Электромеханический замок
Характеристика цифровых микроконтроллеров, составление их электрической структурной и функциональной схем, основные свойства, возможности и конструкция, применение в электронных устройствах. Необходимость разработки программы для микроконтроллеров.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.07.2009 |
| Размер файла | 29,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Содержание
Введение
1. Составление схемы электрической структурной
2. Составление схемы электрической функциональной
3. Описание элементной базы
4. Описание схемы электрической принципиальной
Заключение
Список использованных источников
Введение
Среди цифровых интегральных микросхем МК сегодня занимают примерно такое же место, как операционные усилители среди аналоговых. Это -универсальные приборы, их применение в электронных устройствах самого различного назначения постоянно расширяется. Разработкой и производством МК занимаются почти все крупные и многие средние фирмы, специализирующиеся в области полупроводниковой электроники.
Современные МК (их раньше называли однокристальными микро-ЭВМ) объединяют в своем корпусе мощное процессорное ядро, запоминающие устройства для хранения выполняемой программы и данных, устройства приема входных и формирования выходных сигналов, многочисленные вспомогательные узлы. Общая тенденция современного "микроконтроллеростроения" - уменьшение числа внешних элементов, необходимых для нормальной работы. На кристалле микросхемы размещают не только компараторы, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, но и всевозможные нагрузочные и "подтягивающие" резисторы, цепи сброса.
Выходные буферы МК рассчитывают на непосредственное подключение наиболее типичных нагрузок, например, светодиодных индикаторов. Почти любой из выводов МК (за исключением, конечно, выводов общего провода и питания) разработчик может использовать по своему усмотрению в качестве входа или выхода. В результате довольно сложный по выполняемым функциям прибор нередко удается выполнить всего на одной микросхеме.
Постоянное удешевление МК и расширение их функциональных возможностей снизило порог сложности устройств, которые целесообразно строить на их основе. Сегодня имеет смысл конструировать на МК даже такие приборы, для реализации которых традиционными методами потребовалось бы менее десятка логических микросхем средней и малой степени интеграции. Пожалуй, главным препятствием на этом пути остается консерватизм разработчиков, многие из которых до сих пор считают МК чем-то непостижимо сложным.
Между тем процессы разработки программы для МК и обычной принципиальной схемы цифрового устройства во многом схожи. В обоих случаях "здание" нужной формы строят из элементарных "кирпичей". Просто "кирпичи" разные: в первом случае - набор логических элементов, во втором - набор команд микроконтроллера. Вместо взаимодействия между элементами с помощью обмена сигналами по проводам - пересылка данных из одной ячейки памяти в другую внутри МК. Процесс пересылки "выплескивается" наружу, когда МК поддерживает связь с подключенными к нему датчиками, индикаторами, исполнительными устройствами и внешней памятью. Различаются и рабочие инструменты разработчика. На смену привычным карандашу, бумаге, паяльнику и осциллографу приходят компьютер и программатор, хотя на последнем этапе отладки изделия без осциллографа и паяльника все же не обойтись.
Еще одна трудность - недостаточное количество полноценной технической документации и справочной литературы на русском языке. Большинство публикаций подобного рода в периодических изданиях и особенно в русскоязычном Интернете, зачастую - не более чем подстрочные переводы английских оригиналов. Причем переводчики, иногда мало знакомые с предметом и терминологией, истолковывают "темные" места по-своему, и они (места) оказываются довольно далекими от истины. Практически отсутствуют русскоязычные программные средства разработки и отладки программ МК.
Первое знакомство с МК для многих начинается с повторения одной из опубликованных в "Радио" или другом издании конструкций на их основе. И здесь сразу проявляется главное отличие МК от обычной микросхемы: он не способен делать что-либо полезное, пока в его внутреннее (иногда внешнее) запоминающее устройство не занесена программа - набор кодов, задающий последовательность операций, которые предстоит выполнять. Процедуру записи кодов в память МК называют его программированием (не путать с предшествующим этому одноименным процессом разработки самой программы).
Необходимость программирования, на первый взгляд, может показаться недостатком. На самом же деле это - главное достоинство, благодаря которому можно, изготовив, например, всего одну плату с МК и несколькими соединенными с ним светодиодными индикаторами и кнопками, по желанию, превращать в частотомер, счетчик импульсов, электронные часы, цифровой измеритель любой физической величины, пульт дистанционного управления и контроля и многое другое.
1 Составление схемы электрической структурной
На основании технического задания на Электромеханический замок была разработана схема электрическая структурная, представленная на чертеже №1 и на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 - Схема электрическая структурная.
Схема электрическая структурная содержит: микроконтроллер, индикатор, питание, кнопки, считыватель ключей, система накопления электрической энергии.
