Xreferat.com » Рефераты по информатике и программированию » Охранная система с дистанционным управлением

Охранная система с дистанционным управлением

Содержание


Введение

1. Обзор существующих схем

1.1 Простейшая система оповещения

1.2 Ультразвуковое охранное устройство

1.3 Охранная система с голосовым оповещением по телефонной линии

1.4 Определение требований к охранной системе

2. Построение структурной схемы

3. Выбор и обоснование элементной базы

3.1 Особенности отечественных однокристальных микроконтроллеров

3.2 Особенности микроконтроллеров фирмы Atmel

3.3 Особенности микроконтроллеров фирмы Microchip

3.4 Основные характеристики PIC18F452

3.5 Выбор микроконтроллера

4. Построение принципиальной схемы

4.1 Построение блока питания

4.2 Построение блока индикации

4.3 Построение преобразователя уровня.

4.4 Подключение различных датчиков

4.5 Построение блока управления

4.6 Построение ПДУ

4.7 Расчёт потребляемой мощности

4.8 Расчёт блока питания

4.9 Расчет быстродействия

4.10 Расчёт надёжности

5. Разработка печатной платы

6. Базовое программное обеспечение

6.1 Блок-схема алгоритма работы микроконтроллера

6.2 Разработка программы поддержки

6.3 Среда проектирования

7. Экономическая часть

7.1 Расчёт себестоимости

7.2 Расчет заработной платы и статей калькуляции

8. Охрана труда и техника безопасности

8.1 Анализ опасных и вредных факторов при изготовлении устройства

8.2 Подготовка программ.

8.3 Изготовление печатной платы

8.4 Мероприятия, обеспечивающие безопасные условия труда при изготовлении устройства

8.5 Организационные мероприятия

8.6 Технические мероприятия

8.7 Вопрос экологии

8.8 Выводы по охране труда

Заключение

Список литературы

Приложение А. Листинг программы


Введение


Реализация концепции RISC-архитектуры в 8-разрядных микроконтроллерах существенно расширила среду их применения. К традиционным приложениям таких МК (телекоммуникации, системы сбора данных, системы охраны, автоэлектроника, системы отображения информации и т. д.) сегодня прибавляются такие, где раньше использовались только более мощные 16- и 32-разрядные процессоры с функцией цифровой обработки сигналов, например, обработка видеосигналов и векторное управление электроприводом. Продвижение 8-разрядных RISC-микроконтроллеров на этот рынок произошло во многом благодаря тому, что они нередко предлагают оптимальное соотношение производительности и цены.

Современные 8-разрядные RISC-микроконтроллеры занимают промежуточную нишу по своим техническим характеристикам между классическими 8-разрядными микроконтроллерами и их 16-разрядными кузенами. Высокая производительность и меньшая, чем у 16-разрядных МК, цена превращают RISC-микроконтроллеры в мощный инструмент для построения эффективных многофункциональных контроллеров, используемых в самых разнообразных приложениях. Особенно большую популярность RISC-микроконтроллеры получили в построении охранных систем.

На сегодняшний день различные охранные устройства пользуются большой популярностью. Их устанавливают в квартирах, учреждениях, на промышленных объектах. В связи с бурным развитием компьютерных технологий в последние годы, большинство учебных заведений широко внедряет в учебный процесс использование компьютеров. Закупаются новые компьютерные классы, и обновляется старый парк вычислительных машин. Стоимость современных компьютерных классов достаточно высока и в связи с этим возникает необходимость их охраны. Помимо охраны имущества от хищения необходима также защита от возникновения пожара.

Существует немало фирм, которые предлагают потребителю различные модификации охранных систем. Все они существенно различаются как функциональным возможностям, так и по цене. Большинство современных охранных систем имеют достаточно высокую стоимость, если имеют большой набор функций.

Целью данного дипломного проекта является создание недорогой многофункциональной охранной системы (далее ОС), отвечающей современным требованиям безопасности.

Основные задачи дипломного проекта следующие:

Обзор аналогов, определение требований к ОС.

Выбор элементной базы;

Разработка принципиальной схемы и печатной платы;

Разработка программного обеспечения;

Расчет себестоимости ОС.


