Файл: График (план) Производственная (Преддипломная) практика обучающегося группы ххх Шифр и группы Фамилия, имя, отчество обучающегося Содержание практики.docx

Инкубатор состоит из:

- корпуса из материала с низкой теплопроводностью;

- системы жизнеобеспечения, поддерживающей необходимый уровень параметров;

- лотка для яиц;

- системы, осуществляющей автоматический переворот лотка.

Инкубатор включает в себя следующие функции, заданные индивидуально для каждого этапа инкубации:

- поддержание заданного значения температуры;

- осуществление вентиляции;

- автоматический переворот яиц;

- поддержание необходимого уровня влажности.

Необходимо разработать бытовой инкубатор смешанного типа с автоматическим поворотом лотков для куриных яиц. Это техническое средство должно реализовывать условия, представленные в таблице 2. Также необходимо обеспечить: поддержание влажности в границах ±5 % от установленного значения; температуру в пределах ±0,1 °С от заданного условия; автоматический поворот лотков.

Таблица 2 – Условия инкубации куриных яиц на различных этапах [1]

Номер этапа	Этап	Дни	Температура, °С	Влажность, %	Переворот лотка, раз в сутки	Проветривание
1	Первые 7 дней	1÷7	37,8÷38,0	60	4÷8	-
2	Следующие 4 дня	8÷14	37,8÷38,0	50	4÷6	-
3	С 12 дня до первого писка птенца	15÷25	37,8÷38,0	45	4÷6	1 раз по 15-20 минут
4	Появление цыплят на свет	26÷28	37,5÷37,7	70÷90	-	1 раз по 15-20 минут

4. Аппаратная реализация системы управления технической системой

Рынок микроконтроллеров насыщен различными видами устройств. Многие производители выпускают мини-компьютеры, включающие в себя действия микроконтроллеров. Для реализации инкубатора функционал миникомпьютеров является избыточным, поэтому рассмотрены 3 наиболее популярных семейства микроконтроллеров, обладающих сходным ценовым диапазоном.

---

Контроллеры семейства Arduino используются для создания объектов автоматики, а также могут подключаться к программному обеспечению на компьютере через стандартные и беспроводные интерфейсы. Программная часть представляет собой бесплатную программную оболочку (IDE) для написания программ. Аппаратная часть – это набор смонтированных печатных плат. Полностью открытая архитектура системы позволяет свободно копировать или дополнять линейку продукции, что объясняет огромное количество аналогов этих плат. Отличительной особенностью является обширное сообщество, поддерживающее разработки на основе данных микроконтроллеров и наличие множества готовых библиотек для работы с датчиками, приводами и другими внешними устройствами.

Netduino представляют собой открытую аппаратно-вычислительную платформу, базирующуюся на .NET Micro Framework. Эти платы в большинстве случаев совместимы с внешними платами расширения, разработанными для Arduino [2].

Платы Iskra JS – это модификация микроконтроллеров Iskra отечественного производства. Они представляют собой контроллеры, также совместимые c внешними платами расширения Arduino. Основное отличие Iskra JS – встроенный интерпретатор JavaScript. Программная разработка ведется в Espruino Web IDE или в приложении для Google Chrome – Web IDE [3].

Для разработки инкубатора ключевыми параметрами выбора семейства микроконтроллеров являются: язык программирования микроконтроллера, наличие множества готовых библиотек для работы с памятью и различными периферийными устройствами. Также желательно наличие обширного сообщества. Сравнение семейств микроконтроллеров Arduino, Iskra JS и Netduino представлено в таблице 3.
Таблица 3 – Сравнение Arduino, Iskra JS и Netduino

Название	Язык программирования микропроцессора	Среда разработки	Поддержка готовых библиотек	Обширное сообщество
Arduino	C++	Arduino IDE	+	+
Iskra JS	JavaScript	Espruino WEB IDE	-	-
Netduino	C#	Visual Studio IDE	+	-

JavaScript является интерпретируемым языком программирования, поэтому при использовании его для программирования микропроцессоров возможны потери памяти при непосредственном интерпретировании кода. C++ и C# являются группой С-подобных языков, одно из отличий которых – работа непосредственно с памятью приложения. C# обладает, так называемым, автоматическим «сборщиком мусора», работа с которым при программировании микропроцессора, многократно усложняет управление. Таким образом, очевидным выбором является семейство микроконтроллеров Arduino, являющееся флагманом в своей отрасли.

---

Наиболее приоритетными критериями при выборе модели контроллера для реализуемого проекта являются:

- достаточное количество цифровых и аналоговых входов/выходов;

- возможность сборки тестовой модели на макетной плате;

- цена.