Частотозадающий элемент предназначен для генерации тактовых импульсов, на основании которых процессор выполняет свои функции. Кнопки предназначены для регистрации ключей в памяти контроллера. Индикатор отображает номер ключа, открывающего замок. Считыватель ключей считывает номер подключаемого ключа и передает эту информацию в контроллер. Система накопления электрической энергии накапливает энергию для выработки единичного импульса с сбрасывает его на электромагнит открывания замка.
2. Составление схемы электрической функциональной
Схема электрическая функциональная представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Схема электрическая функциональная.
После подачи питания микропроцессор опрашивает состояние внешних цепей, определяет конфигурацию устройства, в зависимости от этого настраивает режимы своих внешних портов и переходит в спящий режим. В этом режиме тактовый генератор микропроцессора выключен, и все узлы находятся в режиме микропотребления. Схема контроллера построена таким образом, что остальные узлы так же не потребляют тока питания. В таком состоянии весь микроконтроллер потребляет ток порядка 1 мкА.
При подключении ключа к контактам считывателя, он вырабатывает «импульс присутствия» - короткий отрицательный импульс, извещающий микропроцессор о подключении ключа. Этот импульс переводит триггер в состояние логического нуля. В таком состоянии этот триггер находится в течение времени, необходимого для выхода микропроцессора из спящего состояния. После выхода из спящего состояния микропроцессор производит чтение кода подключенного ключа, проверяет его на верность и сравнивает его с кодами разрешенных ключей. Если определен разрешенный ключ, то микропроцессор переходит к процессу накачки энергии в систему накопления энергии. Процесс накачки состоит из ряда циклов. В цикле накачки энергия порциями подается в систему накопления энергии. Контроллер проверяет уровень зарядки. Если он недостаточен, то цикл накачки повторяется. Когда напряжение на конденсаторе достигнет значения 35 В. Микропроцессор прекращает процесс накачки. Энергия, накопленная в конденсаторе, сбрасывается в электромагнит открывания замка и замок разблокируется. Из-за использования режима накачки с контролем величины заряда, энергия, подаваемая в электромагнит, не зависит от состояния батареи. Кроме того в микроконтроллере отсутствует эффект внезапного отказа при истощении батареи. Среднее значение тока потребления в процессе накачки не превышает 0,1 А. Время накачки зависит от состояния батареи и составляет от 1,5 сек для 6 В до 8 сек для 3,5 В. Для пользователя время накачки - это время от момента прикосновения ключа к считывателю, до момента разблокирования замка. Это время показывает состояние батареи, и при его увеличении до 5…6 сек необходимо заменить батарею или зарядить аккумуляторы.
При нажатии на кнопку «Select» микропроцессор также выходит из спящего состояния и переходит в режим установки. В этом режиме, после выхода из спящего состояния, микропроцессор пытается произвести чтение кода ключа. Если ключ присутствует и код прочитан верно, то производится его сравнение с кодами, хранящимися в памяти. Если такой код уже присутствует в памяти, то микроконтроллер выдает на индикатор номер ключа, а если такого ключа в памяти нет, то на короткое время на индикаторе высвечивается знак «-», после чего процессор переходит в режим ожидания регистрации ключа.
3. Описание элементной базы
R1,R5 - 100 Ом, 0,125 В.
R2, R4, R6, R8, R9 - 4,7 кОм,0,125 Вт
R3,R10 - 1,0 кОм , 0,125 Вт
R7 - 100 кОм, 0,125 Вт
R11 - 150 Ом, 0,125 Вт
R6, R9 - 47 кОм, 0,125 Вт
R7 - 100 кОм, 0,125 Вт
C1 - 1000,0 мкФ/35B, Размер 1220
C2,C4 - 0,1 мкФ, Керамический
C3, C5 - 33 пФ, Керамический 27...33 пФ
С6 - 100 мкФ/16В, 100,0 мкФ/25В
DD1 - AT90S2313-10PI, Прошивка 6011.х
L1- 1 мГн, Дроссель малогабаритный
KN1,KN2 - TS-A2PS-130, Микрокнопки TS-A1PS-130, TS-A3PS-130
VT2 - BS170
VT3 - BC557B, BC558B
VT4 - BC547B, BC548B
VD1 - 1N4001, 1N4002-1N4007
VD2 - 1N4933, 1N4934, 1N4935
VD3, VD4 - 1N4148
VD5 - BZX55C 33V, Стабилитрон 33В
HL1 - SC05-11, Индикатор семисегментный KGB
BQ1 - 4 МГц, Резонатор кварцевый
4 Описание схемы электрической принципиальной
Схема электрическая принципиальная представлена на чертеже № 2.
