Выбор микроконтроллера для центрального блока

3.1.1 Выбор микроконтроллера для центрального блока

Микроконтроллер – микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Эти микросхемы являются основой для построения встраиваемых систем, их можно встретить во многих современных приборах, таких как телефоны, стиральные машины и т. п. На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, 16-битные MSP430 фирмы TI, а также ARM. В то время как 8-разрядные процессоры общего назначения полностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные микроконтроллеры продолжают широко использоваться. Это объясняется тем, что существует большое количество применений, в которых не требуется высокая производительность.

В разрабатываемом устройстве данной бакалаврской работы не понадобится высокопроизводительный микроконтроллер (такие как 16-битные MSP430), так как число задач в системе оповещения будет не велико.

Характеристики			Attiny2313	PIC16F628A
БЫСТРОДЕЙСТВИЕ	Макс. Такт. Частота (МГц)		20	20
	Flash-памяти программ (байт)		2048	2048
ПАМЯТЬ	EEPROM (байт)		128	128
	SRAM (байт)		128	224
	Число портов ввода/вывода		18	16
	Последовательный интерфейс		USART	USART
ПЕРЕФИРИЯ	Встроенный тактовый генератор		Есть	Есть
	Напряжение питания		2,7-5,5 В	3-5,5 В
	Аналоговый компаратор		Есть	Есть
ДОП. ХАР-КИ	Детектор пониженного питания		Есть	Есть
	Ценна, руб.		45	95

Рассмотрим и сравним между собой два наиболее популярных 8-разрядных микроконтроллера, которые широко используются на данный момент. Цель этого сравнения состоит в выборе наиболее подходящего микроконтроллера для центрального блока разрабатываемой системы.

В таблице представлены основные характеристики двух микроконтроллеров: Attiny2313 и PIC16F628A. Заметим, что два данных микроконтроллера, сравниваемых между собой по характеристикам, не сильно отличаются друг от друга. Следовательно, каждый микронтроллер может быть использован для разработки центрального блока системы оповещения. Однако ценовой фактор остается решающим. Поэтому для разрабатываемого устройства выбирается Attiny2313 (рисунок 5).

Рисунок 5.ATtiny2313

  3.1.2 Считыватель ключей

Для постановки/снятия в режим «Охрана», разрабатываемой системы сигнализации, будет использоваться считыватель ключей Touch Memory. Touch Memory (буквально, контактная память) - это электронный ключ - идентификатор (в обиходе "таблетка", брелок), носитель данных для автоматической идентификации уникального кода (рисунок 6).

Ключ Touch Memory - это микросхема, размещенная в прочном герметичном корпусе, изготовленном из нержавеющей стали, что обеспечивает повышенную устойчивость к воздействиям внешней среды. Верхняя крышка электрически изолирована от остальной части цилиндра полипропиленовой втулкой и является контактом данных. Нижняя часть цилиндра имеет фланец, для облегчения крепления, и является общим контактом.

Ключ Touch Memory в паре "ключ - контроллер" является пассивным элементом. Это означает, то ключ не имеет внутреннего источника питания.

У ключей Touch Memory не существует двух идентичных изделий (64-х разрядный регистрационный номер).

Производитель ключей Touch Memory - компания Dallas Semiconductor, USA (ныне подразделение Maxim Integrated Products).

Рисунок 6. Ключ Touch Memory

В качестве считывателя ключей будет использоваться обычная кнопка запроса данных, со встроенный светодиодом КС-05 (рисунок 7).

Технические характеристики КС-05

Назначение	системы контроля доступом
Материал	металл
Исполнение	накладное
Цвет	чёрный
Контакты	НР
Размеры	Ш38х10 мм

Рисунок 7. Считыватель ключей КС-05

  3.1.3 Датчики

В разрабатываемой системе буду использовать только дискретные датчики: инфракрасные датчики движения, пожарный дымовой датчик и накладной магнитно-контактный датчик для входной двери.

Инфракрасный датчик движения Pyronix Colt XS:

Извещатели охранные Pyronix Colt XS предназначены для обнаружения несанкционированного проникновения на охраняемые территории.

Используются для установки в охранно-пожарные системы [ ОПС ].

Запатентованные технологии, используемые при разработке и создании извещателя Pyronix Colt XS, позволили существенно повысить помехоустойчивость: достичь оптимального отношения чувствительности при устойчивости к ложным срабатываниям.

Дополнительно стоит отметить, что дальность действия извещателя Pyronix Colt XS составляет 15 метров.