1. Обзор существующих схем


1.1 Простейшая система оповещения


Схема простейшего охранного устройства приведена на рисунке 1.1.1. Объект, нуждающийся в охране, окружают по периметру медным обмоточным проводом диаметром 0,1...0,3 мм. Концы шлейфа подключают к электронному автомату через гнезда XS1. Пока шлейф не поврежден, через его небольшое сопротивление база транзистора VT1 соединена с эмиттером. В это время транзистор и тиристор VS1 закрыты, потребляемый устройством ток (около 100 мкА) определяется в основном сопротивлением резистора R1 и начальным током коллектора транзистора. При обрыве шлейфа на базу транзистора через резистор R1 подается отрицательное напряжение смещения, которое открывает транзистор. Через открывшийся транзистор и резистор R3 поступает положительное напряжение на управляющий электрод тиристора VS1.

Тиристор при этом открывается, срабатывает электромагнитное реле К1 и своими контактами (на схеме не показаны) включает звуковой сигнализатор, например электрический звонок. После устранения обрыва провода автомат устанавливают в исходное состояние (дежурный режим) кратковременным выключением питания (SA1).


Охранная система с дистанционным управлением

Рисунок 1.1.1 – простейшее охранное устройство.

1.2 Ультразвуковое охранное устройство


Устройство состоит из датчика перемещения, звукового сигнала и автономного блока питания. Срабатывание звукового сигнала происходит при перемещении какого-нибудь предмета, при этом вначале подается короткий предупреждающий звуковой сигнал. Если в помещение зашел хозяин, этот сигнал предупредит его, что устройство сработало и его нужно выключить. Если же этого не сделать, то через минуту устройство подаст громкий звуковой сигнал, звучащий в течение нескольких минут, а затем снова перейдет в режим охраны.

Схема устройства показана на рисунке 1.2.1.. Генератор излучателя построен по схеме емкостной трехточки. Излучатель BQ1 включен в цепь обратной связи транзистора VT1, Частота колебаний генератора зависит от резонансной частоты излучателя BQ1 и параметров контура L1С1. Мощность излучения регулируют подбором резистора R3, а подстройку частоты производят подбором конденсатора С1.


Охранная система с дистанционным управлением

Рисунок 1.2.1 – ультразвуковое охранное устройство.


Приемник состоит из ультразвукового микрофона ВМ1, усилителя принимаемого сигнала на ОУ DA1.1, детектора на элементах R11, VD2, С8, R13, усилителя продетектированного сигнала на ОУ DA1,2 и транзисторного ключа VT2VT3. Параметры детектора подобраны таким образом, чтобы подавление несущей частоты в диапазоне 25...35 кГц было максимальным, а ослабление низкочастотных пульсаций 1...100 Гц — минимальным. Цепь C7R12C9R14 задает коэффициент усиления и полосу пропускания ОУ DA1.2, При появлении переменного напряжения на его выходе положительная полуволна через конденсатор С10 открывает транзисторный ключ VT2VT3, а отрицательная полуволна через диод VD3 перезаряжает конденсатор С10.

Сигнальное устройство включает в себя триггер Шмидта на элементах DD1 .1, DD1.2, узел управления на элементах DD1.3, DD1.4, усилитель тока на транзисторах VT5, VT6, тиристор VS1 и излучатель звукового сигнала BF1, При включении питания заряжается конденсатор С12, Примерно через 1 ,,,1,5 мин на выводе 2 элемента DD1 .1 возникает высокий уровень. Теперь, если сработает детектор перемещения, транзисторы VT2, VT3 и VT4 откроются, высокий уровень на выводе 1 элемента DD1.1 переключит триггер. На выходе DD1.1 возникнет низкий уровень, а на выходе триггера (вывод 4 DD1.2) — высокий. Цепь С13R23 задает длительность короткого звукового сигнала — 0,1 с, а цепь R21С1 4 — задержку подачи длительного звукового сигнала — 60 с. Цепь R20C12 определяет длительность звукового сигнала и задержку работы устройства после включения питания.


1.3 Охранная система с голосовым оповещением по телефонной линии


Данное устройство позволяет охранять помещение от посторонних при помощи лазерного датчика. При пересечении лазерного луча устройство выдает сигнал тревоги, производит набор номера телефона и выдаёт голосовое сообщение в телефонную линию. Устройство также позволяет защитить охраняемый объект от возникновения пожара.

Принципиальная схема устройства приведена на рисунке 1.3.2. Устройство построено на базе микропроцессора Z80 и состоит из следующих функциональных блоков, изображённых на рисунке 1.3.1.


Охранная система с дистанционным управлением

Рисунок 1.3.1 – Блок схема охранной системы


Блок управления состоит из микропроцессора, ОЗУ статического типа и ПЗУ, в котором зашита программа. Интерфейс ввода-вывода выполнен на микросхеме КР580ВВ55А, которая представляет собой программируемый интерфейсный адаптер (ПИА). К нему подключены клавиатура, дисплей, охранные датчики а также аналоговый компаратор, выполняющий функции модема. Для воспроизведения звука использован программируемый генератор звуков фирмы Yamaha.

