Пояснительная записка к диплому

Рассмотрим принципиальную схему поближе. От входного источника питания на 12 В, обозначенного на схеме XS1 питается вентилятор и ультразвуковой увлажнитель. Остальным элементам системы требуется 5 В, поэтому благодаря преобразователю напряжения, построенного на основе микросхемы LT1936, 12 В понижаются до 5 В. Ультразвуковой увлажнитель и вентилятор подключены к микроконтроллеру через транзисторное реле, которое в отличие от электромеханического более надежно и долговечно. Лампа накаливания управляется через диммер, на который ПИД-регулятор периодически отправляет необходимое значение электрической мощности для поддержания требуемого значения температуры. Часы реального времени DS3231 питаются автономно от батарейки CR2354 на 3 В. Оформленная принципиальная электрическая схема со спецификацией приведена в приложении 3.

управляющий сигнал и тем быстрее система будет приводить управляемую величину к заданной. В П-регуляторе всегда будет присутствовать ошибка, поэтому управляемая величина никогда не достигнет установленного значения [12].

Интегральная составляющая суммирует саму себя с разностью заданным и текущим значением с датчика, причем это суммирование происходит с заданным периодом дискретизации [12].

В интегральной составляющей копится ошибка, позволяя регулятору в течении времени полностью устранить ее и привести управляемую величину к установленному значению с максимальной точностью.

Физический смысл периода заключается в том, что чем инерционнее система, тем реже можно осуществлять ПИД регулировку. К примеру, для обогрева комнаты достаточно периода 1 секунды и больше, а для контроля за оборотами двигателя необходимо поставить пару десятков миллисекунд, т.е. около сотни раз в секунду [12].

Дифференциальная составляющая представляет из себя разность заданным и текущим значением с датчика, поделенную на заданный период дискретизации [12].

Дифференциальная составляющая оказывает компенсирующее воздействие на резкие изменения в системе. При правильной настройке эта составляющая предотвращает сильное перерегулирование и уменьшает раскачку.

Перейдем к расчету коэффициентов. Для этого воспользуемся методом подбора Зиглера–Никольса, суть которого состоит в следующем [11]:

1.Выставить все коэффициенты ( , , ) в 0;

2.Постепенно увеличивать величину и отслеживать реакцию системы. При большом перерегулировании необходимо уменьшить пропорциональный коэффициент, а если регулятор долго достигает установочного значения – увеличить. При появление незатухающих колебаний, следует запомнить и обозначить его как 1. После этого замеряется период колебаний системы в секундах.

3.Рассчитываются итоговые коэффициенты по следующим формулам:

Типичная температура инкубации яйца составляет 37,5 . После многочисленных экспериментальных подборов величины 1, незатухающие колебания возникли при 1 = 20 с периодом колебаний = 10. Применяя формулы 2.7.5-2.7.7 вычислим требуемые коэффициенты регулирования:

Результаты подстановки вычисленных коэффициентов представлены на рис.2.6.2.

Красным графиком на рис.2.7.2 изображено изменение величины управляющего сигнала, зеленым – заданная величина температуры, а синим – текущее значение температуры. Процесс стабилизации достаточно плавный. Нет больших перелетов и недобора температуры. Колебание температуры происходит в пределах 37,38…37,68 , что является отличным результатом.

2.8 Математический расчет дальности Wi-Fi сигнала

Рассчитаем предварительную дальность связи между маршрутизатором и автоматическим инкубатором.

Инженерная формула расчета потерь в свободном пространстве имеет следующий вид [5, с. 11]:

Таблица 2.8.1 – Исходные данные

Дальность связи:

Расчет выполнен для идеальных условий и не предусматривает наличие различных препятствий. При проектировании системы с беспроводным доступом и выбором ее местоположения требуется учитывать влияния различных препятствий на прохождение радиосигнала. Основные виды препятствий приведены в табл.2.8.2.

Таблица 2.8.2 – Потери сигнала Wi-Fi при прохождении препятствий

Например, если беспроводной инкубатор разделен с маршрутизатором межкомнатной стеной, то радиус действия Wi-Fi после ее прохождения уменьшится до 15% от высчитанной величины, т.е. до 205 метров.