{"id":100,"date":"2018-07-15T14:20:07","date_gmt":"2018-07-15T12:20:07","guid":{"rendered":"http:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/?page_id=100"},"modified":"2018-07-15T21:10:04","modified_gmt":"2018-07-15T19:10:04","slug":"ein-und-ausgabe","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/gruppe-5-steuerung\/ein-und-ausgabe\/","title":{"rendered":"Ein- und Ausgabe"},"content":{"rendered":"
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Diese Untergruppe besch\u00e4ftigt sich mit der Ausgabe der Messdaten auf einem LC-Display und der Eingabe von Parametern, die der Regelung zugrunde liegen, durch vier Kn\u00f6pfe, welche sich unter dem Display befinden.<\/p>\n

Beschaltung Display<\/a><\/span><\/p>\n

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Bedienung<\/h1>\n
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Grunds\u00e4tzlich existieren zur Bedienung zwei verschiedene Modi: Der Anzeigemodus und der Einstellungsmodus. Der Wechsel zwischen diesen Modi erfolgt durch das Gleichzeitige dr\u00fccken der Tasten hoch und runter. Zus\u00e4tzlich zu diesem manuellen Wechsel erfolgt ein Wechsel in den Anzeigemodus auch automatisch nach einer gewissen Zeit der Inaktivit\u00e4t. Im inaktiven Zustand werden nun zus\u00e4tzlich die angezeigten Daten automatisch durchgewechselt.<\/p>\n

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Anzeigemodus<\/h2>\n
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Im Anzeigemodus werden diverse durch die Sensoren aufgenommene Daten wie z. B. Temperatur, Tankf\u00fcllstand, Luft- & Bodenfeuchtigkeit angezeigt. Zwischen den Seiten, auf denen jeweils ein Wert angezeigt wird, kann mit den Tasten rechts und links gewechselt werden.<\/p>\n

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Einstellungsmodus<\/h2>\n
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Im Einstellungsmodus k\u00f6nnen Parameter wie z.B. die gew\u00fcnschte Temperatur, Be- leuchtungsdauer etc. eingestellt werden. Die Einstellung dieser Werte erfolgt mittels der hoch und runter Tasten, wobei diese den jeweiligen Wert in definierbaren Inkrementen inkrementieren bzw. dekrementieren. Auch in diesem Modus kann mit den Tasten rechts und links durch die verschiedenen Seiten mit jeweils einem Parameter navigiert werden.<\/p>\n

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LC-Display<\/h1>\n
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Funktionsweise<\/h2>\n
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Um das Vornehmen von Einstellungen am Gew\u00e4chshaus zu erm\u00f6glichen, wird eine Fl\u00fcs- sigkristallanzeige(engl.: LCD) genutzt. Das Verwendete Display-Modul ist EA W162B- N3LW vom Hersteller Electronic Assembly. \u00dcber diese Anzeige ist es m\u00f6glich, mit Tastern durch ein Men\u00fc zu navigieren und Parameter wie die Temperatur oder die Beleuchtungsdauer zu \u00fcberwachen und anzupassen.\u00a0Eine solche Anzeige besteht aus einem Array von Fl\u00fcssigkristallelementen. Die Funktionsweise eines solchen Elements basiert darauf, dass dessen Lichtdurchl\u00e4ssigkeit durch das Anlegen einer Spannung manipuliert werden kann. Die Molek\u00fcle des verbauten Fl\u00fcssig- kristalls \u00e4ndern durch die angelegte Spannung ihre Anordnung wodurch das einfallende Licht abgelenkt wird. Das Licht wird in diesem Fall durch eine Hintergrundbeleuchtung erzeugt. Ein solches Element bildet dann einen Pixel der einfarbigen Fl\u00fcssigkristallanzeige. Dieses Array aus Fl\u00fcssigkristallelementen wird beim verbauten Display durch eine Passiv-Matrix angesteuert.\u00a0Da die direkte Ansteuerung dieser Matrix nicht effizient mit einem Mikrocontroller zu bewerkstelligen ist, wird auf den meisten LCDs ein Controller wie der HD44780 verbaut, der diese Ansteuerung \u00fcbernimmt. Mithilfe dieses Controllers ist es m\u00f6glich das Display \u00fcber den verbauten ATMega32 zu steuern.<\/p>\n

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Ansteuerung<\/h2>\n
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Um das Display bzw. den Controller anzusteuern, muss der Mikrocontroller mit den 16 Pins des Displays verbunden werden. Die Pinbelegung ist der Tabelle zu entnehmen.<\/p>\n