Все настройки вводятся с клавиатуры. Устройство позволяет задавать пароль, ввод которого отключает режим охраны, громкость выдаваемого голосового сообщения а также номер телефона, по которому устройство будет звонить и сообщать сигнал тревоги.

Устройство позволяет использовать не только 6-значный городской номер, но и федеральный номер мобильного телефона а также междугородний. При вводе федерального номера нужно вводить цифру 8 для выхода на межгород.

Охранная система с дистанционным управлением

Рисунок 1.3.2 – охранная система с голосовым оповещением.

Поскольку набор производится программой, есть возможность отслеживать состояние телефонной линии и в том случае если она занята, производить повторный набор. После того как номер набран, выдерживается пауза в 5 секунд, в течение которых проверяется снята трубка или идут длинные гудки. Если прошло 6 длинных гудков и трубка не была снята, набор возобновляется.


1.4 Определение требований к охранной системе


Требования, предъявляемые к охранной системе следующие:

Большое количество подключаемых датчиков;

Универсальность и широкий набор функций;

Высокая надёжность устройства;

Удобный пользовательский интерфейс;

Низкая себестоимость устройства.

Исходя из требований, указанных выше, необходимо построить ОС на базе микроконтроллера с использованием современной элементной базы. Для обеспечения эргономичного пользовательского интерфейса необходимо иметь возможность подключения данной ОС к персональному компьютеру. Кроме того, должна быть возможность использования приведенных выше схем в качестве дополнения к данному устройству, что позволит сделать его более универсальным. Кроме того, для удобства в эксплуатации, система должна иметь возможность управления с пульта дистанционного управления (ПДУ).


2. Построение структурной схемы


Охранная система с дистанционным управлением построена на микроконтроллере, который осуществляет опрос датчиков, вывод на экран текущего состояния системы и температуры охраняемого объекта, управление 4-мя независимыми каналами освещения, а также обеспечивает обмен данными с персональным компьютером. Подключение к ПК осуществляется через интерфейс RS-232 на скорости 9600 кбит/с. Структурная схема ОС приведена на рисунке 2.1.


Охранная система с дистанционным управлением

Рисунок 2.1 – структурная схема ОС с дистанционным управлением.


ОС контролирует состояние 9 входов, к которым могут быть подключены датчики различных типов. Если на одном из входов появляется лог. “1” и разрешено срабатывание данного датчика, то ОС переходит в режим тревоги, выдавая соответствующую команду на ПК. Кроме того, к микроконтроллеру подключен цифровой термометр по интерфейсу I2C. Кварцевый резонатор задаёт тактовую частоту работы микроконтроллера. Блок питания выдаёт напряжение питания устройства.

Ниже приведены электрические параметры ОС:

- Напряжение питания5 В

- Ток потребления304 мА

- Тактовая частота4 МГц

- Диапазон рабочих температур-10…+70 С

3. Выбор и обоснование элементной базы


Прежде всего, нужно выбрать микроконтроллер, на базе которого построена вся работа ОС.


3.1 Особенности отечественных однокристальных микроконтроллеров


Среди однокристальных микроконтроллеров (ОМК) отечественного производства наиболее перспективными являются БИС серии К1816, которые имеют два базовых элемента: К1816ВЕ48 (ВЕ48) и К1816ВЕ51 (ВЕ51).

Семейство ВЕ48 состоит из БИС ВЕ35, ВЕ39, ВЕ48 и ВЕ49. Каждая БИС представляет 8-разрядный ОМК, содержащий центральный процессор, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) данных, ПЗУ программ (не у всех БИС), многоканальный интерфейс ввода / вывода, восьмиразрядный таймер счетчик, векторную систему прерываний с приоритетом, тактовый генератор, устройство синхронизации. Микросхемы семейства ВЕ48 имеют идентичную структуру и отличаются лишь организацией внутренней памяти. Данные об ОМК семейства ВЕ48 приведены в таблице 3.1.

В ОМК ВЕ48 пользователь имеет возможность самостоятельно производить запись информации в память программ с последующим стиранием ультрафиолетом, в отличие от ВЕ49, где операции записи осуществляются с помощью отдельного шаблона в процессе изготовления БИС.

В каждом ОМК предусмотрена возможность расширения памяти программ до 4 Кбайт, памяти данных до 384 байт и увеличения числа линий ввода / вывода за счет подключения внешних БИС.


