РЕФЕРАТ

Цель работы: разработка микропроцессорной системы на базе микроконтороллера, пожарной сигнализации на 11 пожарных датчиков. При срабатывании одного из датчиков пожарной сигнализации по радиоканалу поступает кодированный сигнал, чем обеспечивает включение сигнала и указывает номер сработавшего датчика.

Введение

1. Описание объекта и функциональная спецификация

2. Описание ресурсов МК

2.1 Расположение выводов

2.2 Исполнение микроконтроллера

2.3 Особенности микроконтроллеров серии PIC16F Х

2.4 Периферийные особенности, специальные особенности,технология

2.5 Эксплуатационные характеристики

3. Разработка алгоритмов устройства

4. Ассемблирование

5. Описание функциональных узлов МПС и алгоритма их взаимодействия

6. Описание выбора элементной базы и работы принципиальной схемы

Заключение

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время в нашей стране, да и, пожалуй, во всём мире стала наиболее актуальна проблема безопасности объекта. Системы электронных пожарных сигнализаций являются одним из главных препятствий на пути пожара.

Современные интегрированные системы безопасности.

В связи с широким использованием современных электронных компонентов и цифровых методов обработки информации происходит существенная "интеллектуализация" технических средств. Эти средства перестают быть просто вспомогательными и приобретают новые свойства. Современные технические средства охраны могут быть использованы в виде полностью интегрированной системы или системы, состоящей из функционально независимых компонентов.

Тенденции развития электронной техники и электротехники на базе микроминиатюризации требуют применения широкой номенклатуры маломощных и малогабаритных устройств и изделий (преобразователей трансформаторов, усилителей, фильтров, стабилизаторов, выпрямителей и так далее), выполненных на новой конструктивной основе ЭРЭ. Достижения науки и техники на современном этапе развития в области электронной техники позволяют значительно уменьшить массогабаритные характеристики рассматриваемых электронных устройств. В настоящее время конструирование РЭА, РЭУ и ЭРЭ характеризуется резким увеличением применения БИС, что также даёт возможность уменьшить объёмы устройств и одновременно улучшить их качественные характеристики, показатели надёжности и долговечности.

Пожарные системы большой ёмкости обычно применяются для обеспечения безопасности крупных предприятий, банков, гостиниц и характеризуется тем, что обслуживают от нескольких сотен до нескольких тысяч датчиков (извещателей). При этом контролировать нужно не только датчики но и различного вида устройства управляющие работой системы.

Микроконтроллеры серии РІС идеально подходят для организации и развития малого и среднего бизнеса в области производства электронной аппаратуры. При минимальных затратах рабочего времени и денежных средств можно легко наладить производство мини-АТС, телефонных блокираторов, "интеллектуальных" датчиков сигнализации, систем контроля доступа, автомобильной электроники и т п. Причем в таких изделиях от 30 до 90 процентов функциональной нагрузки несет на себе программное обеспечение, которое может быть легко модифицировано и приспособлено к нуждам потребителя.

Немаловажное значение имеет возможность защиты кода программы от несанкционированного копирования или изменения. Наличие этой опции эффективно защищает права разработчика и производителя, и особенно важно в Украине, где эти права систематически нарушаются. Для радиолюбителей микроконтроллеры РІС также интересны доступностью цены и простотой в освоении и применении, а также тем, что открывают для них новые, ранее невиданные области творчества. Радиолюбитель освобождается от непроизводительного труда, направленного на подбор и поиск подходящих компонентов, разработку сложной схемотехники реализованной на микросхемах жесткой логики. Значительно упрощается сама конструкция устройства и повышается надежность.

В данном курсовом проекте реализована микропроцессорная система на базе микроконтроллера для управления пожарной сигнализацией. Проект основывается на микроконтроллере PIC16F84А.

1. Описание объекта и функциональная спецификация

Предлагаемое устройство - модулятор и демодулятор на двух микроконтроллерах может работать совместно с передатчиком и приемником с частотной или амплитудной модуляцией. Устройство контролирует ежесекундную додачу импульсов с датчиков пожарной сигнализации. Производится контроль состояния 11 датчиков. При пропадании контрольных импульсов из-за значительного удаления от объекта или выключения передатчика включается звуковой сигнал. После включения тревожного сигнала можно определить, по какому из параметров или датчиков включилась сигнализация.

