf over ph-værdi. kilde: Wikipedia 74 af 98

77 Måden glasproben virker på at at den internt er fyldt op med saltsyre HCL. I figur 4.42 punkt 3 er koncentrationen mol/l. I punkt 6 er koncentrationen 0.1 mol/l. På denne måde bliver der genereret en spænding når der er et overskud eller underskud af H+ ioner på ydersiden af punkt 1. H+ ionerne vil tiltrække CL- ionerne som ses i punkt 4. Punkt 2 og 5 er elektroderne som vi måler spændingen over. I figur 4.44 ses outputtet fra proben i forhold til ph-værdien i den væske den er i. Figur 4.44: Outputtet fra ph-proben For at få en præcis måling af væsken kræver det at der laves en kaliberering af ph-proben en gang hver måned, da proben vil drifte med tiden. Det ses også på figur 4.44 at en ny probe vil give en højrer spænding en en ældre. Dette betyder at den skal kalibreres en gang i mellem. Til kalibrering af proben skal der bruges noget buffervæske. En buffervæske er en væske med en præcis ph-værdi således at proben kan indstilles efter det. Måden vi vil gøre det på er ved at have en buffer med ph-værdi 7. Når systemet startes op skal proben kalibreres og der vil være en rød LED på karet der lyser. For at kalibrere proben sættes proben ned i buffervæsken og efter ca 30 sekunder trykkes der på en knap som sidder på karet og karet indlæser herved værdien til kalibrering. På figur 4.45 ses at buffervæsken varierer sin ph-værdi ved temperaturforskelle. Dette vil også være gældende for andre væsker, dette er ikke noget vi tager højde for i vores målinger, men det burde blive implementeret i et salgsklart system. HardwareArkitektur/Sensore/pH_probe_billeder/buffervaeske. Figur 4.45: Temperaturens indflydelse på ph-værdien i buffervæsken Nedenfor ses koden til ph-proben. Koden er klar til at blive implementeret i kar-softwaren. Men for overskuelighedens skyld vælges det at vise den individuelle kode her. Der er oprettet en funktion getphval() som returnerer ph-værdien. 1 #include <project.h> 2 3 #define ph7default #define ph4default float ph7; 6 float ph4; 7 float phval; 8 int16 adcresult; 9 int16 adcresultmv; // Omregner til ph-vardi. ph4 og ph7 er parametrene som bruges til at kalibrere proben 12 float mvtoph(float mv, float ph4, float ph7){ 13 return ((ph7-mv)/((ph4-ph7)/3)+7); 14 } 15 float getphval(){ 16 while(adc_isendconversion(adc_wait_for_result)== 0){}; adcresult=adc_getresult16(0); 19 adcresultmv = ADC_CountsTo_mVolts(0,adcResult); return mvtoph(adcresultmv,ph4,ph7); 22 } CY_ISR(CALIBRATE) 25 { 26 int8 status; 27 while(cali_read() == 1){ // vent pa at knappen har varet nede i 3 sekunder 75 af 98

78 28 CyDelay(3000); 29 status = 1; 30 break; 31 } 32 if(status == 1){ 33 getphval(); 34 ph7 = adcresultmv; 35 ph4 = ph4default + (ph7 - ph7default); // ph4default + korrektion 36 RED_LED_Write(0); 37 GREEN_LED_Write(1); 38 } 39 } int main() 42 { 43 ph7 = ph7default; // Default vardi 44 ph4 = ph4default; // Default vardi 45 Opamp_1_Start(); 46 ADC_Start(); 47 ADC_StartConvert(); 48 Calibrate_StartEx(CALIBRATE); 49 CyGlobalIntEnable; 50 RED_LED_Write(1); 51 GREEN_LED_Write(0); while(1){ 54 phval = getphval(); 55 } 56 return 0; 57 } /* [] END OF FILE */ Støj For at få en præcis måling vælger vi at analysere proben for dens støj. Dette gøres ved at lave et nyt PSoC projekt. I Mixed Signal Electronic s har vi arbejdet med dette og vi kopierer derfor et kredsløb derfra. Det skal dog siges at projektet er til PSoC5 og her i Projektet bruger vi en PSoC4. PSoC5 har den fordel at den har en DeltaSigma ADC som er bedre til at sample lavfrekvente signaler. I PSoC4 er den eneste mulighed en SAR converter. På figur 4.46 ses topdesignet i PSoC creator. Figur 4.46: Topdesign i PSoC creator over kredsløbet til støjmåling For at kunne beregne støjen fra proben skal vi måle dens indre modstang og derefter bruge Johnson Nyquist formel for termisk støj. V n = 4 K T R f For at måle den indre modstand i proben kobler vi den med en buffer i PSoC4. Vi prøvede at måle selve indgangsimpedansen i bufferen da den ikke var opgivet i databladet. Dette var desværre ikke muligt da støj på indgangen fik den til at klippe på udgangen. Vi antager derfor at indgangsimpedansen er uendelig og kan for at måle udgangsspændingen ubelastet, opstille kredsløbet i figur af 98