\"Bildschirmfoto<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Das Display kann im 4- oder im 8-bit Modus betrieben werden. Im 8-bit-Modus werden alle acht Datenleitungen des Displays an jeweils einen IO-Pin des Mikrocontrollers angeschlossen. Pro Zugriff k\u00f6nnen so acht Bit, bzw. ein Byte, an das Display \u00fcbertragen werden. Im 4-bit-Modus werden nur die oberen vier Datenleitungen des Displays mit dem Mikrocontroller verbunden, weshalb nun zwei Zugriffe mit jeweils 4 Bit ben\u00f6tigt werden um ein Byte zu \u00fcbertragen.\u00a0Da dieses Projekt aufgrund der vielen Sensoren und zu steuernden Ger\u00e4tschaften eine gro\u00dfe Menge an In- und Outputs ben\u00f6tigt, haben wir uns f\u00fcr den 4-bit-Modus entschieden. So k\u00f6nnen vier IO-Pins des Mikrocontrollers f\u00fcr andere Aufgaben verwendet werden. \u00dcber den Pin RS kann dem Display mitgeteilt werden, ob ein gesendetes Byte als Befehl interpretiert, oder ob das Byte angezeigt werden soll. \u00dcber RW wird bestimmt ob gelesen oder geschrieben werden soll. Lesen ist zum Beispiel sinnvoll um festzustellen, ob der letzte Befehl schon abgearbeitet wurde. Mit E wird dem Display mitgeteilt, dass alle anderen Datenleitungen die gewollten Werte angenommen haben und nun ausgelesen werden k\u00f6nnen. Mithilfe dieser Verschaltung kann das Display nun \u00fcber den ATMega32 angesteuert werden.<\/p>\n

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Eingabe<\/h1>\n
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Die Eingabe erfolgt \u00fcber vier Tasten, welche jeweils einen digitalen I\/O-Pin des Mikro- controllers belegen. Diese Tasten werden verwendet um durch das Men\u00fc, welches auf dem LC-Display angezeigt wird, zu navigieren und die Parameter, auf deren Basis die Systeme der anderen Gruppen geregelt werden, einzustellen.<\/p>\n

\"Bildschirmfoto<\/a>

Entprellung mit Kondensator<\/p><\/div>\n

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Entprellung<\/h2>\n
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Ein idealer Taster schaltet beim Dr\u00fccken durch und ist nach dem Loslassen wieder offen. Jedoch ist dies beim realen Taster nicht so. Dieser schaltet zwar schnell genug, aber verharrt nicht in diesem Zustand. Er Prallt zur\u00fcck und erreicht den Endzustand erst nach einer gewissen Zeitspanne. In dieser Zeit kann es passieren das der Mikrocontroller den Taster mehrfach auslie\u00dft und das Prellen als mehrere Tastendr\u00fccke erkennt. Um dies zu vermeiden, kann entweder eine softwareseitige oder eine hardwareseitige Entprellung vorgenommen werden. Der einfachste Weg ist es hierbei den pull-down Widerstand um einen parallelen Kondensator zu erg\u00e4nzen.<\/p>\n

\"tasterohne\"<\/a>

Taster ohne Entprellung<\/p><\/div>\n

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Dieser wird, aufgrund der geringen Kapazit\u00e4t, sehr schnell geladen und h\u00e4lt beim Prellen den Spannungswert oberhalb der Thresholdspannung der digitalen Pins. Die Messung eines solchen Prellvorgangs ist in den beiden Abbildungen dargestellt. Bei Verwendung des Kondensators sinkt die Spannung, wie in Abbildung 53 zu erkennen, nicht unter 4V.<\/p>\n

\"tastermit\"<\/a>

Taster mit Entprellung<\/p><\/div>\n

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In der Schaltung wurde auf einen zus\u00e4tzlichen Widerstand zur Strombegrenzung verzichtet, um den Kondensator m\u00f6glichst schnell zu laden. Die einzige Strombegrenzung stellen hierbei die Leitungsbel\u00e4ge dar, was sich in einem leichten \u00dcberschwingen \u00e4u\u00dfert. Da der gew\u00e4hlte Kondensator sehr klein gew\u00e4hlt ist, wird die Versorgungsspannung dadurch jedoch nicht zu stark belastet.<\/p>\n

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Taster<\/h2>\n
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Neben der Entprellung ist die Wahl der Taster ebenfalls wichtig. Sie dient nicht nur der Nutzerfreundlichkeit, sondern auch der Lebensdauer und Zuverl\u00e4ssigkeit des Systems. Durch die Wahl von Tastern die bereits eine sehr geringe Prellzeit aufweisen kann der Kondensator im RC-Glied geringer gew\u00e4hlt werden und der Taster schneller ausgelesen werden. Das aber wohl wichtigste Merkmal ist die Lebensdauer. \u00dcbliche Kurzhubtaster verf\u00fcgen \u00fcber eine Lebensdauer von 100000 Zyklen. Aus diesen Gr\u00fcnden haben wir uns f\u00fcr Cherry MX Keyswitches entschieden. Die Lebensdauer wird bei diesen mit 50 Millionen Zyklen angegeben und die Prellzeit mit unter 5ms.<\/p>\n