Функциональная спецификация

Так как устройство содержит две законченные конструкции, разберем каждую конструкции отдельно:

Модулятор

а. 11 пожарных датчиков на размыкание

а. к модулятору передатчика

b. включение несущей

3. Функции

а. сбор информации от пожарных датчиков (извещателей)

b. включение несущей передатчика

с. передача сигналов на модулятор передатчика

d. обработка временных характеристик работы устройства и передача в частотном виде

Демодулятор

а. с компаратора приемника

b. кнопка запуска (включение питания)

а. звуковой излучатель

b. семисегментный индикатор

3. Функции

а. прием управляющих сигналов с компаратора приемника

b. обработка полученной информации

c. подача звукового сигнала «Тревога» на звуковой излучатель

d. вывод информации на семисегментный индикатор, указывающий на объект срабатывания сигнализации и работоспособности устройства

2. Описание ресурсов МК

2.1 Расположение выводов

Расположение выводов микроконтроллера РIС16F84Aизображено на рис. 1.

Рис. 1 -Расположение выводов микроконтроллера РIС16F84A

2.2 Исполнение микроконтроллера

Микроконтроллер выпускается в двух видах корпусов.

Расположение выводов и конструктивные размеры различных корпусов приведены на Рис. 2 и Рис.3.

Рис. 2 - Конструктивные размеры микроконтроллера РIС16F84A(исполнение 1)

Рис. 3 - Конструктивные размеры микроконтроллера РIС16F84A(исполнение 2)

2.3 Особенности микроконтроллеров серии PIC16F

Особенности CPU Высокой Производительности RISC:

Только 35 единых команд операции над словами для узнавания

Весь единый цикл инструкций за исключением программы ветви, которые являются два-циклом

Действие скорости: DC - 20 отмечающего время входа Mгц DC - 200 цикла инструкции ns

1024 слова памяти программы

68 байтов Оперативной ПАМЯТИ Данных

64 байта Данных EEPROM

14-разрядные широкие команды

8-разрядные широкие байты данных

15 Специальных Аппаратных записей Функции

Восьми-горизонтальный глубокий аппаратный стек

Направьте, косвенные и относительные способы адресации

Четыре источника прерывания:

Внешняя иголка RB0/INT

Избыток таймера TMR0

PORTB<7:4> включенное изменение прерывания

Запись данных EEPROM завершить

2.4 Периферийные особенности, специальные особенности,технология

Периферийные Особенности

13 входов I/O с индивидуальным контролем направления

Высокая текущая сточный выход/источник для прямого выхода

25 max сточного выхода mA. за направление

25 max источника mA. за направление

TMR0: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-куском программируемый prescaler

Специальные Особенности Microcontroller :

10,000 стереть/написать Увеличенную ВСПЫШКУ циклов

Типичная память программы

10,000,000 типично стереть/написать циклы EEPROM

Типичная память данных

Сдерживание Данных EEPROM > 40 лет

Включенная длина окружности Серийный Programming™ (ICSP™) – через два входа

Энергетический Включенный Reset (POR), Энергетический Верхний Таймер (PWRT)

Таймер Старта Осциллятора (OST)

Таймер (WDT) watchdog с собственным включенным Осколком RC

Осциллятор для надежного действия

Защита кода

Мощность, сохранение метода СНА

Выбираемые варианты осциллятора

CMOS Увеличенный FLASH/EEPROM

Технология:

Низкая мощность, технология большой скорости

Полностью неподвижный проект

Повсюду ряд операционного напряжения:

Коммерчески: 2.0V 5.5V

Индустриально: 2.0V 5.5V

Низкое энергетическое потребление:

- < 2 mA типично @ 5V, 4 мгц

15 ???типично @ 2V, 32 kHz

- < 0.5 типичных текущих резервирования?????2V

2.5 Эксплуатационные характеристики

Температура окружающей среды под bias-55°C +125°C

Температура хранения -65°C +150°C

Напряжение на любой входе относительно VSS (кроме того VDD, MCLR, и RA4) -0.3V (VDD + 0.3V)