79 Figur 4.47: Non-inverting buffer Der måltes 178mV på udgangen af bufferen med proben sat ned i en buffervæske med en phværdi på 4. Derefter blev proben sat direkte i oscilloskopet som har en indgangsimpedans på 1MΩ. Nedenstående kredsløb opstilles for denne måling figur Figur 4.48: Diagram over den indre modstand Vi udregner med ohms lov den indre modstand til at være 9.5MΩ. Vi kan derfor udregne støjbidraget til at være V n = = 3.9uV Selve bufferen har også et støjstrøms bidrag som vil resultere i en støjspænding over modstanden i proben. Vi har i MSE øvelse 5 arbejdet med disse støjstrømme og kan pga. viden derfra antage at bufferen bidrager med 5pA i støjstrøm. I PSoC bruger vi et digitalt filter på 100Hz. Vi ville gerne have kørt det ned til 1Hz, men det mindste vi kunne implementere var 100Hz. Støj fra bufferen: Støj fra ADC en: V n = I rms R i f = 5pA 9.5MΩ 100 = 475uV V n = 1.3uV 100 = 13uV V n = 10uV 100 = 100uV For at addere støjbidragene adderer vi dem kvadratisk da vores værdier er RMS støj: V ntot = 3.9uV uV uV uV 2 = 485uV Det ses at det største og mest betydende støjbidrag er støjstrømmen fra bufferen. 77 af 98

80 Måling af støj For at måle støjen åbner vi teraterm og udlæser værdien. I projektet er der lavet funktioner til at skrive støjværdierne ud. For at måle den samlede støj sættes proben ned i en buffervæske med ph-værdi = 4. På figur 4.49 ses en måling af den samlede støj på ca 4.8mV. Figur 4.49: Udlæsning på teraterm Figur 4.50: Måling fra DAC en på scopet Responstid For at måle responstiden, sættes proben i en buffer 7 og derefter direkte over i en buffer 4. Da H+ ionerne stadig vil sidde på proben når den trækkes op af buffer 7, sker der først en reaktion når den kommer ned i buffer 4. Denne respons ses på figur Her aflæses responstiden til 1.4 sekunder. 78 af 98

81 Figur 4.51: Responstiden fra proben Probens præcision Selve proben vil have en afvigelse. Denne afvigelse tages der tildels højde for ved kalibreringen, men dette er kun den systematiske fejl der bliver reguleret ind. Der vil også være et antal tilfældige fejl, som vil være umulige at justere ind. For at få et overblik over fejlprocenten laver vi 10 målinger efter kalibrering af buffer 7. Her sætter vi proben ned i en kop vand, for derefter at sætte den ned i ph-bufferen igen. Vi venter i 2 minutter og aflæser derefter i debuggin mode hvad ph-værdien er. Målingerne skrives ind i et excel-regneark således vi kan udregne standardafvigelsen ved en konfidens på 95. Det skal dog siges at dette er en meget simplificeret metode, da der her ikke taget højde for temperatur forskelle. Der laves også kun 10 målinger ved en bestemt ph-værdi. Der burde laves målinger over hele aksen, for at dække usikkerheden helt ind. 79 af 98

82 Figur 4.52: Probens præcision Det ses at vi med 95% sikkerhed kan sige at den målte værdi ligger inden for +-0, i ph-værdi, men som nævnt tidligere er dette ikke en endelig præcision. Fremtidigt arbejde Vi så i denne del at vores beregnede støj var ca en faktor 10 større ved realiseringen end beregningerne. Dette kan skyldes at der er støj i tilledningerne da vi arbejder med ekstremt høje impedanser. Vi kan hermed konkludere at ved meget høje impedanser bliver ens udstyr meget støjfølsomt og det er derfor vigtigt at tage det med i beregningerne når der udlægges print, samt ved beslutning om hvilken terminering der skal benyttes. Fremtidigt arbejde kan være at lave kalibreringsfunktionen således den selv giver besked, når der er gået en måned, om at det er tid til kalibrering. 80 af 98