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Software<\/h1>\n
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Die Software zur Ein- & Ausgabe ist in der Programmiersprache C geschrieben und wird von der Microkontroller-Teilgruppe eingebunden und auf dem selben Microkontroller ausgef\u00fchrt. Das Programm ist in drei Teile unterteilt: Die Ansteuerung des LCDs, das Auslesen der Taster und der so genannte Controller, welcher die Men\u00fclogik abbildet und hierzu die beiden anderen Module verwendet.<\/p>\n

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LCD-Ansteuerung<\/h2>\n
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Bevor das LCD beschrieben werden kann, muss dieses zun\u00e4chst initialisiert werden. Hierzu m\u00fcssen zun\u00e4chst 3 Resets, bestehend aus dem Kommando 0x30, welches \u00fcber die Datenleitungen gesendet wird, und einem Nullsetzten des Reset-Pins, durchgef\u00fchrt werden. Anschlie\u00dfend werden dem Display die Einstellungen \u00fcbermittelt. In unserem Fall sind das die Folgenden: Mit dem Befehl 0x20 wird der 4-Bit Modus gew\u00e4hlt. Es wird mit dem Befehl 0x28 dem Displaycontroller mitgeteilt, dass es sich um ein 16×2 LCD handelt. Anschlie\u00dfend wird das Display ausgeschaltet (0x01), der Inhalt gel\u00f6scht (0x06) und es wieder angeschaltet (0x0C). Nun ist das LCD initialisiert und kann beschrieben werden. Hierzu werden die Funktionen void print(char *c, uint8_t x, uint8_t y),\u00a0void set_cursor(uint8_t x, uint8_t y) und void clear() durch lcd.c bereitgestellt. Mit der Funktion print wird eine Zeichenkette an die Stelle (x,y) geschrieben, set_cursor bewegt den Cursor an die Stelle (x,y) und clear L\u00f6scht den Inhalt des LCD.<\/p>\n

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Auslesen der Taster<\/h2>\n
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Das Auslesen der Taster wird von der Datei btn.c \u00fcbernommen. Diese verf\u00fcgt \u00fcber zwei Funktionen void init_btn() und void update_btn().\u00a0Die Funktion init_btn muss einmalig am Anfang der Ausf\u00fchrung des Programmes aufgerufen werden. Sie versetzt lediglich die Pins, an denen die Taster angeschlossen sind, in den Lesemodus.\u00a0In der Funktion update_btn() wird der Zustand der Taster ausgelesen und die Variablen up, down, left & right je nach Zustand aktualisiert. Um das Mehrfache registrieren von Tastendr\u00fccken bei l\u00e4ngerem Gedr\u00fcckthalten der Taster zu verhindern, werden Tastendr\u00fccke erst beim Loslassen der Tasten registriert.<\/p>\n

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Controller<\/h2>\n
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In diesem Modul wird die Men\u00fcstruktur abgebildet. Hierzu verwendet es die in den vorherigen Abschnitten beschriebenen Funktionen.
\nAu\u00dferdem stellt es die Schnittstelle zu der Software der anderen Teilgruppe dar. Auch die- sesModulenth\u00e4ltdieFunktionenvoid init(struct Parameter* _parameters, int _parameter_len)und void update(). Die update-Funktion muss regelm\u00e4ssig aufgerufen werden, w\u00e4hrend<\/p>\n

die init-Funktion nur einmal zu beginn aufgerufen werden muss. Der init-Funktion muss au\u00dferdem ein Array bestehend aus der Struktur Parameter \u00fcbergeben werden. Der Aufbau dieser Struktur ist wie folgt:<\/p>\n

\"Bildschirmfoto<\/a><\/p>\n

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Dieses Array gibt dem Controller Informationen dar\u00fcber, welche Informationen wie dargestellt werden sollen. Es besteht aus dem Namen des Parameters in der darzustellenden Form, einen Formatierungsstring und Pointer auf den Messwert den Sollwert und den Wert, um den der Sollwert pro Tastendruck inkrementiert bzw. dekrementiert wird. Der Formatierungsstring gibt das Format in dem der Wert dargestellt werden soll an, hierzu wird dieselbe Formatierung wie beim C-Befehl printf verwendet.<\/p>\n

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