Таблица 3.1.1 – БИС семейства К1816Вехх

Тип БИС Память программ, Кбайт ОЗУ, Байт Тактовая частота, МГц
ВЕ35 - 64 6
ВЕ39 - 128 11
ВЕ48 1 64 6
ВЕ49 1 128 11

Семейство ВЕ51 представляет собой дальнейшее расширение семейства ВЕ48 и состоит из БИС ВЕ31 и ВЕ51. Их отличие в том, что ВЕ31 не имеет внутренней памяти программ, а ВЕ51 имеет (4 Кбайт).

В состав ОМК ВЕ51 входят центральный 8 – разрядный процессор, ПЗУ программ (4 Кбайт), ОЗУ данных (128 байт), 32 линии прямого ввода / вывода, четыре тестируемых входа, канал последовательного ввода / вывода, два 16 – разрядных таймера / счетчика и двухуровневая система прерывания с пятью источниками запросов. Эти средства образуют резидентную часть ОМК, размещенную непосредственно в кристалле. Предусмотрена возможность расширения памяти программ до 64 Кбайт и памяти данных до 64 Кбайт, что реализуется подключением дополнительных БИС ПЗУ и ОЗУ.

БИС семейства К1816ВЕ51 изготавливаются по N-МОП-технологии, при этом они имеют значительный ток потребления, который составляет 150 мА. Этого недостатка лишены БИС семейства К1830ВЕ51. Эти БИС изготавливаются по КМОП-технологии и имеют малый ток потребления (18 мА при напряжении питания +5 В). Во всем остальном БИС семейства К1830ВЕ51 схожи с БИС семейства К1816ВЕ51.


3.2 Особенности микроконтроллеров фирмы Atmel


AVR-архитектура, на основе которой построены микроконтроллеры семейства AT90S, объединяет мощный гарвардский RISC-процессор с раздельным доступом к памяти программ и данных, 32 регистра общего назначения, каждый из которых может работать как регистр-аккумулятор, и развитую систему команд фиксированной 16-бит длины. Большинство команд выполняются за один машинный такт с одновременным исполнением текущей и выборкой следующей команды, что обеспечивает производительность до 1 MIPS на каждый МГц тактовой частоты.

32 регистра общего назначения образуют регистровый файл быстрого доступа, где каждый регистр напрямую связан с АЛУ. За один такт из регистрового файла выбираются два операнда, выполняется операция, и результат возвращается в регистровый файл. АЛУ поддерживает арифметические и логические операции с регистрами, между регистром и константой или непосредственно с регистром.

Регистровый файл также доступен как часть памяти данных. 6 из 32-х регистров могут использоваться как три 16-разрядных регистра-указателя для косвенной адресации. Старшие микроконтроллеры семейства AVR имеют в составе АЛУ аппаратный умножитель.

Базовый набор команд AVR содержит 120 инструкций. Инструкции битовых операций включают инструкции установки, очистки и тестирования битов.

Все микроконтроллеры AVR имеют встроенную FLASH ROM с возможностью внутрисхемного программирования через последовательный 4-проводной интерфейс.

Периферия МК AVR включает: таймеры-счётчики, широтно-импульсные модуляторы, поддержку внешних прерываний, аналоговые компараторы, 10-разрядный 8-канальный АЦП, параллельные порты (от 3 до 48 линий ввода и вывода), интерфейсы UART и SPI, сторожевой таймер и устройство сброса по включению питания. Все эти качества превращают AVR-микроконтроллеры в мощный инструмент для построения современных, высокопроизводительных и экономичных контроллеров различного назначения.

В рамках единой базовой архитектуры AVR-микроконтроллеры подразделяются на три подсемейства:

Classic AVR — основная линия микроконтроллеров с производительностью отдельных модификаций до 16 MIPS, FLASH ROM программ 2–8 Кбайт, ЕEPROM данных 64–512 байт, SRAM 128–512 байт;

mega AVR с производительностью 4–6 MIPS для сложных приложений, требующих большого обьёма памяти, FLASH ROM программ 64–128 Кбайт, ЕEPROM данных 64–512 байт, SRAM 2–4 Кбайт, SRAM 4 Кбайт, встроенный 10-разрядный 8-канальный АЦП, аппаратный умножитель 8ґ8;

tiny AVR — низкостоимостные микроконтроллеры в 8-выводном исполнении имеют встроенную схему контроля напряжения питания, что позволяет обойтись без внешних супервизорных микросхем.