83 4.7 Shields Kar-shield Til at styre interaktion med karret implementeres følgende eksterne kredsløb, der alle køres fra karpsoc en: Indløbsventil Afløbsventil Doseringspumpe RS-konverter til KarBus RS-konverter til ØBus Flowsensor ph-probe Det er valgt at benytte Shield-teknologi, så alle kredsløbene implementeres på samme print, som er kompatibel med PSoC4 pinlayout på Pioneerkittet. På denne måde kan det færdige print sættes direkte på Pioneerkittet, og alle pinconnections er dermed sikret internt de 2 boards imellem. Det er valgt at benytte PCB-layout programmet Eagle. Her benyttes pre-defineres biblioteker med komponenter til at opbygge de ønskede kredsløb og udlægge printbaner. Oprettelse af egne komponenter Dog er det ikke alle komponenter der kan findes, derfor kan det være nødvendig at oprette sige egne ud fra de ønskede komponenters datablade. For at kunne implementere det eksterne counterkredsløb på shield et, er det nødvendigt at oprette en custom model af 74HC393-counteren, samt 74HZ08-gaten. Dette skyldes at på de eksisterende modeller af disse moduler, er GND internt rout ed, og således tænkt benyttet i forbindelse med et internt stelplan der benyttes på mange print. Men da der i vores tilfælde ønskes at kunne connecte GND fysisk til én af PSoC ens GND-pins, skal dette kunne routes manuelt. I Eagle oprettes der et brugerbibliotek, og deri en custommodel af modulerne med igangspunkt i databladene. (herunder ses oprettelse af HC393) Først udlægges pins på IC en, se fig.4.53 på s. 81 Figur 4.53: Screenshot: Oprettelse af egne komponenter i Eagle Her hentes værdier fra databladet. Derudover skal der oprettes et footprint til modellen så denne kan pleceres på printet. Her hentes Package outline-specs fra databladet. Da begge IC er følger standard package mål, er afstanden imellem de 2 rækker 0.3 inches, og afstanden imellem hvert ben er 0.1 inches. Målene vælges i inches da Eagle benytter inches som standard. Værdierne ses dokumenteret herunder, fig.4.54 Figur 4.54: Screenshot: Package Outline fra databladets Fig.13, s-14 Disse værdier benyttes til at skabe følgende footprint, og dette mappes til pins fra schematic. Figur 4.55: Screenshot: Mapping af pins Det samme foretages for AND-gate IC en. Herefter kan modellerne indsættes på Kar-shield et og herefter kan GND frit routes, som det ses på det færdige print, fig.4.56, s af 98

84 Figur 4.56: Screenshot: Det færdige KarShield 7 7 FiXme Note: Siden med KarShield-diagram skal være A3 82 af 98

85 4.7.2 Ø-shield På samme måde som karshield oprettes også et shield til sensor Ø en. Dette shield indeholder følgende komponenter: Doseringsventil RS-konverter til ØBus I2C Kommunikation til Jordfugt sensor Her implementeres doseringsventilen, der kontrollere om dosering til gromediet er muligt. Derudover findes RS-konverter til Ø-bussen. Sidst findes I2C kommuniktation med jordfugtsensor- PSoC en. Shield et monteres på Ø-PSoC en. Det færdige print ses på fig.4.57, s af 98

86 Figur 4.57: Screenshot: Det færdige KarShield PiShield Ligeledes oprettes der et shield til Rasparry Pi en. Dette shield indeholder følgende komponenter: RS-konverter til karbus Printlayout På baggrund at disse schematics designes de 3 boards og deres printbaner lægges ud. Her tages der hensyn til følgende: Antal ampere der løber i banen Hvilken type signal der løber i banen Kritiske afstande i layoutet Standard tykkelsen af en printbane (for op til 600mA) er mm, til alle ventiler løber 500mA. Printbanen fra forsyning til pumpen, trækker dog 3A max, derfor vælges banetykkelsen her til mm. Derudover løber et PWM-kontrolsignal til pumpen på 3,5kHz, dette skaber en del støj, hvorfor denne bane bør isoleres så meget som muligt fra specielt ventilerne. Derudover bør banerne til kommunikationsbusserne ligeledes isoleres, da disse indeholder rette flanker og dermed skaber en del støj. 8 FiXme Note: Siden med OeShield-diagram skal være A3 84 af 98

