Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова»

Среднее профессиональное образование

Московский приборостроительный техникум

Специальность:230113 «Компьютерные системы и комплексы»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Дисциплина: «Микропроцессорные системы»

Тема: «Разработка и тестовое моделирование МПС «Сигнализация», выдающей информационный сигнал о несанкционированном открытии помещения по показаниям датчика движения»

Выполнил: студент группы Э-2-11 Поташников Л.М.

Принял: Познахирко В.В.

2014

Содержание

Введение

1. Описание принципа работы микропроцессорной системы «Сигнализация» выдающей информационный сигнал о несанкционированном открытии помещения по показателям датчика движения

2. Описание применяемого оборудования

3. Постановка задачи

4. Описание предметной области

5. Программный код

Заключение

Список используемой литературы

Введение

При организации охраны производства, квартир и других важных стратегических объектов важную роль играет сигнализация с датчиком движения, так как она позволяет обезопасить объект от несанкционированного нахождения на нем посторонних лиц, а так же от взломов и грабежей. Особенно актуальна сигнализация на предприятиях, т. е в хранилищах и офисах, где храниться вся ценная информация, печати, деньги, производимая продукция. Также актуальны сигнализации в квартирах и коттеджах, так как люди хотят защитить свое имущество. Сигнализаций с датчиком движения, как правило имеют датчик с инфракрасным приемником, как правило им выступает фотодиод куда попадает направленный на него световой луч, если злоумышленник проходя через область действия луча закроет фотодиод от попадания на него луча система сработает и подаст звуковой сигнал.

История охранной сигнализации

Началом развития современных электронных систем охранной сигнализации стало изобретение электрического звонка в начале 19 века. Охранная сигнализация девятнадцатого века представляла собой систему электрических проводов, которые в случае каких-либо действий злоумышленника (например, открытия дверей или разбивания стекла) могли либо замкнуться, либо разомкнуться. Охранная сигнализация срабатывала - начинал звенеть звонок, позднее - сирена. В том же случае, если охранная сигнализация была связана телефонным проводом с ближайшим полицейским участком, она отправляла по телефонному кабелю сигнал тревоги. Если проникновение фиксировалось системой, охранная сигнализация давала такой сигнал, на охраняемый объект прибывали полицейские. В итоге к концу девятнадцатого века практически все особо охраняемые объекты были оснащены системой охранной сигнализации, причем, прежде всего охранная сигнализация устанавливалась в хранилищах банков - ведь тогда, в эпоху золотого стандарта, подавляющая часть денежных средств хранилась в виде золотых монет и слитков.

Изобретение фотоэлемента стало очередным этапом, после которого охранная сигнализация значительно усовершенствовалась. Ведь для прерывания цепи было достаточно перекрыть источник света, падающий на него - а попасться на этом злоумышленнику гораздо проще, чем на нарушении цепи из самих проводов. Эта охранная сигнализация использовала так называемые светолучевые сигнализаторы - на фотоэлемент падал источник, луч света, который являлся "воздушным" охранным проводом, нарушение, прерывание которого приводило к срабатыванию охранной сигнализации. Изобретение же полупроводников и другие изобретения в физике и электротехнике, произошедшие полвека назад, привели к тому, что охранная сигнализация стала такой, какой мы её знаем. Световые лучи и фотоэлементы стали замещаться объемными ультразвуковыми датчиками, затем - микроволновыми, а впоследствии - инфракрасными. То есть преступнику, оказавшемуся на охраняемом объекте, оборудованном такой системой охранной сигнализации, сложно будет избежать невидимого человеческому глазу инфракрасного излучения. А последние достижения уже в сфере компьютерной техники могут помочь сделать охранную сигнализацию более простой в управлении и более многофункциональной. Конечно, современные системы, основой которых является охранная сигнализация, уже не могут применять все те коварные опасные ловушки, описанные в начале статьи.

Даже простой провод под электрическим током, пущенный по периметру вашего участка, делает вас нарушителем закона.

Такая охранная сигнализация несет риск умышленного причинения вреда здоровью злоумышленника.

