Регулятор освещенности

Разработать регулятор освещенности точечного объекта на базе микроконтроллера ATmega8(A).

Выполнить регулятор в виде печатной платы. Предусмотреть наличие отладочных интерфейсов и интерфейсов сопряжения с другими микросхемами.

В качестве алгоритма управления взять ПИД-регулятор.

Инвентарь (технические средства)

• Макет Регулятор освещенности
• Микроконтроллер ATmega8A
• Драйвер RS-232 ST232 / MAX232
• Набор усилителей TL084
• Преобразователь уровней $$+12V \rightarrow \pm 5V$$
• Резисторы, конденсаторы, диоды, разъемы...

Инвентарь (программные средства)

• Схемотехнический редактор Micro Cap 9
• Разводчик Sprint Layout 5.0
• Среда разработки IAR Embedded Workbench for Atmel AVR 5.50.1 со встроенным компилятором
• Программатор avreal

Требования к реализации

Вся работа по созданию регулятора освещенности состоит из следующих частей:

1. Схемотехническое моделирование (моделирование, разводка)
2. Монтаж платы
3. Программирование микроконтроллера
4. Проведение испытаний

Моделирование

Производится исходя из имеющегося инвентаря.

1. Необходимо разработать питающие каскады фотодиода, принять с него сигнал, отфильтровать (в т.ч. от наводки сети 50Гц) и усилить его для подачи на АЦП.

   Кроме сигнала с фотодиода, на АЦП должен поступать (тоже через фильтр и усилитель) некоторый (регулируемый) опорный уровень, определяющий уровень освещенности, относительно которого будет производиться регулирование.

2. Разработка питающих каскадов светодиода. Питание светодиода производится при помощи широтно-импульсной модуляции, которая рассчитывается и производится микроконтроллером.

3. Разработка схем подключения интерфейсных выводов (RS-232, SPI, I2C).

Монтаж

Состоит из производства непосредственно печатной платы.

Программирование

Должно решать задачу управления светодиодом в зависимости от поступающих опорного и текущего сигналов интенсивности света, а именно задачу формирования необходимой ширины импульсов, поступающих на светодиод. Предлагается использовать ПИД-регулятор в качестве алгоритма управления.

Кроме того, необходимо разработать механизмы отладки через последовательный интерфейс RS-232.

Описание макета

Изображение лабораторного макета представлено на рис.

Макет состоит из планки с двумя парами светодиодов (пара, управляемая с макета и дающая свет в ИК и видимом красном диапазоне волн, и аналогичная пара с внешним управлением) и управляющей ручкой и плоскости с установленным на ней фотодиодом, способной передвигаться по рельсам вперед и назад. Ручка позволяет настраивать яркость первой пары светодиодов. Светодиоды в парах связаны между собой и управляются общим входным сигналом. Фотодиод имеет выходы для включения во внешнюю управляющую схему.

Задачей управления является построение оптимального алгоритма поддержания постоянной интенсивности света на светодиоде путем управления парой внешних светодиодов.

Описание преобразователя уровней

Преобразователь уровней -- устройство, осуществляющее преобразование однополярного напряжения $$+12V$$ в двуполярное $$\pm 5V$$.

Его внешний вид (сверху) и распиновка приведены на рис.