Projekt: Waagen-Kontroller
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- Reinhold Kraus
- vor 7 Jahren
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1 Dokumentation Softwareentwicklung für Embedded Systems WS06/07 Projekt: Waagen-Kontroller Anita Kienzler MatNr und Alexander Flamm MatNr Fassung: V0.4
2 Inhaltsverzeichnis 1 Versionsübersicht 2 2 Aufgabenbeschreibung 3 3 Analyse AVR Entwicklungstools Design Schnittstellen Waage - Hardware-Usart Cal Taste Siebensegmentanzeigen DAC RS232-Ausgabe - Software-Usart Ausgabeformate Implementierung 9 5 Ergebnis und Ausblick 10 Literaturverzeichnis 10 A Schaltpläne 12 1
3 Kapitel 1 Versionsübersicht Version Datum Art der Änderung Autor Stuktur der Dokumentation A.Kienzler Umstukturierung der Dokumentation Fertigstellung der Schnittstellenbeschreibung A.Kienzler, A.Flamm Fertigstellung der Dokumentation A.Flamm Verbesserung A.Kienzler, A.Flamm 2
4 Kapitel 2 Aufgabenbeschreibung An der Kugelsortieranlage ist eine Waage angebracht, um Kugeln nach ihrem Gewicht zu sortieren. Diese Waage sendet über RS232 diese Gewichtsdaten. Um das Arbeiten mit dieser Waage zu vereinfachen, soll ein Kontroller zwischen Waage und PC geschalten werden. Dieser Kontroller soll die Waagendaten verarbeiten und anzeigen. Die Anzeige soll über 3 Sieben-Segment-Anzeigen, eine durch einen Digital-Analog-Wandler erzeuge Ausgangsspannung und eine RS232 Schnittstelle geschehen. Weiterhin soll es möglich sein über einen Taster den momentan Wert als Nullpunkt festzulegen. 3
5 Kapitel 3 Analyse Für das Projekt wird ein AVR-Mikrocontroller verwendet. Dieser bendet sich zusammen mit anderen Bausteinen auf der Basis-Platine (siehe A.1). Eine zweite Platine enthält die Siebensegmentanzeigen und den Taster zum Nullsetzen der Anzeige (siehe A.2). 3.1 AVR Verwendet wird ein Mikrokontroller des Typs ATMEGA16, dies ist ein 8bit- Prozessor. Er verfügt über 16KB Flash-Speicher, 1KB RAM und 512B EE- PROM. Er besitzt einen USART. Dieser soll zur Kommunikation mit der Waage genutzt werden. 3.2 Entwicklungstools Als Entwicklungsumgebung wurde Eclipse verwendet. Um in Eclipse C oder C++ programmieren zu können wird das CDT-Plugin und Mingw benötigt. Für die Cross-Kompilierung von Hex-Files für den ATMEGA16 wird noch der AVR-GCC benötigt. Dieser bringt auch schon eine Bibliothek (Avr Libc [1]) mit. Weiter wurden Teile aus der Procyon AVRlib [2] verwendet. Diese sind der Hardware-UART (uart.c), der Software-UART(uartsw.c), die Timerfunktionen (timer.c) und der Ringpuer (buer.c). Um Testen der RS232-Schnittstelle bzw. zum Simulieren Waage wurde ein PC mit Terminalprogramm verwendet. Dies war zum einen das Hyper-Terminal von Windows und Docklight 1.6 ([3]). Die Quellcodedokumentation wurde mit Doxygen generiert. 4
6 3.3 Design Abbildung 3.1: Structured Analysis In Abbildung 3.1 ist das entstandene SA-Modell abgebildet. Empfangen und Auswerten der Messdaten sammelt die von der Waage gesendeten Nachrichten und prüft sie auf Gültigkeit. Ist die Nachricht komplett wird sie im Eingangspuer gespeichert. (RS232_Balance.c/h) Normieren des Gewichts liest aus der Nachricht das Gewicht und normier- 5
7 tes auf den von der Kalibrationtaste Cal festgelegten Wert. (main.c) Überprüfen des Wertebereichs und Festlegen der Ausgabewerte überprüft den normierten Wert auf den Wertebereich und erzeugt die Ausgabewerte bzw. die Fehlermeldungen. Diese werden in den Gemeinsamen Speicher bzw. in den Ausgabespeicher geschieben.(distribute.c/h) Setzte 7-Segment Anzeigen und Ausgabespannung Liest die Werte aus dem gemeinsamen Speicher und gibt sie zyklisch an die Ausgabeelemente weiter.(output.c/h) Versende Zeichen Liest einzelne Zeichen aus dem Ausgabespeicher und versendet sie über den Software-Usart. (uartsw.c/h) 3.4 Schnittstellen Waage - Hardware-Usart Die von der Firma Bizerba gestellte Waage ist wird durch Kommandos über die RS232-Schnittstelle gesteuert. Die Waage kann verschieden Werte senden: nichtnormierte Gewichtswerte, Zwischenergebisse, normierte Gewichtswerte. Mit diesen genormten Gewichtswerten wollen wir arbeiten. Zur Kommunikation mit der Waage muss die RS232-Schnittstelle des Kontrollers oder eines PC wie folgt eingestellt werden: 7 Datenbits 1 Stopbit Baudrate 9600 parity odd keine Flusssteuerung (Flowcontrol) Für die Verwendung des Waagen-Kontrollers muss die Waage so eingestellt sein, dass sie normierte Gewichtswerte schickt. Der versendete Gewichtswert besteht dabei aus einem initialen 'n', gefolgt von einem acht stelligen Zahlenwert und abgeschlossen durch ein Leerzeichen. Solch ein möglicher Wert könnte so aussehen: n