Поэтому современная охранная сигнализация не должна наносить вреда здоровью человека, и все современные модели охранной сигнализации, предназначенные для продажи на рынке, разрабатываются с учетом этого принципа.

90-е годы вошли в историю нашей страны резко усилившейся криминализацией общества, легализацией частной собственности на средства производства, что вызвало необходимость внедрения самых современных систем охранной сигнализации для их установки в многочисленных банках, магазинах, фирмах, биржах, финансовых корпорациях, нефтегазодобывающих компаниях и т.п., а также в квартирах и коттеджах их владельцев. Охранная сигнализация, которая выпускалась отечественными предприятиями, была ориентирована на военно-промышленный комплекс (например, охранная сигнализация достаточно успешно применялась для охраны государственных границ СССР ещё с 40-х годов), и не имела поэтому соответствующих разрешительных документов для продажи частным лицам. Кроме того, охранная сигнализация отечественного производства тогда выпускалась достаточно небольшими партиями, что явно не могло удовлетворить резко возросший спрос. Поэтому на рынке стала широко распространятся охранная сигнализация от целого ряда ведущих мировых её производителей, что мы наблюдаем и сейчас.

1. Описание принципа работы микропроцессорной системы «Сигнализация» выдающей информационный сигнал о несанкционированном открытии помещения по показателям датчика движения

Система охранных звуковых сигнализаций во всем мире носит востребованный характер. Это связано с тем, что люди хотят защитить свои материальные ценности.

Звуковая сигнализация несет свои недостатки. Ими является отключение звукового сигнала после истечения определенного времени. Это может отпугнуть злоумышленников и привлечь внимание, но по истечению звукового сигнала она больше не сработает. Это дает злоумышленникам беспрепятственно вынести все вещи из помещения.

Появление микроконтроллера как распространенного и недорого управляющего устройства способного автономно управлять периферийными устройствами позволило применить его и в такой сфере как системы охранной сигнализации.

Система охранной сигнализации с датчиком движения следит за обстановкой в области ее действия и подает звуковой сигнал при проникновении в эту область злоумышленников. Позволяя обезопасить квартиры от взлома сохраняя имущество от посторонних людей , и тем самым сохраняя имущество от посторонних людей и сокращая расходы на электроэнергию.

Принцип работы схемы «Сигнализации, выдающей информационный сигнал о несанкционированном открытии помещения по показателям датчика движения»: сигнализация программный микроконтроллер доплеровский

В схеме установлен датчик движения, который сравнивает через определенное время показатели с отраженных пучков света. Схема также имеет динамик и 2 светодиода с надписями «ожидание» и «тревога». Когда показатели датчика движения не меняются, т. е на приёмник датчика приходят одни и те же показатели горит светодиод с надписью «ожидание», при перекрывании пучков света напряжение повышается до 5 вольт и напряжение приходит на микроконтроллер, затем загорается светодиод с надписью «тревога» получающая ток от ножки микроконтроллера, а «ожидание» выключается. Включается динамик и выдает задаваемый ему сигнал от таймера счётчика микроконтроллера. Вся конструкция запитывается от батареек.

2. Описание применяемого оборудования

В данном проекте было применено следующее оборудование:

1)Микроконтроллер ATtiny 2313

2)Доплеровский датчик движения

3)Резистор CF-100

4)Конденсатор К10-17А Н50

5)Динамик DY6510A

6)Транзистор 2N3055

ATtiny2313 - 8 битный AVR микроконтроллер с 2 КБ программируемой в системе Flash памяти

Характеристики:

· AVR RISC архитектура

· AVR - высококачественная и низкопотребляющая RISC архитектура

· 120 команд, большинство которых выполняется за один тактовый цикл

· 32 8 битных рабочих регистра общего применения

· Полностью статическая архитектура

· ОЗУ и энергонезависимая память программ и данных

· 2 КБ самопрограммируемой в системе Flash памяти программы, способной выдержать 10 000 циклов записи/стирания

· 128 Байт программируемой в системе EEPROM памяти данных, способной выдержать 100 000 циклов записи/стирания

