Ανάπτυξη σειράς εφαρμογών ψηφιακού ελέγχου μικροσυστημάτων με τον μικροεπεξεργαστή Arduino Mega

• Κύριος συγγραφέας: Τζάμπερ, Ράμι Λεωνίδας
• Άλλοι συγγραφείς: Μάνεσης, Σταμάτιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2018
• Θέματα: Ψηφιακός έλεγχος; Μικροσυστήματα; Arduino; Digital control; Microsystems; 006.22

Το αντικείμενο της διπλωματικής είναι ο προγραμματισμός της Flight Electronics Multi Applications Board, μιας πλακέτας πειραμάτων της εταιρίας Flight Electronics International Ltd. προορισμένη για τη μελέτη ψηφιακού ελέγχου. Όντας κατασκευασμένη το 1993, η πλακέτα ήταν σχεδιασμένη για χρήση με συγκεκριμένους μικροεπεξεργαστές της δεκαετίας του 80. Είναι λοιπόν προφανής η ανάγκη για εκσυγχρονισμό του ελεγκτή, καθώς η συνδεσιμότητα, ο προγραμματισμός αλλά και η λειτουργικότητα τόσο παλιών επεξεργαστών είναι πλέον ξεπερασμένη. Σε καμία περίπτωση η πλακέτα της Flight Electronics και οι διαδικασίες που μπορούν να προγραμματιστούν σε αυτή μέσω του Arduino δεν αντικατοπτρίζουν πραγματικά προβλήματα ψηφιακού ελέγχου. Παρ’ όλα αυτά, αποτελούν πολύ χρήσιμο εργαστηριακό εργαλείο για τη πρακτική κατανόηση εννοιών όπως υπολογισμοί ανάδρασης, μετατροπές από ψηφιακό σε αναλογικό και το αντίστροφο και προγραμματισμού αλγορίθμων ελέγχου. Ο ελεγκτής που επιλέχθηκε είναι ο Arduino Mega 2560, βασισμένος στο μικροτσιπ ATmega2560. Οι πολλές ψηφιακές είσοδοι/έξοδοι που διαθέτει το καθιστούν κατάλληλο για τη σύνδεση της πλακέτας και των όποιων εξωτερικών στοιχείων. Επίσης, η ευκολία προγραμματισμού του Arduino σε C/C++, κάνει την ανάπτυξη εφαρμογών σε αυτό γρήγορη και αποτελεσματική. Στο κεφάλαιο 1, δίνεται περιγραφή των τεχνικών χαρακτηριστικών του Arduino Mega 2560 και αναλύεται η χρήση του ως ελεγκτή. Τέλος, περιγράφεται ο τρόπος σύνδεσής του με ηλεκτρονικό υπολογιστή και δίνονται βασικές οδηγίες για τον προγραμματισμό του. To Flight Electronics Multi Applications Board περιέχει διάφορα ελέγξιμα στοιχεία και εργαλεία για τον έλεγχο τους. Συγκεκριμένα, τα στοιχεία που περιέχει είναι: - Πηγές αναλογικού σήματος - DIL (Dual In Line) διακόπτες - Διακόπτες λειτουργίας - Analog to Digital Converter (ADC) - Digital to analog Converter (DAC) - Κινητήρας συνεχούς ρεύματος - Θερμαντικό στοιχείο - Μπάρα ένδειξης ποσοτήτων (Bargraph) 2 - LED ένδειξης κατάστασης - Φωτοκύτταρο Τα εγχειρίδια που ήταν διαθέσιμα, ήταν ελλειπή σε πληροφορίες και ήταν αναγκαία η αντίστροφη μηχανική της πλακέτας και η βαθμονόμηση των στοιχείων της. Αναλυτικότερα θα αναφερθούμε σε αυτά στο κεφάλαιο 2 και 4. Πέρα από τα στοιχεία της πλακέτας, χρησιμοποιήθηκαν και εξωτερικά στοιχεία για την επέκταση των πειραμάτων και για τη βαθμονόμηση διαφόρων στοιχείων. Επίσης, έγινε προσπάθεια υλοποίησης ενός PCB για την ευκολότερη σύνδεση του Arduino με την πλακέτα της Flight Electronics. Τέλος, γίνεται ανάλυση στα πειράματα που υλοποιήθηκαν, στο τρόπο που λειτουργούν τα στοιχεία κατά τη διάρκεια των πειραμάτων και δίνεται ο κώδικας του Arduino που τα πραγματοποιεί. Για την ευκολία του αναγνώστη, ο κώδικας κάθε πειράματος δίνεται στο τέλος της ανάλυσης του και όχι σε ξεχωριστό παράρτημα. Επίσης, στις περισσότερες περιπτώσεις αναλύονται κομμάτια του κώδικα και συναρτήσεις που παρουσιάζουν ενδιαφέρον και παραλείπονται κομμάτια που είναι κοινά όπως η δήλωση σταθερών και η ρύθμιση των pin που είναι ίδια σε όλα τα πειράματα.