8 3.4.2 Cal Taste Durch die Cal-Taste kann der aktuell angezeigte Wert als neuer Nullpunkt übernommen werden. Alle weiteren Gewichtswerte werden dann relativ zu diesem Wert gesehen. Die Cal-Taste bendet sich bei den Siebensegmentanzeigen Siebensegmentanzeigen Die Siebensegementanzeige stellt den Gewichtswert in Gramm dar. Es ist eine Darstellung zwischen 0g und 153g möglich. Im Bereich von 0 bis 99.9g ist die Anzeige auf 100mg genau. Bei Werten ab 100g ist die Anzeige auf 1g genau DAC Der Spannungswert am Analogausgang liegt zwischen 0 und 9,8 Volt. Dabei entsprechen 0V einem Gewicht von 0g und 9,8V einem Gewicht von 153.5g. Dazwischen besteht eine fast lineare Abhängigkeit RS232-Ausgabe - Software-Usart Neben dem Hardware mäÿigen USART wird noch ein zweiter USART über Software realisiert. Dieser dient als zweite RS232-Schnittstelle zum versenden der verarbeiten Daten. Zum Empfangen der Gewichtsausgabe über die RS232- Schnittstelle muss der PC wie folgt eingestellt werden: 8 Datenbits 1 Stopbit Baudrate 9600 parity none keine Flusssteuerung (Flowcontrol) 7
9 3.4.6 Ausgabeformate Der Waagen-Kontroller hat wie zuvor beschrieben drei verschiedene Ausgabekanäle, die Siebensegmentanzeigen, den DA-Wandler, sowie die zweite RS232- Schnittstelle. Die Tabelle 3.1 soll einen Überblick über die verschiedenen Ausgabeformate vermitteln. Besonders bei den Siebensegmentanzeigen muss auf die Position des Punktes geachtet werden. Wird der festgelegte Messbereich von 0g bis 1535g über- oder unterschritten so wird dies durch spezielle Error-Ausgaben signalisiert. Gewichtswert Siebensegmentanzeige DA-Wandler RS232 0,0g 000 0V 0000\r\n 1,0g 01.0 ca. 6,38mV 0010\r\n 10,0g 10.0 ca. 0,63V 0100\r\n 100,0g 100 ca. 6,38V 1000\r\n 153,5g 153 9,8V 1535\r\n <0g E01 0V -001\r\n >1535g E02 0V -002\r\n Tabelle 3.1: Format angezeigter Werte Die Tabelle 3.2 zeigt die möglichen Error-Ausgaben mit ihrer Bedeutung. Error-Code E01 E02 Bedeutung Gewichtswert negativ Gewichtswert zu groÿ Tabelle 3.2: Error-Codes 8
10 Kapitel 4 Implementierung siehe Doxygen und Quellcode. 9
11 Kapitel 5 Ergebnis und Ausblick Auf Grund technischer Probleme der Waage wurde diese zur Reparatur eingesandt. Deshalb war es uns nicht möglich die Funktion mit der Waage zusammen zu testen. Eine Funktionsprüfung konnte aber mit der Verwendung eines PC, der als Ersatz für die Waage diente, durchgeführt werden. Dazu sendete der PC über die RS232-Schnittstelle ein Signal, das dem der Waage entspricht. Dies ermöglichte es uns die Funktion der Siebensegment-Anzeige sowie des DA-Wandlers zu bestätigen. Auch der durch Software simulierte USART verschickt über die zweite RS232-Schnittstelle seine Daten. Abschlieÿend lässt sich sagen, dass alle Ziele erreicht werden konnten. Die Funktionsüberprüfung wurde auf Grundlage der zuvor erhaltenen Gewichtsdaten der Waage durchgeführt. Sollten sich diese nach der Reparatur geändert haben, so muss eventuell eine Änderung des Programms erfolgen. Weiterhin sollte der Aufbau des DA-Wandlers überarbeitet werden, die Ausgabe des Wandlers ist nicht 100%ig proportional zu den angelegten Eingangswerten. 10
12 Literaturverzeichnis [1] N.N. AVR Libc Home Page. October 2006 [2] Stang, Pascal. Procyon AVRlib. September 2005 [3] Marco Flachmann ; Oliver Heggelbacher. Docklight RS232 Terminal / RS232 Monitor. October
13 Anhang A Schaltpläne 12
14 Abbildung A.1: Schaltplan Kontrollerplatine 13
15 Abbildung A.2: Schaltplan Anzeigeplatine 14
Interrupts im Handbuch des ATmega128 gründlich lesen.
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