87 4.8 PSU Figur 4.58: Strømforsyningen Analyse For at få en idé om det maksimale forbrug, vil der blive kigget på den absolut maksimale strøm for hver del. Der forekommer følgende behov for systemet (12VDC): Pumpen PWM styres ved 12VDC. Ved 100% positiv duty cycle vil den trække 3A. Ventilerne forsynes med 12VDC. De vil hver især maksimalt trække 0,5A pr. styk. Nu er det værd at kigge på, hvornår den største belastning af strømforsyningen forekommer. Ud fra de specificerede usecases, er den maksimale belastning 1 pumpe og 1 ventil på samme tid. Dette sker f.eks. ved "Manuel Vanding". Ved et større system med flere sensor-øer vil kravet selvfølgelig være større. Resten af systemet er forsynet med 5VDC. Der er følgende behov: Central Control. Består af en Raspberry Pi 2. Fra databladet udledes, at den trækker imellem 0,6-2,5A. Grunden til det store strømforbrug er, at der sidder 4 USB-stik på som hver kan trække op til 500mA. Da vi ikke udnytter dette, kan der regnes med maksimalt 0,6A. Flowmåler. Bruger ca. 15mA. Tages ikke med i udregningen grundet det lille forbrug. Kar- og Ø-controller. Består af en PSoC som normaltvis forsynes via. USB, altså maksimalt 0,5A pr. styk. Prototypen består af 3 PSoCs, derfor regnes der med 1,5A. RSConverter. Forbruget er udregnet til 150mA. Prototypen består af 4, altså 0,6A. Specifikationer for 12VDC- og 5VDC-forsyningen er nu givet. Et bud på et samlet forbrug vil være: I 5V = 0, 6A + 1, 5A + 0, 6A = 2, 7A (4.2) Kredsløbene er vist herunder: I 12V = 3A + 0, 5A = 3, 5A (4.3) Figur 4.59: 5V strømforsynings diagram Figur 4.60: 12V strømforsynings diagram Begge reguleringskredsløb opbygges efter samme princip. Fælles for de 2 er: 230VAC-1A sikring 230VAC-2x12VAC transformer Herefter består hvert kredsløb af: Diodebro: D6, D7, D8, D9 Kapacitet: C1, C5 Afkoblingskondensatorer: C2, C4, C6 Referencespænding: R5, D5 Fejlforstærker: U4, R1, R3, C3 85 af 98

88 Spændsføler på udgangen: R2, R4 FET til regulering: Q1 Opstartsmodstand: R6 Spændingen fra el-nettet transformeres fra 230VAC til 12VAC. Herefter dobbelt-ensrettes det: Figur 4.61: Ensrettet spænding f 1 (t) er det ensrettede signal, hvor f 2 (t) er det oprindelige signal fra elnettet. Der vil derfor nu forekomme en 12VAC 100Hz spænding. Denne spænding lader C1 op og C1 vil derefter aflade når spændingen falder. Dette glatter spændingen ud og resultat vil være tæt på et DC signal. Jo mere strøm der trækkes ud af denne kobling, jo mere kapacitet er der brug for. AC-spændingen er regnet i RMS, derfor kræver det en lille omregning til peak-peak spænding og dermed VDC: V DC = V AC 2 = 16, 92V (4.4) Der vil nu ligge en stabil DC-spænding. Nu er spændingen ensrettet og udglattet. For at give 5VDC og 12VDC kræves det at spændingen reguleres. For at kunne regulere spændingen, kræves et referencepunkt. Dette punkt er skabt ved R5 og D5. Zenerdioden sørger for en præcis spænding i punktet, 6,2V eller 2,4V. Næste del er en fejlforstærker der kigger på udgangsspændingen i forhold til referencepunktet. Til dette anvendes en operationsforstærker. Minus-indgangen forbindes igennem R3 til referencepunktet. Plus-indgangen forbindes til spændingsdeleren som føler på udgangen. R1 og C3 bestemmer sammen med R3 forstærkningen. En ligning kan opstilles for forstærkningen: A = 1 + R π f C 3 = 1 + 1kΩ + 1 R 3 10kΩ 2 π f 1nF (4.5) Ved at indføre C3 opnåes en frekvensafhængig forstærkning. Dette gøres for at undgå at højfrekvent støj kan forstyrre reguleringen. For at give et eksempel af forstærkningen, udregnes der 5 eksempler med hhv. DC (0Hz), 1kHz, 10kHz, 100kHz og f =. Da forstærkningen i en operationsforstærker selvfølgelig ikke er uendelig, vil den være lig med A OL (se billedet fra databladet for LF356 herunder). Figur 4.62: Open loop karakteristik for LF356 A OL = (4.6) A DC = 1 + 1kΩ π 0 1nF 10kΩ = A OL (4.7) A 1kHz = 1 + 1kΩ π 1kHz 1nF 10kΩ = 17, 015 (4.8) A 10kHz = 1 + 1kΩ π 10kHz 1nF 10kΩ = 2, 692 (4.9) 86 af 98

