Іванов Олег

к.т.н., доцент

Левчук Віталій

к.т.н., доцент

Полтавська державна аграрна академія

м.Полтава

БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНИЙ ВИМІРЮВАЛЬНИЙ КОМПЛЕКС НА БАЗІ ПРОГРАМНО-АПАРАТНОГО КОМПЛЕКСУ ARDUINO

Традиційним способом та засобом для фіксації сигналів різного типу від вимірювальних засобів є персональний комп’ютер з відповідними електронними приставками, що оцифровують аналогові електричні сигнали та декодують цифровий код від цифрових електричних перетворювачів. Збір та накопичення інформації здійснюється в пам’яті комп’ютера, зокрема на його жорсткий диск чи аналогічним до нього носіям інформації. Використання даного підходу при здійсненні експериментальних досліджень дещо ускладнює їх проведення із-за тривалої попередньої підготовки та налаштування обладнання та ставить під сумнів можливість проводити моніторинг зміни фізичних параметрів у довготривалий часовий період.

Для уникнення даних складнощів пропонується використання програмно-апаратної платформи Arduino [1] для реалізацій функцій по фіксації, обробки та накопиченню отриманих даних на носіях інформації на основі енергонезалежної пам’яті типу FLASH, а також використання різного типу технологій бездротової передачі даних для відслідковування ходу проведення експерименту на відстані.

   Програмна частина платформи представляє собою програмну оболонку для написання, компіляції та програмування апаратно-виконуючих електронних засобів. Апаратна частина платформи являє собою електронний модуль з набором дискретних елементів з центральним мікроконтролером на базі 8-разрядних RISK мікроконтролерів фірми Atmel (можливе використання й інших мікроконтролерів різних виробників (Intel, ESP, ARM) та типів архітектури 8- та 16-ти разрядних). Для масштабування апаратної частини платформи іншими електронними чи електромеханічними пристосування різноманітними за своїм призначенням та виконанням використовуються комунікаційні порти вводу-виводу базового мікроконтролера даної платформи, які фізично виведенні на плату у вигляді штирового роз’єму [2].

Arduino може використовуватися як для створення автономних об'єктів автоматики, так і підключатися до програмного забезпечення на комп'ютері чи мобільних обчислювальних smart-засобів через стандартні провідні та бездротові інтерфейси, зокрема Bluetooth [3], NFC, RFID та інші.

Порти вводу-виводу мікроконтролерів можуть здійснювати як обробку та вивід логіко-дискретних сигналів фіксованого електричного рівня (5 та 3,3 В), так і реалізовувати деякі спеціальні можливості, наприклад широтно-імпульсна модуляції (ШІМ), аналогово-цифрового перетворювач (АЦП), інтерфейси UART, SPI, I2C. Кількість і можливості портів введення-виведення визначаються конкретним варіантом мікропроцесорної плати.

Крім портів на платах мікроконтролерів іноді встановлюється периферія в вигляді інтерфейсів USB або Ethernet. Опціональний набір зовнішньої периферії на модулях розширення включає в себе [2]: різнотипові пристрої USB, дротовий і бездротової Ethernet як на основній платі так і на платах розширення, модуль GSM, модулі енергонезалежної пам’яті типу FLASH, модулі управління низьковольтними кроковими та колекторними двигунами, засоби відображення інформації та інше.

Крім електронно-модульних пристроїв до Arduino можуть підключатися різноманітна гама контрольно-вимірювального обладнання, наприклад, гіроскопи, компаси, манометри, гігрометри, термометри [4], витратоміри [5], гігрометри та інші.

При використанні програмно-апаратної платформи Arduino для проведення експериментальних досліджент ставилась мета: по-перше, максимально спростити операції по реєстрації, перетворенню та обробці інформаційних сигналів від значної кількості вимірювальних датчиків; по-друге, мати єдиний комунікаційний центр по збору, накопиченню та перетворенню у цифровий вид усіх зафіксованих даних; по-третє, здійснювати передачу даних по загальному високошвидкісному зв’язку; по-четверте, отримувати достатню кількість інформації з оптимальною точністю та достовірністю при мінімальній трудоємності процесу вимірювання; по-п’яте, реалізувати можливість довгострокового та надійного збереження отриманої інформації для подальшого її відтворення; по-шосте, здійснювати оперативне та ефективне представлення проаналізованої інформації на відповідних засобах відображення інформації; а також значно підвищити загальну продуктивність праці дослідника при проведенні експериментальних досліджень.

Програмно-апаратна платформа Arduino дозволяє значним чином поліпшити умови проведення експериментальних досліджень та зменшити трудомісткість їх проведення, підвищити інформативність та наочність ходу експерименту, забезпечити проведення моніторингу довготривалих процесів та явищ.

Література

1. WHAT IS ARDUINO? / Arduino [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://www.arduino.cc/
2. Arduino. Свободная энциклопедия Википедия [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://ru.wikipedia.org/wiki/Arduino.
3. HC serial Bluetooth product. Datasheet [Електронний ресурс]. – Режим доступу:  http://www.tec.reutlingen-university.de/uploads/media/DatenblattHC-05_BT-Modul.pdf
4. Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer DS18B20. Datasheet [Електронний ресурс]. – Режим доступу:  https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS18B20.pdf
5. Water Flow Sensor HZ21WA. Datasheet [Електронний ресурс]. – Режим доступу:  http://www.microelectronicos.com/datasheets/UCTS0058.pdf