· 128 Байт встроенной SRAM памяти (статическое ОЗУ)

· Программируемая защита от считывания Flash памяти программы и EEPROM памяти данных

· Характеристики периферии

· Один 8- разрядный таймер/счетчик с отдельным предделителем

· Один 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предделителем, схемой сравнения, схемой захвата и двумя каналами ШИМ

· Встроенный аналоговый компаратор

· Программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором

· USI - универсальный последовательный интерфейс

· Полнодуплексный UART

· Специальные характеристики микроконтроллера

· Встроенный отладчик debugWIRE

· Внутрисистемное программирование через SPI порт

·

Внешние и внутренние источники прерывания

Режимы пониженного потребления Idle, Power-down и Standby

Усовершенствованная схема формирования сброса при включении

Программируемая схема обнаружения кратковременных пропаданий питания

Встроенный откалиброванный генератор

· Порты ввода - вывода и корпусное исполнение

· 18 программируемых линий ввода - вывода

· 20 выводной PDIP, 20 выводной SOIC и 32 контактный MLF корпуса

· Диапазон напряжения питания

· от 1.8 до 5.5 В

· Рабочая частота

· 0 - 16 МГц

· Потребление

· Активный режим:

· 300 мкА при частоте 1 МГц и напряжении питания 1.8 В

· 20 мкА при частоте 32 кГц и напряжении питания 1.8 В

· Режим пониженного потребления

· 0.5 мкА при напряжении питания 1.8 В

Блок- схема ATtiny2313

Расположение выводов ATtiny2313

Общее описание:

ATtiny2313 - низкопотребляющий 8 битный КМОП микроконтроллер с AVR RISC архитектурой. Выполняя команды за один цикл, ATtiny2313 достигает производительности 1 MIPS при частоте задающего генератора 1 МГц, что позволяет разработчику оптимизировать отношение потребления к производительности.

AVR ядро объединяет богатую систему команд и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной команды. В результате эта архитектура позволяет обеспечить в десятки раз большую производительность, чем стандартная CISC архитектура.

ATtiny2313 имеет следующие характеристики: 2 КБ программируемой в системе Flash память программы, 128 байтную EEPROM память данных, 128 байтное SRAM (статическое ОЗУ), 18 линий ввода - вывода общего применения, 32 рабочих регистра общего назначения, однопроводный интерфейс для встроенного отладчика, два гибких таймера/счетчика со схемами сравнения, внутренние и внешние источники прерывания, последовательный программируемый USART, универсальный последовательный интерфейс с детектором стартового условия, программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором и три программно инициализируемых режима пониженного потребления. В режиме Idle останавливается ядро, но ОЗУ, таймеры/счетчики и система прерываний продолжают функционировать. В режиме Power-down регистры сохраняют свое значение, но генератор останавливается, блокируя все функции прибора до следующего прерывания или аппаратного сброса. В Standby режиме задающий генератор работает, в то время как остальная часть прибора бездействует. Это позволяет очень быстро запустить микропроцессор, сохраняя при этом в режиме бездействия мощность.

Прибор изготовлен по высокоплотной энергонезависимой технологии изготовления памяти компании Atmel. Встроенная ISP Flash позволяет перепрограммировать память программы в системе через последовательный SPI интерфейс или обычным программатором энергонезависимой памяти. Объединив в одном кристалле 8- битное RISC ядро с самопрограммирующейся в системе Flash памятью, ATtiny2313 стал мощным микроконтроллером, который дает большую гибкость разработчика микропроцессорных систем.

ATtiny2313 поддерживается различными программными средствами и интегрированными средствами разработки, такими как компиляторы C, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и ознакомительные наборы.

Основные характеристики ATTINY2313:

· 2Кбайт программной flash пямяти (10.000 циклов записи)

· 128 х 8 бит внутренней оперативной памяти (SRAM)

· 128 байт памяти EEPROM

· защита памяти программ (flash и EEPROM)

· 18 программируемые линии ввода/вывода

· один 8-битный таймер/счетчик

· один 16-битный таймер/счетчик

· внутренние и внешние прерывания

· последовательный интерфейс (USI)

· полнодуплексный USART

· 4 PWM канала

· аналоговый компаратор

· Внутрисхемное программирование (SPI порт)

· watchdog таймер с осциллятором

· рабочая частота 0..20МГц

· внутренний калиброванный осциллятор

· напряжение питания:

o 1,8-5,5В (до 4МГц)

o 2,7-5,5В (до 10МГц)

o 4,5-5,5В (до 20МГц)

· диапазон температур -40..+85°С

Описание Выводов

VCC «Цифровое» напряжение питания

GND «Земля»

Port A (PA2..PA0) Порт А это 3-битный двунаправленный порт ввода/вывода с внутренними подтягивающими(нагрузочными) резисторами (выбираемыми для каждого вывода).

Выходные буферы Порта А имеют одинаковые характеристики с высокой нагрузочной способностью. Если выводы Порта А замыкаются на землю и включены нагрузочные резисторы то выводы являются источниками тока. Сразу после сброса контроллера выводы Порта А находятся в Высоко Импедансном состоянии (третьем состоянии) даже, если генератор не запущен. Порт А также обслуживает функции различных специальных елементов контроллера ATtiny2313 Port B (PB7..PB0) Порт А это 8-битный двунаправленный порт ввода/вывода с внутренними подтягивающими(нагрузочными) резисторами (выбираемыми для каждого вывода).

Выходные буферы Порта В имеют одинаковые характеристики с высокой нагрузочной способностью. Если выводы Порта В замыкаются на землю и включены нагрузочные резисторы то выводы являются источниками тока. Сразу после сброса контроллера выводы Порта В находятся в высокоимпедансном состоянии (третьем состоянии) даже, если генератор не запущен. Порт В также обслуживает функции различных специальных элементов контроллера ATtiny2313 Port D (PD6..PD0) Порт А это 7-битный двунаправленный порт ввода/вывода с внутренними подтягивающими(нагрузочными) резисторами (выбираемыми для каждого вывода).

Выходные буферы Порта D имеют одинаковые характеристики с высокой нагрузочной способностью. Если выводы Порта D замыкаются на землю и включены нагрузочные резисторы то выводы являются источниками тока. Сразу после сброса контроллера выводы Порта D находятся в Высоко Импедансном состоянии (третьем состоянии) даже, если генератор не запущен.

RESET Вывод сброса контроллера. Низкий уровень на этом выводе длящийся дольше чем минимальная длительность импульса генерирует сброс, даже если ЦПУ не запущен.

Минимальная длительность импульса приводится в Таблице 15 на странице 33. Более короткие импульсы не генерируют сброс в большинстве случаев. Ввод Сброса имеет дополнительные, т.е. альтернативные функции: PA2 и dW.

XTAL1 Этот Вывод является входом Инвертирующего Усилителя и входом для внутренней схемы вырвбатывающей тактовый сигал. XTAL1 имеет альтернативную функцию - PA0.

XTAL2 Этот вывод является выходом Инвертирующего Усилителя Генератора.

XTAL2 имеет альтернативную функцию - PA1.

CF-100 (С1-4) 1 Вт, 47 Ом, 5%, Резистор углеродистый

Описание

Резисторы с углеродным проводящим слоем предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Являются заменой отечественных резисторов С1-4

Номинальная мощность: 0.25 Вт, 0.5 Вт, 1 Вт, 2 Вт

Диапазон номинальных сопротивлений: 1 Ом - 10 МОм; ряд E24

Точность: 5% (J)

Диапазон рабочих температур: -55 …+125°C

Технические параметры

Тип	с1-4
Номин. сопротивление	47
Единица измерения	кОм
Точность, %	5
Номин. мощность, Вт	1
Макс. рабочее напряжение, В	500
Рабочая температура, С	-55…155
Монтаж	в отв.
Длина корпуса L, мм	11
Ширина (диаметр) корпуса W(D), мм	4.5

Доплеровский датчик движения.

Описание

Доплерововское смещение частоты, для случая отражения сигнала от движущегося объекта будет и неподвижного излучателя/приёмника:

F_доплер = F_излучения * 2 * Скорость_метров_в_сек * cos( Q / 300000000)

Q - угол между направлением излучения и направлением движения объекта

Немного фактов:

Если в луч сигнала попадают несколько объектов движущихся с разными скоростями, то на выходе смесителя мы имеем сумму сигналов их доплеровских смещений частот.

Уровень получаемого сигнала доплеровской частоты пропорционален отражательной способности объекта и расстоянию между объектом и датчиком.

Датчик не будет фиксировать объекты габаритами менее 1/2 длины волны частоты на которой он работает.

То есть разложив сигнал по спектру можно определить число объектов и скорость каждого объекта, а по уровням частот и изменению уровня во времени можно косвенно судить о габаритах объектов. Или другими словами - нацелив антенну датчика например на дорогу мы будем знать сколько машин едет по дороге и их скорости. К сожалению используя простейший датчик на 1 транзисторе мы не будем знать: на датчик (отраженный сигнал выше по частое чем излучаемый) или от датчика (отраженный сигнал ниже по частоте) двигаются объекты.

CF-100 (С1-4) 1 Вт, 270 Ом, 5%, Резистор углеродистый

Описание

Резисторы с углеродным проводящим слоем предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Являются заменой отечественных резисторов С1-4

Номинальная мощность: 0.25 Вт, 0.5 Вт, 1 Вт, 2 Вт

Диапазон номинальных сопротивлений: 1 Ом - 10 МОм; ряд E24

Точность: 5% (J)

Диапазон рабочих температур: -55 …+125°C

Технические параметры

Тип	с1-4
Номин. сопротивление	270
Единица измерения	кОм
Точность, %	5
Номин. мощность, Вт	1
Макс. рабочее напряжение, В	500
Рабочая температура, С	-55…155
Монтаж	в отв.
Длина корпуса L, мм	11
Ширина (диаметр) корпуса W(D), мм	4.5

К10-17А Н50 0.1 мкФ, Конденсатор керамический выводной

Описание

Конденсаторы К10-17 предназначены для работы в цепях постоянного, переменного токов и в импульсных режимах.

К10-17А - правильной формы, изолированные керамические конденсаторы во всеклиматическом исполнении.

Технические параметры

Тип	к10-17а
Номин. сопротивление	270
Рабочее напряжение,В	50
Номинальная емкость	0.1
Единица измерения	мкф
Допуск номинала,%	50…-20
Температурный коэффициент емкости	н50
Рабочая температура,С	-60…125
Выводы/корпус	радиал.пров.
Длина корпуса L,мм	6.8
Ширина корпуса W,мм	5.6

2N3055, Транзистор NPN 60V 15A TO-3

Технические параметры

Структура	npn
Макс. напр. к-б при заданном обратном токе к и разомкнутой цепи э.(Uкбо макс),В	100
Макс. напр. к-э при заданном токе к и разомкнутой цепи б.(Uкэо макс),В	70
Максимально допустимый ток к ( Iк макс.А)	15
Статический коэффициент передачи тока h21э мин	15
Граничная частота коэффициента передачи тока fгр.МГц	0.8
Максимальная рассеиваемая мощность ,Вт	115
Корпус	to204aa

DY6510A, 100 Вт, RMS, Динамик

Описание

Головки динамические низкочастотные предназначены для применения в различных типах приемников и абонентских громкоговорителей, воспроизводят низкочастотную часть спектра звукового сигнала

Технические параметры

Мощность, Вт	100
Номинальное электрическое сопротивление, Ом	8
Уровень чувствительности, Дб	90
Диапазон частот, Гц	50…6500
Габаритные размеры, мм	170x74

3. Постановка задачи

В данном проекте, будет произведена разработка прибора: Сигнализации, выдающей информационный сигнал о несанкционированном открытии помещения по показателям датчика движения.

Разработка данного устройства состоит из следующих пунктов:

1)Подготовка теоретического материала, позволяющего выбрать оборудование.

2)Выбор оборудования согласно теоретическому материалу.

3)Проектирование функциональной и принципиальной схем микропроцессорной системы.

4)Проектирование блок схемы аппаратного обеспечения микропроцессорной системы.

5)Написание программного кода для микропроцессорной системы.

6) Проектирование блок схемы программного кода микропроцессорной системы.

4. Описание предметной области

Сегодня большое влияние на все сферы общественной жизни оказывают информатизация и информационные технологии. Люди автоматизируют ту часть жизни, которая раньше требовала вмешательства специалиста и стояла больших затрат. Это способствует развитию робототехники, микропроцессорных систем и т.п. В связи с этим такие устройства как микроконтроллеры стали применяться и в системах охранной сигнализации. Поводом для внедрения микропроцессорной системы в такую сферу деятельности человека как сигнализация послужило автоматизировать охранные системы на электронном уровне.

Это сделано для того чтобы улучшить охранную систему десяток тысяч квартир, предприятий, военных организаций по всему миру. Это дает улучшенное быстродействие при срабатывании сигнализации, а также эффективность оповещения при помощи передачи данных или звукового сигнала, иначе это ухудшило бы ситуацию в сфере охранных сигнализаций и привело к негативным последствиям.

Что требуется от системы охранной сигнализации?

Для пользователей важно, чтобы сигнализация могла:

- работать в автономном режиме круглые сутки в режиме 24/7

-экономить энергию (т.е. денежные средства)

-избегать сбоев в срабатывании сигнализации

- иметь не большие габариты и была бы не заметна при входе в зону действия

5. Программный код

program SIGNSTYLE;

begin

DDRD:=0xFF; //Инициализация портов

DDRB.0:=0;

while TRUE do begin //Задаем условие

Begin

if PINB.0=1 then //если на входе PORTB.0=1

Begin //тогда

PORTD.1:=0;//то на PORTD.1:=0

delay_ms(5);//задержка

PORTD.4:=1;

PORTD.5:=1;//Меняем значение портов

PORTD.0:=1;

delay_ms(5);//Задержка

PORTD.4:=0;

PORTD.5:=0;

PORTD.0:=0;//Меняем значение портов

delay_ms(5);

end

else//иначе

Begin

PORTD.0:=0;

PORTD.1:=1;

PORTD.4:=0;

PORTD.5:=0;

end;

end;

end;

end.

Заключение

Результатом выполнения данного проекта является разработка и тестовое моделирование микропроцессорной системы «сигнализация» выдающая информационный сигнал о несанкционированном открытии помещения по показателям датчика движения. Система построена с учетом требований предъявляемых к системам данного типа. Система является аналогом других систем созданных с той же целью. Была разработана программа обеспечивающая работу системы в автономном режиме. Данная система позволяет повысить эффективность охранной системы и как следствие ведет к надежности использования данного устройства с низким энергопотреблением. Датчик движения позволяет безошибочно следить за изменениями, происходящими в помещении позволяя определить движущийся объект в области его действия.

Список используемой литературы

1. http://cxem.net/avto/alarm/alarm23.php

2. http://do.gendocs.ru/docs/index-223563.html?page=5

3. http://27kb.ru/zou.php?f=901&message=8522

4. www.qsl.net/va3iul

5. http://www.chipdip.ru/

6. http://sio.su/doc/ust-ohr-sig-2.php

7. http://www.tehnari.ru/f117/t75443/

8. http://papamaster.su/vazhny-li-datchiki-dvizheniya/

9. http://elec-s.ru/ustroistva/drugieustroistva/45-datdvig.html

10. http://www.signal-gsm.ru/index.php?page=datchik-dvizheniya

11. http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Atmel/micros/avr/attiny2313.htm

12. http://tik-tak.ucoz.com/Datasheet_ATTiny2313_na_russkom.pdf

13. http://27kb.ru/zou.php?f=901&message=8522

14. Ревич Ю.В Занимательная микроэлектроника знакомство с микроконтроллером.

15. Мортон Д. Микроконтроллеры AVR. Вводный курс (2006)

Размещено на Allbest.ru