ΕΘΝΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΝΕΟΤΗΤΑΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ

Πράξη 2.3.2 ια «Ανάπτυξη και Εφαρμογή Προγραμμάτων Επίδειξης
και Βράβευσης Εκπαιδευτικών Έργων ΤΕΕ & ΣΕΚ»

1.Ευρωπαϊκή Κοινότητα	75%
2. Εθνικούς Πόρους	25%

Μελέτη, κατασκευή και προγραμματισμός πρωτότυπων κυκλωμάτων για ανταλλαγή σημάτων με τον Η/Υ, μέσα από την παράλληλη θύρα του και εφαρμογή στον αυτόματο έλεγχο λειτουργίας μοντέλου, με ανάπτυξη λογισμικού στον Η/Υ.

Υπεύθυνος Καθηγητής: ΚΑΛΠΟΓΙΑΝΝΗΣ ΣΩΦΡΟΝΗΣ
Μαθητές
1. ΑΣΗΜΑΚΟΠΟΥΛΟΣ ΣΠΥΡΟΣ	8. ΒΙΣΤΑΚΗΣ ΣΤΕΛΙΟΣ
2. ΓΚΙΡΓΚΙΣ ΔΗΜΗΤΡΗΣ	9. ΚΑΔΗΡ ΙΩΑΝΝΗΣ
3. ΚΑΛΥΒΑΣ ΝΙΚΟΣ	11. ΚΑΡΑΤΖΟΥΝΗΣ ΣΠΥΡΟΣ
4. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ	12. ΠΑΠΑΘΕΟΔΩΡΟΥ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ
5. ΜΕΣΛΑΜΑΝΙ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ	13. ΤΑΦΣΙΡΙ ΜΕΧΡΝΤΑΝΤ
6. ΤΟΜΑΡΑΣ ΓΙΩΡΓΟΣ
7. ΑΡΒΑΝΙΤΟΠΟΥΛΟΥ ΙΩΑΝΝΑ

Α. Από την ομάδα σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν τα εξής:

1. Πλακέτα με ηλεκτρονικά κυκλώματα (Α1) που συνδέεται άμεσα με την παράλληλη θύρα του Η/Υ. Η πλακέτα περιλαμβάνει:

Α. Ηλεκτρονικό κύκλωμα με τον Pic16F877 κατάλληλα συνδεσμολογημένο ώστε αφενός να επικοινωνεί με την παράλληλη θύρα του Η/Υ και αφετέρου να συνδέεται με δύο οκτάδες γραμμών, για είσοδο και έξοδο δεδομένων.

Β. Κύκλωμα πολύπλέκτη για να είναι δυνατός ο διπλασιασμός των γραμμών εισόδου-εξόδου.

Γ. Σταθεροποιημένο τροφοδοτικό ενσωματωμένο στην πλακέτα για σταθερότητα και προστασία στην παρεχόμενη τάση.

2. Πλακέτα (Α2) με σειρά ηλεκτρονικών διακοπτών για αναλογικά και ψηφιακά σήματα. Η πλακέτα αυτή από τη μία μεν πλευρά επικοινωνεί με την προηγούμενη (Α1), με ειδικούς συνδετήρες, μέσα από 8 αναλογικές και 8 ψηφιακές γραμμές και σήματα πολυπλεξίας, από την άλλη δε, με 16 αναλογικές και 16 ψηφιακές γραμμές.

Έξοδος αναλογικών σημάτων Είσοδος αναλογικών σημάτων

2. Πλακέτα (Α3) με τελεστικούς ενισχυτές, Οι τελεστικοί ενισχυτές αφενός αναλαμβάνουν να απομονώσουν 16 γραμμές εισόδου από περιφερειακά κυκλώματα και να τροφοδοτήσουν την Α2 πλακέτα, αφετέρου αποτελούν ένα είδος ψηφιακού σε αναλογικό μετατροπέα από τις ψηφιακές εξόδους (της Α2 πλακέτας).

4 . Πλακέτα (Α4) για διευθέτηση των καλωδίων και των τροφοδοσιών.

5. Οκτώ πλακέτες (Α5) με φωτοδιόδους-Leds που μπορούν και ανιχνεύουν τη θέση του μοντέλου επάνω στην γραμμή του κατά τη διάρκεια της κίνησής του.

Β. Έγινε προγραμματισμός του μικροελεγκτή PIC 16F877, έτσι ώστε να εκτελεί τις εξής λειτουργίες κάτω από τις εντολές που δίνει ο Η/Υ:

1. Έξοδος ψηφιακών δεδομένων από την πλακέτα Α1 που τα παραλαμβάνει από την παράλληλη θύρα του Η/Υ.