AVR-микроконтроллеры поддерживают спящий режим и режим микропотребления. В спящем режиме останавливается центральное процессорное ядро, в то время как регистры, таймеры-счётчики, сторожевой таймер и система прерываний продолжают функционировать. В режиме микропотребления сохраняется содержимое всех регистров, останавливается тактовый генератор, запрещаются все функции микроконтроллера, пока не поступит сигнал внешнего прерывания или аппаратного сброса. В зависимости от модели, AVR-микроконтроллеры работают в диапазоне напряжений 2,7–6 В либо 4–6 В (исключение составляет Attiny12V с напряжением питания 1,2 В).

Средства отладки. ATMEL предлагает программную среду AVR-studio для отладки программ в режиме симуляции на программном отладчике, а также для работы непосредственно с внутрисхемным эмулятором. AVR-studio доступен с WEB-страницы ATMEL, содержит ассемблер и предназначен для работы с эмуляторами ICEPRO и MegaICE. Ряд компаний предлагают свои версии Си-компиляторов, ассемблеров, линковщиков и загрузчиков для работы с микроконтроллерами семейства AVR. Микроконтроллеры ATMEL широко применяются в России и, как следствие, программируются многими отечественными программаторами. Ряд российских фирм предлагает также различные аппаратные средств отладки AVR-микроконтроллеров


3.3 Особенности микроконтроллеров фирмы Microchip


Система команд базового семейства PIC165x содержит только 33 команды. Все команды (кроме команд перехода) выполняются за один машинный цикл (или четыре машинных такта) с перекрытием по времени выборок команд и их исполнения, что позволяет достичь производительности до 5 MIPS при тактовой частоте 20 МГц.

Микроконтроллеры PIC имеют симметричную систему команд, позволяющую выполнять операции с любым регистром, используя любой метод адресации.

В настоящее время MICROCHIP выпускает четыре основных семейства 8-разрядных RISC-микроконтроллеров, совместимых снизу вверх по программному коду:

базовое семейство PIC15Cx с 12-разрядными командами, простые недорогие микроконтроллеры с минимальной периферией;

PIC12Cxxx с 12-разрядными командами со встроенным тактовым генератором, выпускаемые в миниатюрном 8-выводном исполнении.

Mid-range PIC16x/7x/8x/9x с 14-разрядными командами. Наиболее многочисленное семейство, объединяющее микроконтроллеры с разнообразными периферийными устройствами, в число которых входят аналоговые компараторы, аналогово-цифровые преобразователи, контроллеры последовательных интерфейсов SPI, USART и I2C, таймеры-счётчики, модули захвата/сравнения, широтно-импульсные модуляторы, сторожевые таймеры, супервизорные схемы и так далее;

High-end PIC17C4x/5xx высокопроизводительные микроконтроллеры с расширенной системой команд 16-разрядного формата, работающие на частоте до 33 МГц, с объёмом памяти программ до 16 Кслов. Кроме обширной периферии почти все микроконтроллеры этого семейства имеют встроенный аппаратный умножитель 8x8, выполняющий операцию умножения за один машинный цикл.

• PIC18. Новое семейство FLASH-микроконтроллеров с функцией самопрограммирования; работающие на частоте до 40 МГц, с объёмом памяти программ до 64 Кслов. Быстродействие 10 MIPS при тактовой частоте 10 МГц; Архитектура и система команд оптимизирована под компилятор Си; Аппаратное умножение 8-разрядных чисел за один машинный такт. Большой объем памяти на кристалле. Многообразие встроенных периферийных модулей.

• DsPIC30. 16-и разрядные цифровые сигнальные микроконтроллеры. Имеют свыше 64 кбайт слов, 8 кбайт RAM и 4 кбайт EEPROM – памяти. Быстродействие свыше 30 MIPS.

Особый акцент MICROСHIP делает на максимально возможное снижение энергопотребления для выпускаемых микроконтроллеров. При работе на частоте 4 МГц PIC-контроллеры, в зависимости от модели, имеют ток потребления меньше 1,5 мА, а при работе на частоте 32,768 КГц — ниже 15 мкА. Поддерживается “спящий” режим работы. Диапазон питающих напряжений PIC-контроллеров составляет 2,0…6,0 В.

Из программных средств отладки наиболее известны и доступны различные версии ассемблеров, а также интегрированная программная среда MPLAB. Российские производители программаторов и аппаратных отладочных средств также уделяют внимание PIC-контроллерам. Выпускаются как специализированные программаторы, такие как PICPROG, программирующие почти весь спектр PIC-микроконтроллеров, так и универсальные: UNIPRO, СТЕРХ, поддерживающие наиболее известные версии PIC.

Выбор микроконтроллера.