89 A 100kHz = 1 + 1kΩ π 100kHz 1nF 10kΩ = 1, 259 (4.10) A = 1 + 1kΩ π 1nF 10kΩ = 1, 1 (4.11) Udgangen af operationsforstærkeren styrer gaten på en P-kanal FET. I databladet for IRF9Z24 findes følgende oplysninger: R DS(on) = 0, 28Ω når V GS = 10V I D = 11A når T = 25 C og I D = 7, 7A når T = 100 C P D = 60W Den maksimale strøm der trækkes ved 12V er 3,5A og ved 5V er den 2,7A. Den afsatte effekt i FET en kan dermed udregnes: P 5V = (16, 97V 5V ) 2, 7A = 32, 321W (4.12) P 12V = (16, 97V 12V ) 3, 5A = 17, 397W (4.13) For at kunne klare denne effekt, skal de 2 FETs monteres på køleplader. Figur 4.63: Strømforsyningens køleplader I tilfælde af at operationsforstærkeren lukker for FET en inden den når at lade en spænding igennem, monteres der en opstartsmodstand henover FET en (fra source til drain). Denne sørger for at C5 lades op og spændingsføleren giver nu en spænding ind til fejlforstærkeren. Når denne spænding så overstiger referencepunktet, vil fejlforstærkeren regulere det ved at hæve spændingen på FET ens gate Realisering Kredsløbet er opbygget på VERO board. Udgangen skal belastes med effektmodstande så de trækker de udregnede maksimal-værdier. Størrelsen af effekt modstandene beregnes: R 5V = Til rådighed findes der følgende effektmodstande: 2 stk. 5Ω 4 stk. 10Ω Følgende opstillinger kommer tættes på den ønskede belastning: 5V = 1, 852Ω (4.14) 2, 7A R 12V = 12V = 3, 429Ω (4.15) 3, 5A R 5Vrealisering = ( ) 1 = 1, 667Ω (4.16) R 12Vrealisering = ( ) 1 = 3, 333Ω (4.17) Testen kan nu opstilles, og resultatet samt opstillingen ses herunder: 87 af 98

90 Figur 4.64: Testopstillingen med belastning på 5V forsyningen Figur 4.65: Testopstillingen med belastning på 12V forsyningen Figur 4.66: 5V forsyningen uden belastning Figur 4.67: 5V forsyningen med belastning Figur 4.68: 12V forsyningen uden belastning Figur 4.69: 12V forsyningen med belastning Som figur4.67 viser, kommer der en rippel på forsyningen ved belastning. Rippelen på 5V-forsyningen giver følgende informationer: V pp = 160mV Periodetiden kan aflæses til T = 10mS hvilket medfører en frekvens på f = 1 T = 100Hz 100Hz frekvensen som optræder ved belastningen fortæller, at der er mangler på kapacitet. Når spændingen fra transformeren rammer dens peak-værdi, bliver kondensatoren C 1 ladet helt op. Men inden den næste peak-værdi forekommer, har kondensatoren afladet 160mV. Dette giver en rippel som kan fjernes ved at tilføre mere kapacitet. Samme fænomen ser vi, ved at kigge på figur4.69. V pp = 80mV Periodetiden kan aflæses til T = 10mS hvilket medfører en frekvens på f = 1 T = 100Hz Det skal også noteres at begge forsyninger ikke rammer den ønskede spænding. Der er flere unøjagtigheder som kan påvirke dette: Unøjagtighed i zener-dioden D 5. Offset i fejlforstærkeren U 4. Transformertest Transformeren tilfører et tab i strømforsyningen i form af følgende: Modstand i primær- og sekundær-vindinger Leakage reaktans i primær- og sekundær-vindinger. Jernkerne tab. Magnetisk reaktans. For at beregne disse faktorer foretages der 2 målinger: Short-circuit giver modstanden i vindingerne samt leakage reaktansen. 88 af 98