2. Έξοδος ψηφιακού σήματος 8 bits προς την παράλληλη θύρα του Η/Υ, αφού δεχτεί ένα αναλογικό σήμα από 8 εισόδους και το μετατρέψει σε ψηφιακό.

Δηλαδή ο μικροελεγκτής άλλοτε διαβάζει από την παράλληλη θύρα του Η/Υ και άλλοτε γράφει σ΄ αυτή, χρησιμοποιώντας πάντα την ίδια πόρτα του.

Γ. Ο υπολογιστής με το κατάλληλο πρόγραμμα (που μπορεί να αλλάζει και να προσαρμόζεται ανάλογα με τις εφαρμογές) μπορεί να επιλέξει:

1. Να διαβάσει μία αναλογική γραμμή από 16 εισόδους.

Τα προγράμματα που γράφτηκαν στον Η/Υ, ειδικά για το έργο, στην πραγματικότητα διευθετούν την πορεία των σημάτων για είσοδο και έξοδο προς τον Η/Υ, δηλαδή ελέγχουν τα κυκλώματα και τη λειτουργία τους.

Α. Το μοντέλο (τρένο) ενώ κινείται επάνω στις γραμμές του, ανιχνεύεται η θέση του από 8 φωτοδιόδους-Leds, που είναι τοποθετημένες κάθετα στις γραμμές. Ο Η/Υ σαρώνει όλες τις εξόδους από τις φωτοδιόδους και αντιλαμβάνεται τη θέση του μοντέλου από τη διακοπή της δέσμης φωτός στη φωτοδίοδο. Έτσι καταγράφεται η θέση από τον Η/Υ και ταυτόχρονα υπολογίζεται και η ταχύτητά του (με παράμετρο το χρόνο).

Β. Η ρύθμιση της ταχύτητας του μοντέλου γίνεται μέσα από ένα DAC (μετατροπέας από ψηφιακό σε αναλογικό σήμα ) 4 bits που με το κατάλληλο κύκλωμα (αθροιστής-ενισχυτής ρεύματος) αλλάζει την παρεχόμενη τάση στις γραμμές. Μέσα από τον Η/Υ με μία οριζόντια μπάρα και κατάλληλο χειρισμό (σύρσιμο) ρυθμίζεται η ταχύτητα του μοντέλου. Το ίδιο, με κατακόρυφη μπάρα γίνεται και για το φωτισμό της γραμμής.

1^η Διερεύνηση στο διαδίκτυο για πληροφορίες σχετικές με:

α. Λειτουργία παράλληλης θύρας, ακροδέκτες, σήματα, διευθύνσεις καταχωρητών της θύρας του Η/Υ, περιορισμοί.

β. Χειρισμός και συναρτήσεις για είσοδο και έξοδο σημάτων

γ. Ειδικά και μη ολοκληρωμένα και αισθητήρες.

2^η Μελέτη, σχεδίαση και πειραματισμός με πειραματικές πλακέτες κυκλωμάτων για ανταλλαγή σημάτων με τον υπολογιστή.

3^η Σχεδίαση πλακετών και πραγματοποίησή τους με το σχεδιαστικό λογισμικό Ti-soft.

4^η Συγκόλληση εξαρτημάτων και έλεγχος πλακετών.

α. α. Του ολοκληρωμένου PIC 16F877 μικροελεγκτή σε γλώσσα assembly.

β. Του Ηλεκτρονικού Υπολογιστή σε γλώσσα Visual Basic για χειρισμό της παράλληλής θύρας του.

Οι πλακέτες και τα κυκλώματα θα ενταχθούν στις εργαστηριακές ασκήσεις του Σχολικού Εργαστηρίου του Ηλεκτρονικού Τομέα και οι μαθητές θα πραγματοποιούν μετρήσεις και αυτόματο έλεγχο, χρησιμοποιώντας κάθε φορά διαφορετικό προγραμματιστικό περιβάλλον.

Οι μαθητές που συμμετείχαν στο έργο είχαν την ευκαιρία:

· Να συμμετάσχουν σε σύγχρονο τεχνολογικά έργο που αξιοποιεί τα μαθήματα του τομέα Ηλεκτρονικής σε πρακτικό επίπεδο. Το έργο περιελάμβανε όλα τα στάδια παραγωγής του προϊόντος (σχεδίαση, κατασκευή, προγραμματισμός ολοκληρωμένων-διατάξεων, αυτόματος έλεγχος)

· Να επιλέξουν το αντικείμενο με το οποίο ήθελαν να ασχοληθούν (αρκετοί εργάστηκαν σε όλες τις φάσεις του έργου).