Для определения типа микроконтроллера необходимо подсчитать нужное количество портов ввода-вывода. Для управления ЖК-дисплеем необходимо 11 линий ввода-вывода (8 линий – шина данных, 3 линии – управляющие сигналы). Для подключения термодатчика по I2C интерфейсу требуется 2 линии ввода-вывода, для подключения к ПК – 2 линии. Для подключения приёмника ИК-сигналов – 1 линия. Для использования системы импульсно-фазового управления требуется 1 лини порта, на который через делитель будет подаваться пульсирующее напряжение, снимаемое с блока питания до стабилизатора. Для управления высоковольтной нагрузкой – 4 линии. Для подключения внешних датчиков и управления ведомой ОС – 12 линий ввода-вывода. Исходя из этого, выбираем микроконтроллер PIC18F452 (рисунок 3.1), который имеет 33 линии ввода-вывода, аппаратную поддержку интерфейсов USART и I2C.


Охранная система с дистанционным управлением

Рисунок 3.1 – микроконтроллер PIC18F452


В таблице 3.4.1 приведено функциональное назначение выводов микроконтроллера PIC18F452.

После выбора микроконтроллера необходимо выбрать остальные элементы принципиальной схемы.

Для построения цепи питания микросхем будет использована типовая схема включения стабилизатора напряжения LM7806, на выходе которого получаем +5В. На вход стабилизатора допускается подача напряжения до 20В. Непосредственно перед стабилизатором стоит цепочка VD2, C7. Конденсатор С7 служит для сглаживания пульсаций питающего напряжения, полученного с диодного моста VD1. Диод VD2 необходим для правильного функционирования системы импульсно-фазового управления (СИФУ). Конденсатор C8 служит для подавления высокочастотных помех по питанию.

Для стабильной работы микроконтроллера будет использована цепочка внешнего генератора, состоящей из кварцевого резонатора на 4 МГц и конденсаторов С1,С2, емкостью 20 пФ, рекомендованной фирмой Microchip.


Таблица 3.4.1 – назначение выводов микроконтроллера

Обозначение вывода № вывода Тип I/O/P Тип буфера Описание
OSC1/CLKIN 13 I ST/CMOS Вход генератора / вход внешнего тактового сигнала
OSC2/CLKOUT 14 O - Выход генератора. Подключается кварцевый или керамический резонатор.
-MCLR/VPP 1 IP ST Вход сброса микроконтроллера или вход напряжения программирования. Сброс микроконтроллера происходит при низком логическом уровне сигнала на входе.

RA0/AN0

RA1/AN1

RA2/AN2/VREF-


RA3/AN3/VREF+


RA4/T0CKI


RA5/-SS/AN4


2

3

4


5


6


7


I/O

I/O

I/O


I/O


I/O


I/O


TTL

TTL

TTL


TTL


ST


TTL

Двунаправленный порт ввода/вывода PORTA.

RA0 может быть настроен как аналоговый канал 0

RA1 может быть настроен как аналоговый канал 1

RA2 может быть настроен как аналоговый канал 2 или вход отрицательного опорного напряжения

RA3 может быть настроен как аналоговый канал 3 или вход положительного опорного напряжения

RA4 может использоваться в качестве входа внешнего тактового сигнала для TMR0. Выход с открытым стоком.

RA1 может быть настроен как аналоговый канал 1 или вход выбора микросхемы в режиме ведомого SPI

RB0/INT


RB1


RB2


RB3/PGM


RB4


RB5


RB6/PGC

RB7/PGD

33


34


35


36


37


38


39

40

I/O


I/O


I/O


I/O


I/O


I/O


I/O

I/O

TTL/ST


TTL


TTL


TTL


TTL


TTL


TTLST

TTLST

Двунаправленный порт ввода/вывода PORTB. PORTB имеет программно подключаемые подтягивающие резисторы на входах.

RB0 может использоваться в качестве входа внешних прерываний.

RB3 может использоваться в качестве входа для режима низковольтного программирования.

Прерывания по изменению уровня входного сигнала.

Прерывания по изменению уровня входного сигнала.

Прерывания по изменению уровня входного сигнала.

Тактовый вход в режиме программирования.

Прерывания по изменению уровня входного сигнала.

Таблица 3.4.2 – продолжение

RC0/T1OSO/T1CKI


RC1/T1OSI/CCP2


RC2/CCP1


RC3/SCK/SCL


RC4/SDI/SDA


RC5/SDO


RC6/TX/CK


RC7/RX/DT

15


16


17


18


23


24


25


26

I/O


I/O


I/O


I/O


I/O


I/O


I/O


I/O

ST


ST


ST


ST


ST


ST


ST


ST

Двунаправленный порт ввода/вывода PORTC.