91 Open-circuit giver jernkernetabet og den magnetiske reaktans. Short-circuit testen forbinder en variabel spændingskilde til primær-siden og kortslutter sekundærsiden. Figur 4.70: Short-circuit test R eq1 simulerer tabet i vindingerne. X eq1 simulerer leakage reaktansen. Først findes den maksimale strøm som må løbe i primær-siden. Det udregnes således: I max = S rated = 160V A = 0, 696A (4.18) V rated 230V Spændingen på skille-varioen justeres fra 0VAC indtil strømmen er I max = 0, 696A. Spændingen aflæses til V sc = 18V. Nu kan den aktive effekt beregnes: Nu kan tabene beregnes: P sc = V sc I max = 18V 0, 7A = 12, 522W (4.19) R eq1 = P sc 12, 522W Imax 2 = = 25, 875Ω (4.20) (0, 696A) 2 Z eq1 = V sc = I max X eq1 = 18V = 25, 875Ω (4.21) 0, 696A ( Z eq1 ) 2 R 2 eq1 = 0 (4.22) Z eq1 = R eq1 + j X eq1 = 25, 875Ω (4.23) Open-circuit testen forbinder en 230V spændingskilde til primær-siden og sekundær-siden står ubelastet. Figur 4.71: Open-circuit test Spændingen på skille-varioen sættes til 230VAC. Tomgangsstrømmen skal aflæses og den aktive effekt beregnes: Nu kan tabene beregnes: I oc = 10mA (4.24) P oc = V rated I oc = 230V 10mA = 2, 3W (4.25) N 1 = 12 (4.26) N 2 = 230 (4.27) V 1 = N 1 V rated = = 12V (4.28) N Y m = G C = P oc V 2 1 = N 2 N 1 I oc = V 1 B m = 2, 3W = 16mS (4.29) 12V mA = 16mS (4.30) 12V Y m 2 G 2 C = 0 (4.31) Y m = G C = j B m = 16mS (4.32) 89 af 98

92 Fremtidigt arbejde Der var umiddelbart 2 forbedringer som ville give en mere stabil og funktionel strømforsyning. Først og fremmest skal der indføres mere kapacitet på udgangen af strømforsyningen. Dette vil fjerne eller i hvert fald formindske den rippel som opstår ved større belastninger. For det andet kan der indføres et potmeter i spændingsføleren, som derved kan justere udgangsspændingen. Dette vil samtidig også gøre, at begge kredsløb (til 5V og 12V) kunne være ens. Det giver også mulighed for at lave andre spændinger ud fra kredsløbet. Til et færdigt produkt er der stadig meget arbejde med f.eks. at udligge print og konstruere et chassis som strømforsyningen og ikke mindst kølepladerne kan placeres i. 90 af 98

93 Accepttest Revision Ændret af Version Dato Alle Tabel 5.1: Revision for Accepttest 5.1 Test setup Til at teste følgende skal der bruges et setup med en PC der er i stand til at forbinde til den indlejrede Linux platform. Fieldsensorer tilsluttes til den indlejrede Linux platform via de PSoC moduler der styre dem. Aktuatorerne skal ligeledes tilsluttes gennem deres respektive moduler Accepttests Accepttest Use Case 1 Kalibrer ph-probe Test Forventet resultat Resultat Teknikeren tager ph-proben ud af karet og sætter den ned i buffer-væsken Rød LED lyser på karprintet Teknikeren venter i 2 minuter Proben er placeret i væsken i 2 minuter Teknikeren trykker på knappen kalibrer på karprintet og holder den nede i 3 sekunder Rød LED skifter til grøn LED Test OK Test OK Test OK Tabel 5.2: Acceptest for Use Case 1 Kalibrer ph-probe 1 FiXme Fatal: Alle accepttest skal rettes der er ingen af dem der passer 91 af 98