Функциональные параметры Pyronix Colt XS:

·  Экранированное реле

·  Высококачественный двухплощадный пироэлемент

·  Герметичная оптика

·  Варианты линз: №1, №2, №3, №4

·  Фильтр белого света

·  Помехоустойчивость к радиоизлучению

·  Светодиодная индикация срабатывания

·  Перемычка отключения индикации

·  Низкое энергопотребление

·  Упреждающая температурная компенсация [ATC]

·  Срабатывание по импульсу любой полярности

·  Аналоговый подсчет импульсов [1-й, 2-й или 3-й импульс]

·  Фиксация платы через шпоночный паз

·  Антистатический корпус с толщиной стенки 3 мм.

·  Фиксация лицевой крышки винтом

·  Регулировка дальности действия от 5 до 15 м.

·  Технологический паз для укладки соединительных проводов

·  Поворотный кронштейн Pyronix EB1 в комплекте

·  5 лет заводской гарантии

Технические параметры Pyronix Colt XS:

·  Тип: ИК пассивный

·  Монтаж: Настенный

·  Пироэлемент: Двухплощадный

·  Максимальная дальность действия: 15 м

·  Время выдачи тревожного извещения: >1 сек

·  Нагрузка на контакты реле: до 100 В, до 75 мА

·  Нагрузка на выход самоохраны: до 12 В, до 50 мА

·  Электропитание: 9 - 16 В DC

·  Энергопотребление в дежурном режиме: 15 мА

·  Энергопотребление в режиме срабатывания: 15 мА

·  Размеры (ШхВхГ): 52x61x40 мм

·  Температурный диапазон: -30 … +70 ºC

·  Вес: 72 г

·  Цвет прибора: Белый

·  Материал корпуса: Пластик

·  Отделка корпуса: Полировка

Рисунок 8. Внешний вид датчика и его диаграмма направленности зоны обнаружения

Извещатель пожарный оптико-электронный дымовой ИП 212-41М:

Датчик предназначен для обнаружения возгорания, сопровождающегося появлением дыма малой концентрации в закрытых помещениях. Извещатель ИП 212-41 (ДИП-41) работает с приборами приемно-контрольными российского и зарубежного производства с постоянным или переменным напряжением в шлейфе от 7,5 до 30 В. Извещатель формирует сигнал «ПОЖАР» уменьшением внутреннего сопротивления до величины не более 500 Ом. Сброс извещателя из состояния «ПОЖАР» производиться снятием напряжения питания на время не менее 1,5 с. Извещатель ИП 212-41 (ДИП-41) имеет встроенный оптический индикатор срабатывания и обеспечивает возможность подключения выносного устройства оптической сигнализации (ВУОС).

Функциональные параметры ИП 212-41М:

·  Защищаемая площадь - до 85 кв.м.

·  Светодиодный индикатор состояния; в тревожном режиме светится постоянно.

·  Чувствительность (порог срабатывания) извещателя соответствует концентрации дыма, обеспечивающей ослабление светового потока в пределах 0,05 … 0,2 дБ/м.

·  Инерционность срабатывания извещателя не более 5 с.

·  При изъятии извещателя из розетки в шлейфе приемно-контрольного прибора режима формируется сигнал НЕИСПРАВНОСТЬ.

·  Возможно подключение выносной оптической сигнализации (ВУОС).

·  Расширенный температурный диапазон от -25°С до + 55°С позволяет устанавливать эти пожарные извещатели в неотапливаемых помещениях.

·  Степень защиты оболочки извещателя IP30.

·  Средний срок службы не менее 10 лет при соблюдении правил технического обслуживания.

·  Норма средней наработки на отказ с учетом техобслуживания - 60 000 ч.

Oсновныe пapaмeтpы:

·  Монтaж: Потолочный

·  Элeктpопитaниe: 9 … 30 В DC

·  Энepгопoтpeблeниe в дeжуpном peжимe: 50 μА

·  Энepгопoтpeблeниe в peжимe сpaбaтывaния: < 30 мА

·  Индикaция тpeвоги: Красный светодиод

·  Paзмepы [ШхBхГ]: Ø 105 Х 60 мм

·  Тeмпepaтуpный диaпaзон: -25 … +55 °C

·  Bec: 210 г

Цвeт пpибоpa: Белый

Рисунок 9. Внешний вид ИП 212-41М

 

Датчик магнитно-контактный ИО-102-4:

Общее описание ИО-102-4:

1)  ИО-102-4 является мииатюрным накладным магнито-контактным извещателем. ИО-102-4 закрепляют на основание с помощью винтов, он имеет белый цвет. Длина выводов проводов ИО-102-4: 160 - 500 мм. Они изготовлены из провода в полихлорвиниловой изоляции, диаметр проводника составляет 0.12 мм или 0.2 мм.