RC0 может использоваться в качестве выхода

генератора TMR1 или входа внешнего тактового сигнала для TMR1.

RC1 может использоваться в качестве входа генератора для TMR1 или вывода модуля CCP2.

RC2 может использоваться в качестве вывода модуля CCP1.

RC3 может использоваться в качестве входа/выхода тактового сигнала в режиме SPI и I2C.

RC4 может использоваться в качестве входа данных в режиме SPI или вход/выход данных в режиме I2C.

RC5 может использоваться в качестве выхода данных в режиме SPI.

RC6 может использоваться в качестве вывода

передатчика USART в асинхронном режиме или вывода синхронизации USART в синхронном режиме.

RC6 может использоваться в качестве вывода

приемника USART в асинхронном режиме или вывода данных USART в синхронном режиме.

RD0/PSP0

RD1/PSP1

RD2/PSP2

RD3/PSP3

RD4/PSP4

RD5/PSP5

RD6/PSP6

RD7/PSP7

19

20

21

22

27

28

29

30

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

ST/TTL

ST/TTL

ST/TTL

ST/TTL

ST/TTL

ST/TTL

ST/TTL

Двунаправленный порт ввода/вывода PORTD или

ведомый параллельный порт для подключения к шине микропроцессора

RE0/-RD/AN5


RE1/-WR/AN6


RE2/-CS/AN7

8


.9


10

I/O


I/O


I/O

ST/TTL


ST/TTL


ST/TTL

Двунаправленный порт ввода/вывода PORTE.

RE0 может использоваться в качестве управляющего входа чтения PSP или аналогового канала 5

RE1 может использоваться в качестве управляющего входа записи PSP или аналогового канала 6

RE2 может использоваться в качестве управляющего входа выбора PSP или аналогового канала 7

VSS 12,31 P - Общий вывод для внутренней логики и портов ввода/вывода
VDD 11,32 P - Положительное напряжение питания для внутренней логики и портов ввода/вывода

В качестве индикатора используется жидкокристаллический модуль, который позволяет отображать две строки по 16 символов. Для управления ЖКИ выделим порты D и E.Порт D подключен к шине данных модуля, порт Е к управляющим входам модуля.

Для подключения устройства к последовательному порту ПК необходимо преобразовать логические уровни сигналов уровни, используемые в интерфейсе RS-232. Для этого необходим преобразователь, собранный на микросхеме MAX232.

Цифровой термометр подключен к 3 и 4 битам порта C.

Силовые ключи на симисторах подключены к 1, 2, 3 5 битам порта C.

ИК-приёмник подключен к 0 биту порта B. К 1 биту данного порта подведена линия от выпрямителя для подачи пульсирующего напряжения для синхронизации в режиме СИФУ.

Внешние датчики подключены к остальным линиям портов ввода-вывода.

4. Построение принципиальной схемы


По построенной структурной схеме и выбранной элементной базе строю принципиальную схему. Схема электрическая принципиальная и перечень элементов приведены в ПРИЛОЖЕНИИ В.

За ядро всего устройства выбран PIC контроллер серии PIC18F452. Данный выбор придаёт устройству гибкость, низкую стоимость, упрощает процесс проектирования. Частоту тактового генератора для микроконтроллера выбираю 4 МГц для оптимальной настройки внутренних таймеров, используемых при опросе ИК-приёмника, внешних датчиков и обмене данными с ПК.


4.1 Построение блока питания


Блок питания состоит из трансформатора Т1, диодного моста VD1, ограничивающего диода VD2, конденсаторов C1 и C2, стабилизатора в интегральном исполнении LM7806. Переменное напряжение с трансформатора поступает на диодный мост, выпрямляется и через диод VD2 поступает на стабилизатор. Данный диод необходим для того, чтобы сглаживающий конденсатор C1 не оказывал влияние на пульсирующее напряжение, подаваемое на вход синхронизации для работы СИФУ.


4.2 Построение блока индикации


Для построения блока индикации использован ЖК-модуль MT16S2D фирмы МЭЛТ. Данный ЖКИ позволяет отображать две строки по 16 символов и имеет встроенный знакогенератор, что значительно упрощает написание процедуры для вывода информации на дисплей. Данный ЖКИ имеет сравнительно невысокую стоимость, малое энергопотребление и, что самое главное, наглядное отображение информации. Резистор R19 необходим для задания контрастности ЖКИ. Чем меньше сопротивление данного резистора, тем выше контрастность и наоборот.