Сравнение характеристик различных моделей Arduino представлено в таблице 4.
Таблица 4 – Сравнение моделей Arduino

Модель Arduino	Процессор	Тактовая частота, МГц	Analog Input	Digital I/O	Флеш-память, Кб	Макетная плата	Цена, руб.
Pro Mini	ATMega168	16	6	14	16	-	600,00
Uno	ATMega328P	16	6	14	32	+	1790,00
Leonardo	ATMega32u4	16	12	20	32	+	2090,00
Micro	ATMega32u4	16	12	20	32	-	2140,00
Nano	ATMega328	16	8	14	32	+	2390,00
Mega 2560	ATMega2560	16	16	54	256	+	3590,00
Due	AT91SAM3X8E	84	12	54	256	+	3990,00
101	Intel Curie	32	6	14	196	+	2913,00

Исходя из данных, представленных в таблице 5, преимущественным выбором является модель Arduino Uno, внешний вид которой представлен на рисунке 7. Несмотря на то, что Arduino 101 изначально оснащен встроенным Bluetooth-модулем, разница в цене заставляет отдать предпочтение Arduino Uno.

---

Рисунок 7 – Внешний вид Arduino Uno

Полные характеристики выбранного микроконтроллера представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Характеристики Arduino Uno

Характеристика	Единица измерения	Значение
Микроконтроллер	-	ATmega328
Рабочее напряжение	В	5
Входное напряжение (рекомендуемое)	В	7÷12
Входное напряжение (предельное)	В	6÷20
Цифровые Входы/Выходы (Пины)	-	14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ)
Аналоговые входы		6
Постоянный ток через вход/выход	мА	40
Постоянный ток для вывода 3.3 В	мА	50
Флеш-память	Кб	32 Кб (ATmega328) из которых 0,5 Кб используются для загрузчика
ОЗУ	Кб	2 Кб (ATmega328)
EEPROM	Кб	1 Кб (ATmega328)
Тактовая частота	МГц	16

Пины выбранного микроконтроллера предназначены для подключения внешних устройств и могут работать как в режиме входа, так и выхода. При помощи команды pinMode() к каждому из выводов может быть подключен встроенный резистор 20-50 кОм. Пины 0 и 1 также являются контактами протокола UART, выводы с 10 по 13 – контакты шины SPI, A4 и A5 – контакты шины I2C [4, 5].

Использование реле позволяет объединить электрические цепи с разными параметрами в одну. При подключении микроконтроллера Arduino к реле, появляется возможность управлять процессом замыкания и размыкания отдельных электрических цепей.

Реле характеризуется следующими параметрами:

---

- напряжение или ток срабатывания;

- напряжение или ток отпускания;

- время срабатывания и отпускания;

- рабочие ток и напряжение;

- внутреннее сопротивление.

Исходя из различия размыкающих механизмов и специфики внутреннего устройства, можно выделить две основные группы реле – электромеханические, включение в которых происходит с помощью электромагнита, и твердотельные, в которых используются специальные полупроводниковые составляющие.

Основными элементами электромагнитного реле являются: электромагнит, представляющий собой провод, намотанный на катушку из ферромагнетика; переключатель и пластина из магнитного материала, выступающая в роли якоря. Размыкание и замыкание цепи происходит механическим путем с помощью магнита. Реле срабатывает вследствие создания электромагнитной силы в сердечнике при прохождении тока по виткам катушки. При подаче управляющего сигнала, магнит притягивает якорь, в начальном состоянии удерживаемый пружиной, чем размыкает или замыкает цепь. При прекращении внешнего воздействия, якорь возвращается в исходное положение. Источниками управляющего напряжения могут быть любые устройства, подающие малый ток или малое напряжение. Электромагнитное реле предназначено для регулирования напряжений и токов, способно фиксировать отклонения параметров от нормальных значений, также может использоваться как запоминающее или преобразующее устройство. Этот тип реле находит широкое применение в различных системах автоматики.

В зависимости от внешних условий и назначения, существует множество видов электромагнитных реле. Если управляющий ток постоянный, то устройство должно быть нейтральным или поляризованным. Для переменного тока якорь изготавливается из электротехнической стали, чтобы уменьшить потери. Разделяют также якорное и герконовое реле. Для первого типа процесс замыкания-размыкания происходит при помощи перемещения якоря, для второго характерно отсутствие сердечника – магнитное поле воздействует непосредственно на электрод с контактами. По типу защитного покрытия, реле классифицируют на герметизированные, зачехленные и открытые. Вдобавок, касательно быстродействия электромагнитных реле, возможно выделить три группы: до 50 мсек, до 150 мсек и от 1 сек.

Преимущества электромагнитных реле в сравнении с полупроводниковыми устройствами – невысокая стоимость готового изделия, коммутация большой нагрузки при небольших габаритах устройства, малое выделение тепла на катушке. К недостаткам относят –

---