2)  Расстояние срабатывания ИО-102-4 минимум: 1/2 дюйма (12,7 мм).
Технические особенности ИО-102-4

3)  Диапазон коммутируемого переменного и постоянного тока при напряжении от 10 до 72 В

4)  Максимальное количество срабатываний 10 "6

5)  Выходное сопротивление при коммутируемом токе коммутации 100 мА: разомкнутых контактов 200 кОм, замкнутых контактов 0,5 Ом

6)  Диапазон рабочих температур, 0С -50 -+50

7)  Растояние между магнитом и герконом, мм: более 45 при размыкании, менее 10 при замыкании

8)  Относительная влажность при 30С, 98%

9)  Габариты, мм: 31 х 13 х 6,5

Рисунок 10. Датчик магнитно-контактный ИО-102-4

3.4 Работа системы

После включения питания или нажатия кнопки Reset устройство входит в тот режим, в котором было последний раз – “ожидание постановки на охрану” или “охрана”. Но если же телефон не подключен или с ним какие-то проблемы, то светодиод будет очень редко вспыхивать (горит ~0,5 сек, ~5сек пауза), пока не подключат телефон или проблема не решиться.

В режиме “ожидание постановки на охрану” устройство ждёт поднесения ключа к считывателю. Если ключ поднесли, он есть в памяти, все зоны закрыты, то светодиод моргнёт длинными вспышками три раза и устройство встанет в режим “охрана”. Если же хоть одна из зон не закрыта, то устройство моргнёт три раза короткими вспышками и не встанет в режим “охрана”. Закрытой зоной считается зона, которая закорочена на землю. Если вам не нужно все четыре зоны, то лишние должны быть тоже закрыты. Если же поднесённого ключа нет в памяти, то светодиод также моргнёт три раза.

В режиме “охрана” светодиод изредка моргает, опрашиваются все зоны на разрыв и проверяется наличие внешнего питания. При разрыве любой из зон на номера телефонов, занесённые в память мобильного телефона, отправляются СМС и поступают кратковременные вызовы. После чего светодиод начинает быстро моргать, и устройство ожидает выхода из этого режима прикосновением ключа к считывателю, который есть в памяти. Если в этом режиме произойдёт отключение внешнего питания, то на все номера однократно придёт СМС с текстом “Otklucheno vneshnee pitanie”, а устройство, как уже было сказано, будет продолжать работу от аккумулятора мобильного телефона. Выход из этого режима и переход в режим “ожидание постановки на охрану” произойдёт при поднесении ключа, который имеется в памяти.

На рисунке 11. приведен пример работы системы.

Рисунок 11. Работа GSM-сигнализации

Режим программирования и настройки телефона. В этом режиме программируются ключи в память, и настраивается телефон для работы. Для начала следует стереть все СМС и номера телефонов, находящиеся в памяти телефона и на СИМ карте, с которой будет работать телефон. После чего нужно создать в записной книжке от одного до трёх телефонов, на которые в дальнейшем будут поступать звонки и СМС. На этом операции с телефоном закончены.

После чего нужно войти в режим программирования устройства. Для чего нажмите кнопку But1 и, удерживая её, нажмите и отпустите кнопку Reset. Опустите кнопку But1. Светодиод на считывателе начнёт моргать: один раз вспыхнул, затем пауза и т.д. Это свидетельствует о входе в первый режиме программирования.

В первом режиме программирования заносятся ключи, которые будут использоваться в память устройства. Для занесения ключа в память, коснитесь им считывателя. Светодиод моргнёт три раза – это говорит об успешном программировании ключа в память. И так до трёх ключей. Для перехода во второй режим программирования нажмите кнопку But1, пока светодиод не перестанет моргать, после чего опустите кнопку. Светодиод на считывателе начнёт моргать: два раза вспыхнул, затем пауза и т.д. Это свидетельствует о входе во второй режиме программирования.

Во втором режиме программирования, ранее запрограммированные ключи, при поднесении их к считывателю, будут стираться из памяти. То есть всё противоположно первому режиму: в первом записывали, во втором стираем. Для перехода в третий режим программирования, так же, нажмите кнопку But1, пока светодиод не перестанет моргать, после чего опустите кнопку. Светодиод на считывателе начнёт моргать: три раза вспыхнул, затем пауза и т.д. Это свидетельствует о входе в третий режиме программирования. В третьем режиме стираются все ключи, без поднесения их к считывателю. Для этого нажмите и удерживайте кнопку But2, пока светодиод не сделает паузу, а мотом моргнёт три раза. Это будет означать что все ключи стёрты. Для перехода в четвёртый режим программирования, аналогично, нажмите кнопку But1, пока светодиод не перестанет моргать, после чего опустите кнопку. Светодиод на считывателе начнёт моргать: четыре раза вспыхнул, затем пауза и т.д. Это свидетельствует о входе в четвёртый режиме программирования.

Четвёртый режим программирования нужен для подготовки телефона, а конкретно, для создания в телефоне СМС, которые он потом будет отправлять. Для этого нажмите кнопку But2, пока светодиод не перестанет моргать. После чего отпустите кнопку. Устройство создаст в памяти телефона пять СМС и моргнёт светодиодом три раза. Эти СМС будут потом использоваться при работе, а именно СМС с текстом “Vzlom zoni 1” будет отправляться при разрыве шлейфа Zona1 и т.д. Вы можете отредактировать эту(эти) СМС написав нужный текст вам, например “Vzlom Garaja”. Но только отредактировать, а не стирать и создавать новые СМС, иначе устройство не сможет работать.

И пятая СМС с текстом “Otklucheno vneshnee pitanie” будет отправляться, если в режиме охраны пропадёт питание 12вольт. Устройство при этом ещё какое-то время сможет работать от аккумулятора телефона.

Четвёртый режим программирования был последний режим программирования. Для выхода из любого режима программирования нажмите кнопку Reset.

  3.5 Конструкторская часть

На основе широкого анализа технического задания проводятся конструкторские расчеты с целью построения устройства с помощью предприятия-изготовителя электронных устройств. Особое внимание уделено конструкторским расчетам на механические, температурные воздействия, воздействия ускорения при вибрации.

  3.5.1 Разработка и анализ ТЗ

Из ГОСТА известно, что ТЗ представляет собой документ, устанавливающий основное назначение и показатели качества изделия, технико-экономические и специальные требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию, объему, стадиям разработки и составу конструкторской документации (КД).

Очевидно, что началом действий проектирования в любом случае должен стать этап подготовки исходных (априорной информации) о проекте. Подготовка включает в себя сбор и систематизацию информации в виде технического задания (ТЗ) на разработку. ТЗ по сути является документом, который должен учесть все факторы, влияющие на результат – конструкцию РЭС.

Содержание ТЗ представляет собой объединение следующих исходных данных:

- совокупность требований к изделию (технических, экономических, производственных и др.);

- необходимые стадии разработки и строки прохождения стадий;

- состав КД (ГОСТ 15.001-73).

3.5.2 Техническое задание

1.  Технические требования

a)  Радиотехническое назначение объекта: прием, передача, обработка информации;

b)  Класс объекта установки – наземный стационарный, работающий в отапливаемых наземных и подземных помещениях (1 группа);

c)  Климатическое исполнение – У (умеренный климат со среднегодовыми изменениями температуры + 40ºС и -45ºС);

d)  Категория размещения на объекте – 3 (в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без кондиционирования).

2.  Конструктивные требования

a)  Масса m ≤ 250 г.;

b)  Электромагнитная защита отсутствует;

c)  Необходима сеть питания.

3.  Требования по надежности

a)  Группа безотказности по последствиям отказов III (утрата изделия или расходы на ремонт);

b)  Класс восстанавливаемости II (восстанавливаемые изделия, которые после капитального ремонта должны рассматриваться как новые, а в течение срока службы подвергаются операциями технического обслуживания, текущего и среднего ремонта: вещательные РЭС);

c)  Режим эксплуатации IV (общий – случайные периоды ожидания и действия).

4.  Производственные и экономические требования

a)   Производство мелкосерийное, крупносерийное;

b)   Группа по стоимости разработки и производства – 2 (промежуточная).

5.  Преемственность

Для данной работы в качестве прототипа был заимствован…

6.  Условия эксплуатации

a)  Группа по условиям эксплуатации – I (Стационарная РЭА, работающая в отапливаемых помещениях);

b)   Условия работоспособности: температура от -40ºС до +40ºС, влажность 45-80% при t=25ºС, давление 630 -800 мм.рт.ст.;

c)  Механические воздействия: вибрация f=10…30 Гц, ускорение вибрации A=2g.