Этот вариант предназначен для режима батарейного питания со сверхмалым потреблением и режимом накачки заряда. Питание, Vcc1= 4…6 В подается на контакты Х1, Х7. Электромагнит открывания замка подключается к контактам Х3, Х6. К контактам Х5, Х8 можно подключить светодиод или динамик для индикации режима открывания. К контактам Х9, Х4 подключается считыватель ключей.
После подачи питания микропроцессор опрашивает состояние внешних цепей, определяет конфигурацию устройства, в зависимости от этого настраивает режимы своих внешних портов и переходит в спящий режим. В этом режиме тактовый генератор микропроцессора выключен, и все узлы находятся в режиме микропотребления. Схема контроллера построена таким образом, что остальные узлы так же не потребляют тока питания. В таком состоянии весь микроконтроллер потребляет ток порядка 1 мкА.
При подключении ключа к контактам считывателя, он вырабатывает «импульс присутствия» - короткий отрицательный импульс, извещающий микропроцессор о подключении ключа. Этот импульс переводит триггер, собранный на транзисторах VT3 и VT4 в состояние логического нуля. В таком состоянии этот триггер находится в течение времени, необходимого для выхода микропроцессора из спящего состояния. После выхода из спящего состояния микропроцессор производит чтение кода подключенного ключа, проверяет его на верность и сравнивает его с кодами разрешенных ключей. Если определен разрешенный ключ, то микропроцессор переходит к процессу накачки энергии в накопительный конденсатор C1. Процесс накачки состоит из ряда циклов. В цикле накачки на короткий интервал времени открывается ключ накачки на полевом транзисторе VT2. Происходит линейное нарастание тока через дроссель L1. Затем ключ закрывается, и накопленная энергия из катушки L1 через диод VD2 сбрасывается в накопительный конденсатор C1. После этого микропроцессор через вывод 11 (PD6) проверяет уровень накопленного напряжения. Если он недостаточен, то цикл накачки повторяется. Когда напряжение на конденсаторе C1 достигнет значения 35 В, открывается стабилитрон VD5, и на выводе 11 появляется напряжение лог. 1. Микропроцессор прекращает процесс накачки и на 0,4 секунды открывает силовой ключ на полевом транзисторе VT1. Энергия, накопленная в конденсаторе, сбрасывается в электромагнит открывания замка и замок разблокируется. Из-за использования режима накачки с контролем величины заряда, энергия, подаваемая в электромагнит, не зависит от состояния батареи. Кроме того в микроконтроллере отсутствует эффект внезапного отказа при истощении батареи. Среднее значение тока потребления в процессе накачки не превышает 0,1 А. Время накачки зависит от состояния батареи и составляет от 1,5 сек для 6 В до 8 сек для 3,5 В. Для пользователя время накачки - это время от момента прикосновения ключа к считывателю, до момента разблокирования замка. Это время показывает состояние батареи, и при его увеличении до 5…6 сек необходимо заменить батарею или зарядить аккумуляторы. Для удобства пользования можно подключить к контактам Х5, Х8 контрольный светодиод и вынести его к считывателю. Этот светодиод будет гореть во время процесса накачки, индицируя работу устройства. Вместо светодиода можно подключить миниатюрную динамическую головку, тогда работа контроллера будет подтверждаться звуковым сигналом.
При нажатии на кнопку «Select» микропроцессор также выходит из спящего состояния и переходит в режим установки. В этом режиме, после выхода из спящего состояния, микропроцессор пытается произвести чтение кода ключа. Если ключ присутствует и код прочитан верно, то производится его сравнение с кодами, хранящимися в памяти. Если такой код уже присутствует в памяти, то микроконтроллер выдает на индикатор HL1 номер ключа, а если такого ключа в памяти нет, то на короткое время на индикаторе высвечивается знак «-», после чего процессор переходит в режим ожидания регистрации ключа. Подробнее порядок работы с контроллером в режиме установки описан в разделе «Инструкция по использованию».
Элементы R1, VD3, VD4 обеспечивают защиту входных цепей считывателя от статических разрядов. Диод VD1 защищает ключевой транзистор VT1 от выбросов напряжения на катушке электромагнита замка.
Расчет показывает, что при 10ти открываниях в день, за год контроллер израсходует около 0,25 А/ч емкости батареи. При типичной емкости батарей размера ААА в 1,0 А/ч очевидно, что время работы комплекта батарей будет ограничиваться временем их хранения, поэтому при выборе батарей для использования в электромеханическом замке рекомендуются выбирать батареи с максимальным допустимым сроком хранения. Для подстраховки на случай отказа батарей можно вывести контакты питания наружу, например, под гвозди обивки. Тогда появляется возможность подключить батарею снаружи и открыть замок.
Работа устройства.
Все операции по регистрации, контролю, активации/деактивации ключей выполняются при помощи двух кнопок «Select» и «Set», расположенных на плате контроллера, установленной внутри замка. Расположение кнопок на плате показано на рисунке 2, б. Все операции необходимо выполнять с паузами между нажатиями на кнопки не более 2 с. В противном случае контроллер сбрасывается и операцию требуется начинать сначала.
