پروژه آموزشی طراحی واحد کنترل دیجیتال یک سیستم انکوباتور با نرم افزار Modelsim

 آشنایی با واحد کنترل دیجیتال

آشنایی با سیستم انکوباتور

نحوه طراحی واحد کنترل سیستم های انکوباتور

انکوباتور چیست:

انکوباتور ابزاری است آزمایشگاهی که در آزمایشگاه های بیولوژی برای کشت و رشد نمونه های زنده مانند سلول ها یا میکروب ها به کار میرود. این وسیله با کنترل رطوبت، دما، میزان اکسیژن و دی اکسید کربن شرایطی مناسب برای رشد سازوارهای زنده فراهم میکند. انکوباتور ها یکی از ابزارهای مهم در آزمایش های میکروبیولوژی، زیست شناسی سلولی و … به حساب می آید. این وسیله توسط پزشک کودکان فیلیپینی فیدل موندو اختراع شده است. همچنین انکوباتور وسیله، دستگاه یا محلی است که گرمای لازم و مناسب تولید جوجه از تخم مرغ فراهم میکند. همچنین وسیله ای می گویند که با ایجاد گرما، زمینه را برای ادامه حیات نوزادان زودرس پس از تولد فراهم می اورد. در ادبیات کارآفرینی، انکوباتورها یا مراکز رشد، مراکزی هستند که برای پرورش یا ایجاد کسب و کارهای کوچک ایجاد میشوند. انکوباتورها طرح هایی مبتنی بر نوآوری هستند و از کادر مدیریتی کوچکی تشکیل میشوند. این مراکز دارای مکان فیزیکی و تسهیلات مشترک می باشند.

در این پروژه، واحد کنترل دیجیتال یک سیستم انکوباتور را طراحی و پیاده سازی کرده ایم.

در این سیستم مطابق شکل زیر یک حسگر دما، یک واحد خنک کننده مجهز به پنکه و یک واحد گرم کننده وجود دارد.

حسگر دما، دمای محفظه را که میان 10- تا 60+ درجه سانتیگراد متغیر است میخواند و در قالب یک عدد 8 بیتی به سیستم شما تحویل میدهد. دما در هر دقیقه یک بار از حسگر دریافت میشود و بر اساس آن واحد کنترل دیجیتال تصمیم می گیرد که:

1-چگونه واحد های گرم کننده و سرد کننده را فعال و غیرفعال کند.

2- چگونه در صورت فعال بودن واحد سرد کننده دور پنکه آن را تنظیم کند.

روش کار واحد کنترل دیجیتال توسط دو نمودار حالت زیر توصیف شده است:

در این نمودار حالت برچسب های مربوط به یال ها نشان دهنده تغییرات دمایی هستند که باعث تغییر حالت در واحد کنترل دیجیتال شده و باعث واکنش سیستم به شکل روشن و خاموش شدن واحد گرم کننده و یا تغییر دور پنکه مربوط به خنک کننده می شوند.

در نمودار های حالت فوق نمودار حالت سمت راست زمانی فعال میشود ( از حالت OUT خود خارج می شود) که نمودار حالت سمت چپ در حالت s2 که در آن خنک کننده روشن است قرار گرفته باشد و اگر نمودار حالت سمت چپ در حالت s2 خود نباشد نمودار سمت راست غیر فعال میشود (یعنی وارد حالت out خود میشود) چون معنی ندارد که وقتی خنک کننده خاموش است دور آن تنظیم گردد. در این پروژه هدف طراحی واحد کنترل دیجیتال است و قسمت های حسگر، گرم کننده و خنک کننده وجود خارجی ندارند. لذا باید عددی را که مثلا توسط حسگر دما خوانده میشود با استفاده از امکانات بورد FPGA به مدار اعمال شود و واکنش سیستم و همچنین دور را به جای آنکه گرم کننده و خنک کننده واقعی روشن و خاموش شوند با روشن و خاموش شدن LED نمایش داده میشود.

در کد کاملا کامنت گذاری شده است.