4.3 Построение преобразователя уровня


В качестве преобразователя уровня использована микросхема MAX232 фирмы MAXIM. Она преобразует сигналы ТТЛ уровня в уровни последовательного порта ПК. Данная микросхема имеет малое количество внешних элементов, сравнительно невысокую стоимость и не требует настройки. Конденсаторы C3…C6 необходимы для задания рабочего режима микросхемы.

В качестве ИК-приёмника использована микросхема TSOP1730 фирмы VISHAY TELEFUNKEN. Данный приёмник имеет на входе частотный фильтр на 36 кГц, который необходим для подавления помех от нагревательных приборов и иных источников инфракрасного излучения. Данный приёмник позволяет производить приём данных на скорости до 1200 битс.


4.4 Подключение различных датчиков


Цифровой термометр выполнен на микросхеме DS1621 фирмы Dallas semiconductor. Данная микросхема подключается по интерфейсу I2C в качестве ведомого устройства и позволяет производить обмен данными на скорости до 400 кГц (высокоскоростной режим работы). Микросхема имеет встроенную функцию термостата и позволяет подключать к сильноточному порту вывода ключ для управления нагрузкой. Максимальный втекающий ток порта 1мА, вытекающий – 4мА. Диапазон измеряемых температур лежит в пределах от -55о до +125о С. Подтягивающие резисторы R17 и R18 необходимы для правильного функционирования интерфейса I2C.

Оптроны DA3 и DA4, подключенные к портам микроконтроллера, служат для гальванической развязки при подключении внешних датчиков разбития окна и открывания двери. К остальным входам портов подключены подтягивающие резисторы R4, R9…R16, которые служат для создания потенциала логического “0”. Оптроны на данных входах отсутствуют. Это сделано для снижения себестоимости всего устройства и при необходимости гальваническая развязка может быть установлена вне ОС.

К портам ввода вывода могут быть подключены различные датчики. Если один из датчиков срабатывает, он должен выставлять на данный порт логическую “1”, в противном случае он остается в состоянии логического “0”. На каждой линии ввода-вывода, куда подключаются датчики, установлены подтягивающие резисторы для исключения влияния наводок и помех на работу микроконтроллера.


4.5 Построение блока управления


Для управления нагрузкой используются силовые ключи, выполненные на оптосимисторах DA6…D8 и мощных симисторах VS1…VS4. Оптосимисторы необходимы для гальванической развязки микроконтроллера с высоковольтной частью схемы. Резисторы R21…R22 служат для ограничения тока, протекающего через внутренние светодиоды оптосимисторов. Мощные симисторы позволяют коммутировать нагрузку, мощностью до 1 кВт на каждый канал, если установлены на теплоотвод.


4.6 Построение ПДУ


Для управление ОС необходимо создать ПДУ, которое будет выдавать четыре различных команды. Его схема приведена на рисунке 4.6.1.

Охранная система с дистанционным управлением

Рисунок 4.6.1 – принципиальная схема ПДУ.


ПДУ построено на микроконтроллере PIC16F630. Данный микроконтроллер выбран из-за его низкой стоимости.

К порту RC4 подключен ик-диод, формирующий импульсы, которые создают пакет данных. К порту RC5 подключен красный светодиод, предназначенный для индикации рабочего режима. RA0, RA2, RA3 подключены к разъёму внутрисхемного программирования. Это позволяет производить перепрограммирование памяти данных микроконтроллера, в которой храниться передаваемый пароль. Формат передаваемого пакета подробно описан в разделе 6.1. Для передачи команды необходимо сначала нажать клавишу “ON”, после чего загорится светодиод на 5 секунд. В это время необходимо нажать клавишу для передачи команды, иначе светодиод погаснет и ПДУ переходит в SLEEP режим для снижения энергопотребления. Это сделано для того чтобы увеличить срок службы батарей, от которых питается ПДУ.


4.7 Расчёт потребляемой мощности


Потребляемая мощность схемы определяется по формуле:

Охранная система с дистанционным управлением(4.7.1)


где Рсх – потребляемая мощность схемы, Вт;

Рпот. I – потребляемая мощность i-ой группы элементов, Вт;

n – количество групп.

Потребляемая мощность группы элементов определяется по формуле:


Рпот = Р * m, (4.7.2)


где Р – потребляемая мощность одним элементом, Вт;

m – количество элементов.

Вначале считаем мощность потребляемую резисторами по формуле:


Охранная система с дистанционным управлением(4.7.3)


гдеОхранная система с дистанционным управлением

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: