Радиосистема пожарной сигнализации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский Государственный Университет

Информатики и Радиоэлектроники

Кафедра: Радиотехнических систем

Факультет: Радиотехники и электроники

Контрольная работа

НА ТЕМУ:

Радиосистема пожарной сигнализации

Дипломник:

Якуто И. И.

Руководитель:

Левкович В. Н.

МИНСК 1999

1. Разработка протокола обмена информацией и форматов сообщений

В системе, содержащей несколько устройств, для обмена информацией необходимо составить протокол обмена, который определяет очерёдность установления связи между отдельными устройствами, форматы и виды информационных посылок, процедуру обмена ими и реакции устройств, входящих в систему, на те или иные команды.

Электронно-вычислительная машина, в дальнейшем именуемая центральный процессор (ЦП), является устройством для обработки информации с отдельных накопителей. Процедура общения ЦП с накопителями (устройствами накопления (УН)) происходит следующим образом.

ЦП посылает в эфир сообщение Запрос с указанием адреса конкретного накопителя. Максимальное количество накопителей, обслуживаемых одним ЦП 256 штук и определяется длиной адресного поля в пакете. Реально может использоваться и меньшее количество. Когда накопитель получает данную команду, то он отвечает посылкой Готов. После опроса всех устройств, устанавливается связь с доступными накопителями в очередности, определяемой заполненностью ОЗУ: от устройств с большим количеством накопленной информации к меньшим. Для начала сеанса связи от ЦП посылается команда Запрос передачи, которая сообщает о готовности ЦП принимать информацию. После приема этого сообщения накопитель посылает пакет информации с накопленными данными. В случае правильного приема пакета, ЦП посылает команду Запрос передачи, на что накопитель отвечает следующим пакетом данных. Данная процедура продолжается до тех пор, пока не будет передана вся накопленная информация. Когда послан последний пакет, накопитель в ответ на очередную команду Запрос передачи, отвечает сообщением Нет информации. В ответ на данную команду ЦП посылает сообщение Конец связи, после чего сеанс связи с данным накопителем прекращается и идет переход к следующему устройству, либо, если оно было последним в очереди связи, переход к циклу опроса.

Если ЦП получил пакет информации с ошибкой, то он отвечает командой Повторный запрос. Если же в ответ на третью подряд команду Повторный запрос приходит ошибочная команда, то сеанс связи заканчивается, до следующего цикла обращения.

Пакет сообщения состоит из шести полей: флаг, адрес, указатель, данные, проверка (рис. 3.3.1., рис. 3.3.2.).

Рис. 3.3.1. Пакет сообщения (команда).

Рис. 3.3.2. Пакет сообщения (данные).

8 битные флаги указывают на начало пакета. Они представляют собой посылку вида 11011011.

Поле адреса длиной 8 бит указывает на адрес накопителя.

Указатель, имеющий длину также 8 бит, определяет тип пакета: команда либо данные, т.е. какого типа информация содержится в поле Данные. Если в данном поле 00000000, то это информационный пакет, т.е. в поле Данные содержится накопленная информация. Если же 11111111, то в этом пакете (в поле Данные) содержится команда.

Поле Данные содержит или команду и имеет длину 1 байт или накопленные данные, длиной 1Кбайт.

В поле Проверка длиной 1 байт содержатся проверочные символы. В настоящем варианте протокола для проверки правильности передачи пакета используется проверка на четность поля Данные. Вообще-то для проверки пакета может использоваться любой код с кодовой последовательностью не длиннее 8 бит (при данном формате пакета сообщения).

Пакеты разделены временным интервалом в 4 мс (5 байт). Это позволяет не использовать флаги завершения пакета.

Если в течение 16 мс (20 байт) не приходит следующий пакет, то ЦП посылает команду Повторный запрос. Если же в ответ на третью подряд команду Повторный запрос ответа нет, то сеанс связи заканчивается, до следующего цикла обращения.

Если в процессе общения ЦП с отдельным накопителем в течение 16 мс (20 байт) не приходит следующий пакет от ЦП к УН, то накопитель посылает команду Запрос команды. Если в ответ на третью подряд команду Запрос команды ответа нет, то сеанс связи заканчивается, до следующего цикла обращения.

Вся область ОЗУ емкостью 32 Кбайт, разбивается на поля длиной 1Кбайт (рис. 3.3.3.). Каждое поле содержит 17 мин накопленной информации. Кроме того в каждом поле остается свободными 39 байт и 4 бита. Данное пространство используется для меток времени в начале поля.

Рис. 3.3.3. Разбиение ОЗУ накопителя на поля.

Каждая команда имеет свой код, по которому она может быть идентифицирована. Коды команд приведены в таблице 3.3.1.

Таблица 3.3.1

Так как скорость передачи данных радиомодулями составляет 10000бит/с (1250 байт/с=1.22Кбайт/с), то на передачу пакета содержащего команду (длина пакета 5 байт+5 байт интервал), или данные (длина пакета 1028 байт+5 байт) затрачивается 8 мс, 8.8 мс и 0.826 с соответственно.

Для примера, цикл опроса всех 256 устройств, когда все они доступны для связи, длится 4.3 с (256 Запрос и 256 Готов).

Сеанс связи с одним накопителем без ошибок длится 26.71 с, (33 Запрос передачи, 32 Пакета данных, Нет информации, Конец связи).

2. Расчет системных характеристик

В качестве системных характеристик рассчитаем:

На передачу пакета содержащего команду Готов (длина пакета 6 байт+5 байт), или любую другую команду (длина пакета 5 байт+5 байт интервал), или данные (длина пакета 1028 байт+5 байт) затрачивается 8.8 мс, 8 мс и 0.826 с соответственно (скорость передачи данных радиомодулями составляет 10000бит/с=1250 байт/с=1.22Кбайт/с)

Цикл опроса всех 256 устройств, когда все они доступны для связи, длится 4.3 с (256 Запрос и 256 Готов).

Сеанс связи с одним накопителем без ошибок длится 26.71 с, (33 Запрос передачи, 32 Пакета данных, Нет информации, Конец связи).

Так как скорость передачи данных радиомодулями составляет 10000бит/с (1250 байт/с=1.22Кбайт/с), то на передачу пакета содержащего команду (длина пакета 5 байт+5 байт интервал), или команду Готов (длина пакета 6 байт+5 байт), или данные (длина пакета 1028 байт+5 байт) затрачивается 8 мс, 8.8 мс и 0.826 с соответственно.

Цикл опроса всех 256 устройств, когда все они доступны для связи, длится 4.3 с (256 Запрос и 256 Готов).

Сеанс связи с одним накопителем без ошибок длится 26.71 с, (33 Запрос передачи, 32 Пакета данных, Нет информации, Конец связи).

3. Принципиальная схема устройства

Исходя из технических требований и структурной схемы, выберем схемы и элементную базу для устройства.

В качестве генератора колебаний используем простой релаксационный генератор. При качественном проектировании данный генератор вполне стабилен по частоте [9]. Схема генератора изображена на рис. 4.1. Принцип работы генератора заключается в следующем: допустим, что когда впервые прикладывается напряжение, выходной сигнал ОУ выходит на положительное насыщение. Конденсатор начинает заряжаться до напряжения U₊=5В с постоянной времени, равной R₂C₁. Когда напряжение конденсатора достигнет половины напряжения U₊, ОУ переключается в состояние отрицательного насыщения и конденсатор начинает разряжаться до U_- c той же самой постоянной времени.

Рис. 3.1. Релаксационный генератор.

В качестве источника тока используем источник тока Хауленда (рис. 3.2) . Резисторы в данной схеме должны быть точно согласованы согласно выражению

,(4.1.).

Тогда выходной ток равен:

,(4.2.).

В качестве сопротивления R_н в данной схеме выступает тело человека. Для расчета схемы выберем типичное значение R_н=1 кОм.

радиосистема информация релаксационный генератор радиомодуль

Рис.3.2. Источник тока.

В качестве усилителя входного сигнала используется инструментальный усилитель AD622 фирмы Analog Devices. Он имеет высокое входное сопротивление. Также коэффициент усиления можно легко задавать с помощью резистора R1 (рис.4.3) в пределах от 2 до 1000, напряжение питания от +/-2.6 В до +/-15 В (используем 5 В) и миниатюрные размеры. Частотная характеристика усилителя равномерна до 80кГц, что более чем достаточно.

Рис.3.3. Усилитель.

Для выделения полезного сигнала был выбран двухкаскадный амплитудный детектор (рис.3.4). В схеме для развязки С1 от нагрузки на выходе детектора включен повторитель в цепь общей ОС со входным операционным усилителем, что уменьшает дополнительную погрешность детектирования, обусловленную напряжением смещения нуля, входными токами и конечным усилением D2.

Рис.3.4. Амплитудный детектор.

Далее сигнал подается на вход устройства управления (УУ). В качестве УУ выберем микроконтроллер PIC14000 (Microchip). Отличительной особенностью данного микроконтроллера по сравнению с другими данной фирмы, является наличие встроенного АЦП, большое количество портов и внутренний тактовый генератор. А так как одним из основных требований к устройству накопления были малые габариты, то эти особенности явились решающими. Технические характеристики микроконтроллера PIC14000 приведены в приложении 1. Аналоговый сигнал обрабатывается внутренним АЦП и его значения записываются во внешнее ОЗУ 24LC256 (Microchip). Схема включения 24LC256 на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Схема включения ОЗУ 24LC256.

Ёмкости микросхемы (32Кбайт (256Кбит)) вполне хватает для записи информации в течении заданного промежутка времени. Низкое напряжение питания (2.5-5.5 В) и миниатюрные размеры, делают её очень удобной в носимых накопителях. Связь с микроконтроллером осуществляется по двухпроводному последовательному интерфейсу I₂C. Назначение выводов микросхемы памяти приведено в таблице 34.1.

Таблица 3.1.

Микросхема памяти 24LC256 имеет следующие технические характеристики:

-Максимальный ток записи 3 мА при 5.5 В.

-Максимальный ток чтения 400 мкА при 5.5 В.

-Типичный ток хранения 100 нА при 5.5 В.

-Двухпроводной последовательный интерфейс, I²C совместимый.

-Можно подключать до 8 микросхем на 1 шину.

-5 мс максимальный цикл чтения.

-Защита от статического напряжения до 4000 В.

-Срок службы >200 лет.

-Диапазон рабочих температур: от -40⁰С до +85⁰С (коммерческая версия); от -40⁰С до +125⁰С (промышленная версия).

Для снижения стоимости схемы и экономии пространства на плате используем внутренний тактовый генератор микроконтроллера PIC14000 с номинальной рабочей частотой 4 МГц.

Для связи с ЭВМ используем микросборки приемника и передатчика - радиомодули. К их достоинствам можно отнести малые габаритные размеры и малую потребляемую мощность при приемлемых скоростях обмена информацией и дальности связи. Из всего спектра устройств были выбраны: передатчик TXM433F и приемник SILRX433F. Схема включения радиомодулей приведена на рис.3.6.

Рис. 3.6. Схема подключения радиомодулей TXM433F и SILRX433F.

Назначение выводов радиомодулей приведено в таблице 3.2.

Таблица 3.2.

В радиомодуле приемника SILRX433F не используем функцию поиска несущей. Для этого подключим контакт DETECT к Vcc (питание) через резистор R1=10кОм. В качестве антенны используем штыревую антенну отдельно для передатчика и приемника. Это антенна с круговой диаграммой направленности, что как нельзя лучше подходит для мобильного устройства, каким является накопитель.

Технические характеристики радиомодулей указаны в таблице 4.3.

Таблица 3.3.

В качестве источника питания используются два элемента класса AA, дающие в сумме 3 В ёмкостью 750, 1000, 1200 мА/ч. Маломощные регуляторы напряжения ADP1111 (Analog Devices), обеспечивают на выходе стабильное напряжение 5 В. Так как в схеме УН для питания некоторых элементов используется двухполярное питание, то построен инвертор напряжения на С1,C2 и диодах VD1,VD2 (рис.4.7.). На рис.3.7. изображена схема преобразователя напряжения, построенного на ADP111. Схема и номиналы элементов были выбраны из каталога схем, предложенных фирмой-разработчиком.

Рис.3.7. Адаптер питания.

Назначение контактов ADP1111 приведено в таблице 3.4.

Таблица 3.4.

Размещено на Allbest.ru