Для регистрации нового ключа прислоните ключ к считывателю, затем, нажимая кнопку «Select» выберите номер для ключа, и нажмите кнопку «Set». Признак правильной регистрации - загорание десятичной точки на индикаторе.
Для активации/деактивации ключа, нажимая на кнопку «Select» выберите номер ключа, который надо активировать/деактивировать, затем нажмите кнопку «Set». Признак активного ключа - свечение точки внизу справа от номера ключа. При каждом последующем нажатии ключ будет активироваться/деактивироваться. Если ключ не активируется, значит под этим номером не зарегистрировано какого либо ключа.
Для того, чтобы проверить под каким номером зарегистрирован ключ, нужно приложить ключ к считывателю и нажать кнопку «Select». На индикаторе высветится номер, под которым зарегистрирован ключ. Если ключ не зарегистрирован, то на 0,4 с. высветится знак «-», а затем номер 0, что означает приглашение зарегистрировать ключ.
Если Вы хотите по каким либо причинам стереть в процессоре информацию о ключе, то для этого необходимо под тем же номером зарегистрировать любой другой ключ. Для стирания допускается один и тот же ключ регистрировать в контроллере под несколькими номерами.
Заключение
В ходе выполнения работы были разработаны электромеханический замок. В пояснительной записки представлены схемы: электрическая структурная, электрическая функциональная, электрическая принципиальная с описанием. Также приведено описание всей элементной базы устройства, приведено описание работы пользователя с устройством.
Применение микроконтроллера DD1 позволило создать устройство с минимальными массогабаритными и экономическими показателями.
В графической части представлены чертежи схем: электрической структурной и электрической принципиальной в соответствии со стандартами ЕСКД.
Список использованных источников
1. «Универсальный контроллер электромеханического замка» Журнал схемотехника №5, 2002.05.
Подобные документы
Характеристика микроконтроллеров и их применение в электронных устройствах. Составление электрической структурной и функциональной схем. Описание элементной базы: кварцевые резонаторы, излучатель звука, компаратор, диоды. Порядок работы устройства.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 12.07.2009Назначение и применение микроконтроллеров - интегральных микросхем, предназначенных для управления электронными схемами. Описание способа адресации. Разработка программы, описание электрической и структурной схемы разрабатываемого микроконтроллера.
курсовая работа [177,6 K], добавлен 30.06.2014Применение современных микроконтроллеров как одного из перспективных аппаратно-программных средств информационных систем. Общие принципы построения микроконтроллеров, их типовая структура. Разработка программы расчета задержек на языке ассемблер.
курсовая работа [719,2 K], добавлен 22.04.2019Конструкция и принцип работы пеллетных котлов, их основные элементы. Среды для разработки и отладки систем управления. Внутренняя структурная схема микроконтроллеров семейства LPC23. Разработка блок схем алгоритмов работы ИСУ отопительного котла.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 19.01.2017Методика создания и листинг недорогой многофункциональной охранной системы, отвечающей современным требованиям безопасности. Общая характеристика и сравнение отечественных однокристальных микроконтроллеров и микроконтроллеров фирм Atmel и Microchip.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 28.09.2010Архитектура микроконтроллеров AVR и PIC. Описание и структура регистров из области ввода/вывода. Внутренняя и внешняя память SRAM микроконтроллеров AVR. Особенности аналого-цифрового преобразования. Переключение в режим параллельного программирования.
лекция [755,2 K], добавлен 28.05.2010Особенности применения светодиодной индикации в микроконтроллерных системах. Характеристика основных приемов программирования универсальных портов ввода-вывода микроконтроллеров AVR. Этапы проектирования елочной гирлянды с микроконтроллерным управлением.
лабораторная работа [291,7 K], добавлен 17.11.2012Нахождение наибольшего элемента массива, расположенного во внутренней памяти, сохранение его значения в стеке. Описание используемых команд: запись из внутренней памяти в аккумулятор данных, безусловный переход по метке. Составление кода программы.
лабораторная работа [41,4 K], добавлен 18.11.2014Описание функциональных блоков контроллера. Анализ серий микроконтроллеров представленных на рынке и используемых в цифровых магнитолах: AVR, PIC, MK-51. Микровыключатели К1-К6, их функции. Разработка функционирования программы, схема устройства.
курсовая работа [483,5 K], добавлен 28.12.2012Интегрированная система, концепция и особенности интеллектуальных зданий. Принципы построения системы управления зданием. Принципы управления распределением энергоресурсов. Отопление с централизованным управлением, управление отопительными приборами.
реферат [83,5 K], добавлен 05.08.2010