· Να συνεργαστούν μεταξύ τους και με τον υπεύθυνο καθηγητή τους για να ολοκληρώσουν ένα τμήμα του έργου.

Το εργαστήριο και οι άνθρωποί του με ερευνητικά έργα αυτού του είδους αποκτούν εξοπλισμό, εμπειρία και δυνατότητα ανανέωσης της ύλης στα μαθήματα που είναι ενταγμένα στα αναλυτικά μαθήματα.

Όπως γίνεται φανερό το έργο αφορά τον αυτόματο έλεγχο λειτουργίας μοντέλου με χρήση Η/Υ, που μετατρέπεται σε μετρητική διάταξη εισάγοντας και εξάγοντας σήματα. Το μοντέλο είναι μικρογραφία ανάλογων συστημάτων (π.χ. μετρό) που πλέον λειτουργούν κάτω από τον άμεσο έλεγχο υπολογιστικών συστημάτων.

Ο μικροελεγκτής PIC χρησιμοποιεί τη θύρα Α0,7 ως είσοδο αναλογικών σημάτων, τη θύρα Β0,7 ως έξοδο ψηφιακών δεδομένων και τη θύρα D0,7 μόνιμα συνδεδεμένη με την παράλληλη θύρα του Η/Υ.

8 Αναλογικές είσοδοι Έξοδος δεδομένων από Α1β

Σχήμα Π1.1 Κύκλωμα για είσοδο αναλογικών και έξοδο ψηφιακών δεδομένων από και προς την παράλληλη θύρα του Η/Υ.

Το κύκλωμα διακοπτών (Α2) για επιλογή 1 από 2 αναλογικών γραμμών της πλακέτας Α2. Υπάρχουν 16 κυκλώματα διακοπτών.

Σχήμα Π1.3 Κυκλώματα με ηλεκτρονικούς διακόπτες και συνδετήρες που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή της πλακέτας Α3. Δύο ηλεκτρονικοί διακόπτες συνδέονται μεταξύ τους (οι είσοδοι σε δύο γραμμές και οι έξοδοι βραχυκυκλωμένες). Η ενεργοποίηση των διακοπτών γίνεται από τα σήματα πολυπλεξίας.

Κάτι παρόμοιο γίνεται και για τις ψηφιακές εξόδους

Σχήμα Π1.6 Τελεστικός-απομονωτής. Στην πλακέτα Α3 υπάρχουν 16 τελεστικοί με την πιο πάνω συνδεσμολογία και άλλοι 8 αθροιστές.

Π1.8 Κύκλωμα για ανίχνευση της θέσης του τρένου.

Πρόγραμμα στον Η/Υ για είσοδο και έξοδο δεδομένων.

Το πρόγραμμα περιλαμβάνει διαδικασίες για επιλογή κάθε φορά μίας αναλογικής εισόδου από 16. Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε είναι η Visual Basic. Με κατάλληλες συναρτήσεις για είσοδο και έξοδο δεδομένων μέσα από την παράλληλη θύρα, είναι δυνατό η θύρα να προγραμματιστεί σαν θύρα εισόδου, επιλέγοντας κάθε φορά μία από τις 16 γραμμές.

Στη συγκεκριμένη εφαρμογή γίνεται σάρωση όλων των εισόδων και αποθήκευση των δεδομένων τους. Με κατάλληλη σύγκριση των σημάτων καταγράφεται η θέση και η ταχύτητα του μοντέλου.

Το πρόγραμμα καθορίζει το σήμα εξόδου και τη θύρα που θα χρησιμοποιήσει προς τον ψηφιακό σε αναλογικό μετατροπέα για ρύθμιση της ταχύτητας του μοντέλου. Η ρύθμιση γίνεται για 4 bits μόνο (είναι αρκετά για το μοντέλο). Με τον ίδιο τρόπο γίνεται και η ρύθμιση του φωτισμού των γραμμών.

3. Απεικόνιση των μετρήσεων στην οθόνη είτε μέσα από μπάρες κύλισης είτε μέσα από αντικείμενα κειμένου (Text) τοποθετημένα σε κατάλληλη σειρά.

Ανάλογα με τα σήματα που δέχεται ο μικροελεγκτής PIC από τον Η/Υ κάνει τις εξής λειτουργίες (με βάση το πρόγραμμα που έχει γραμμένο στο εσωτερικό του):
1. Προσπέλαση δεδομένων από την πόρτα D προς την πόρτα Β του PIC.

2. Είσοδο αναλογικών σημάτων στην πόρτα Α, μετατροπή σε ψηφιακό σήμα και έξοδο των δεδομένων στην πόρτα D.