94 Accepttest Use Case 2 Opret kar Test Forventet resultat Resultat Teknikeren tilgår gui en ved at indtaste management url i sin webbrowser Teknikeren trykker på Service-knappen i gui en til AVS Teknikker trykker på knappen Opret kar (blå knap 2 ) Tekniker indtaster navnet Test i feltet Navn, adressen 2 i feltet Adresse og trykker Opret kar (blå knap 3 ) Systemet viser gui en til AVS Systemet viser service menuen Systemet viser en dialogboks hvor det er muligt at indtaste navnet og adressen til det kar man vil oprette Systemet opretter et nyt kar med navnet Test og adressen 2, der kan ses nederst i listen over Kar, i gui en til AVS Tabel 5.3: Acceptest for Use Case 2 Opret kar Test OK Test OK Test OK Test OK Accepttest Use Case 3 Opret Sensor Ø Test Forventet resultat Resultat Teknikeren tilgår gui en ved at indtaste management url i sin webbrowser Teknikeren trykker på det øverste oprettet kar i gui en Teknikeren trykker på knappen Opret Sensorø (blå knap) Tekniker indtaster adressen 4 i feltet Adresse og trykke Save changes (blå knap 4 ) Systemet viser gui en til AVS Systemet viser et skærmbillede med oversigt over karet Systemet viser en dialogboks hvor det er muligt at indtaste adressen til den Sensor Ø man vil oprette Systemet opretter et ny Sensor Ø, med adressen 4, der kan ses nederst i listen over Sensorøer, i oversigten over karet Test OK Test OK Test OK Test OK Tabel 5.4: Acceptest for Use Case 3 Opret Sensor Ø 92 af 98

95 Accepttest Use Case 4 Fyld kar Test Forventet resultat Resultat Bruger tilgår gui en ved at indtaste management url i sin webbrowser Bruger trykker på det øverste oprettet kar i gui en Bruger trykker på knappen Åben indløbsventil (blå knap) i boksen Ventilstyring Bruger trykker på knappen Luk indløbsventil (hvid knap) Systemet viser gui en til AVS Systemet viser et skærmbillede med oversigt over karet Indløbsventil-knappen bliver hvid, teksten i knappen ændres til Luk indsløbsventil og systemmet begynder at fylde karet med vand Indløbsventil-knappen bliver blå, teksten i knappen ændres til Åbn indsløbsventil og systemmet stopper med at fylde karet med vand Tabel 5.5: Acceptest for Use Case 4 Fyld kar Test OK Test OK Test OK Test OK Accepttest Use Case 5 Indtast ph-værdi Test Forventet resultat Resultat Bruger tilgår gui en ved at indtaste management url i sin webbrowser Bruger trykker på det øverste oprettet kar i gui en Bruger trykker på feltet i tabellen Kar data, under Indtastet værdi, og ud fra ph-værdi (0-14), skriver værdien 7.5 og trykker Gem data Systemet viser gui en til AVS Systemet viser et skærmbillede med oversigt over karet Systemet opdaterer ph-værdien til 7.5, som nu kan ses i tabellen Kar data, under Indtastet værdi, og ud fra ph-værdi (0-14) Test OK Test OK Test OK Tabel 5.6: Acceptest for Use Case 5 Indtast ph-værdi Accepttest Use Case 6 Indtast volumen Test Forventet resultat Resultat Bruger tilgår gui en ved at indtaste management url i sin webbrowser Bruger trykker på det øverste oprettet kar i gui en Bruger trykker på feltet i tabellen Kar data, under Indtastet værdi, og ud fra Vandniveau (l), skriver værdien 5 og trykker Gem data Systemet viser gui en til AVS Systemet viser et skærmbillede med oversigt over karet Systemet opdaterer vandniveau til 5, som nu kan ses i tabellen Kar data, under Indtastet værdi, og ud fra Vandniveau (l) Test OK Test OK Test OK Tabel 5.7: Acceptest for Use Case 6 Indtast volumen 93 af 98

96 Accepttest Use Case 7 Aflæs målinger Test Forventet resultat Resultat Bruger tilgår gui en ved at indtaste management url i sin webbrowser Bruger trykker på det øverste oprettet kar i gui en Bruger aflæser ph-værdien i tabellen Kar data under Målt værdi og ud fra ph-værdi (0-14) Bruger aflæser vandniveau i tabellen Kar data under Målt værdi og ud fra Vandniveau (l) Bruger aflæser jordfugtighed i tabellen Kar data under Målt værdi og ud fra Jordfugtighed (%) Systemet viser gui en til AVS Systemet viser et skærmbillede med oversigt over karet En værdi mellem 0-14 aflæses i tabellen Kar data under Målt værdi og ud fra ph-værdi (0-14) En værdi med enheden liter aflæses i tabellen Kar data under Målt værdi og ud fra Vandniveau (l) En værdi med enheden % aflæses i tabellen Kar data under Målt værdi og ud fra Jordfugtighed (%) Test OK Test OK Test OK Test OK Test OK Tabel 5.8: Acceptest for Use Case 7 Aflæs målinger Accepttest Use Case 8 Manuel vanding Test Forventet resultat Resultat Bruger tilgår gui en ved at indtaste management url i sin webbrowser Bruger trykker på det øverste oprettet kar i gui en Bruger trykker på knappen Start manuel vanding (blå 5 knap) i boksen Manuel vanding Bruger trykker på knappen Stop manuel vanding (hvid 7 knap) i boksen Manuel vanding Systemet viser gui en til AVS Systemet viser et skærmbillede med oversigt over karet Manuel vanding-knappen bliver hvid 6, teksten i knappen ændres til Stop manuel vanding og systemet begynder at vande ved alle Sensor Øerne Manuel vanding-knappen bliver blå 8, teksten i knappen ændres til Start manuel vanding og systemet Stopper med at vande ved alle Sensor Øerne Test OK Test OK Test OK Test OK Tabel 5.9: Acceptest for Use Case 8 Manuel vanding 94 af 98

97 Accepttest Use Case 9 Tøm kar Test Forventet resultat Resultat Bruger tilgår gui en ved at indtaste management url i sin webbrowser Bruger trykker på det øverste oprettet kar i gui en Bruger trykker på knappen Åben afløbsventil (blå knap) i boksen Ventilstyring Bruger trykker på knappen Luk afløbsventil (hvid knap) Systemet viser gui en til AVS Systemet viser et skærmbillede med oversigt over karet Afløbsventil-knappen bliver hvid, teksten i knappen ændres til Luk afløbsventil og systemmet begynder at tømme karet for vand Afløbsventil-knappen bliver blå, teksten i knappen ændres til Åbn afløbsventil og systemmet stopper med at tømme karet for vand Tabel 5.10: Acceptest for Use Case 9 Tøm kar Test OK Test OK Test OK Test OK Accepttest Use Case 10 Slet Kar Test Forventet resultat Resultat Teknikker tilgår gui en ved at indtaste management url i sin webbrowser Teknikker trykker på knappen med et skraldespands ikon ud for det øverste oprettet kar i guien Teknikker trykker ok i dialog Systemet viser gui en til AVS Systemmet spørger om teknikeren er sikker i en dialog Systemet sletter karet og returnerer Teknikeren til listen over kar Tabel 5.11: Acceptest for Use Case 10 Slet Kar Test OK Test OK Test OK 95 af 98

98 96 af 98 Automatisk Vandingssystem

99 Ordliste AVS Automatisk vandingssystem. CentralControl er systemets centrale computer. Database gemmer brugerens indstillinger samt log. Doseringsventil åbner og lukker for tilførslen af Gødningsmix til en bestemt Sensor Ø. Fieldsensor er en samlet generisk beskrivelse af måleinstrumenter, der kan tilsluttes en Sensor Ø. FlexPMS (Flexible Plant Management System) er den software, som binder brugergrænsefladen med den fysiske verdens. Flowmåler måler mængden af væske som løber gennem denne. Gromedie er det stof floran er plantet i, dette kan fx være muld. Gui er den grafiske brugergrænseflade. Gødningsmix er en blanding af vand og gødning med en bestemt ph-værdi. Kar er en beholder, der kan indeholde Gødningsmix. KarController styrer tilgangen af vand, gødning og ph-væske samt de sensor ø er der er tilkoblet denne. KarGruppe er et Kar med tilhørende KarController og Sensor Ø er. Management url adressen hvorpå guiinterfacet befinder sig. PC computer med Windows 7+ styresystem, samt Google Chrome som browser. Plante består af flora og gromedie. RSConverter et elektronisk print, som kan konvertere mellem UART 232 og RS485. Sensor Ø består af en Sensor Ø Control, en række Fieldsensorer, som måler fra et begrænset området, og en Doseringsventil. Sensor Ø Controller er controlleren i en Sensor Ø, som opsamler data fra sensorerne og kan styre Doseringsventilen. Ventilstyring en ventil, der kan åbnes og lukkes vha. et 5V-signal. Ventilen er tilsluttet 12V. 97 af 98

100