Напряжение на VDD относительно VSS -0.3 +7.5V

Напряжение на MCLR относительно VSS(1) . -0.3 +14V

Напряжение на RA4 относительно VSS -0.3 к +8.5V

Полное энергетическое потребление(2) .800 mW

Максимальный ток вне входа. 150 mA

Максимальный ток на входе VDD100 mA

Входной текущий зажим, IIK (VI < 0 или VI > VDD)?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ??20 mA

Выбор микроконтроллера, используемого в центральном блоке, обусловливается объемом памяти программ, памяти данных, числом портов ввода/вывода быстродействием.

Будем использовать микроконтроллер ATmega.

Оценим объем памяти программ.

Алгоритм функционирования центрального блока в режиме инициализации состоит из 32 элементарный действий. Каждое действие выполняется в среднем с помощью 5 команд. В самом общем случае команда микроконтроллера выбранной серии состоит из 16 разрядов. Объем памяти программ микроконтроллеров ATmega оценивается в 16-разрядный словах. Таким образом, программа, выполняемая центральным блоком в режиме инициализации, займет в памяти программ ячеек памяти.

Алгоритм функционирования центрального блока в режиме тестирования состоит из 35 элементарный действий. Каждое действие также как и в режиме инициализации, выполняется в среднем с помощью 5 команд. Следовательно, программа, выполняемая центральным блоком в режиме тестирования, займет в памяти программ ячеек памяти.

Алгоритм функционирования центрального блока в рабочем режиме состоит из 31 элементарного действия. Каждое действие также как и в режиме инициализации, выполняется в среднем с помощью 5 команд. Следовательно, программа, выполняемая центральным блоком в режиме тестирования, займет в памяти программ ячеек памяти.

Алгоритм функционирования центрального блока при выполнении подпрограммы обработки сигнала датчика состоит из 11 элементарных действий. Каждое действие также как и в режиме инициализации, выполняется в среднем с помощью 5 команд. Следовательно, программа, выполняемая центральным блоком в режиме тестирования, займет в памяти программ ячеек памяти.

Следовательно, вся программа займет

ячеек памяти.

В память программ записываются пять параметров помещения:

1. Коэффициент полезного действия, сгоревшего топлива;

2. Удельная скорость выгорания;

• 3. Теплота сгорания топлива;
• 4. Площадь пожара;
• 5. Нормальная температура в помещении.

Каждый из указанных параметров помещения займет одну ячейку памяти. Следовательно, параметры помещения займут в памяти программ

ячеек памяти.

При инициализации в память программ записываются адреса датчиков периферийного оборудования. Поскольку система пожарной сигнализации рассчитана на подключение 2016 датчиков, то для записи адресов датчиков необходимо

ячеек памяти.

Таким образом, необходимые исходные данные займут

ячейку памяти.

Всего для текста программы и исходных данных потребуется

ячеек памяти.

Память данных микроконтроллера должна одновременно хранить результаты измерений температуры помещения двумя датчиками, 2 пороговых значения температуры для данного помещения, 2 адреса датчика, адрес центрального прибора или мультиплексора, 2 результата сравнения значений температур с пороговыми значениями, состояние 13 счетчиков циклов, максимальное допустимое число циклов. Таким образом, минимальное число ячеек памяти данных должно быть равно

Оценим необходимое число портов ввода/вывода, требуемое для подключения периферийных устройств к микроконтроллеру.

Для подключения стандартного программатора необходимо задействовать

последовательных порта.

Для организации последовательного интерфейса RS232 необходимо использовать 2 последовательных порта. Учитывая, что с помощью одной шины указанного интерфейса осуществляется обмен с центральными приборами, а с помощью второй шины производится обмен с информационной системой высшего уровня, то необходимо использование

последовательных порта.

Центральный блок должен принимать сигналы, поступающие от типовых ручных пожарных извещателей. Типовые ручные пожарные извещатели представляют собой адресные устройства, поэтому для приема сигналов от них достаточно использовать

последовательный порт ввода. Все ручные пожарные извещатели необходимо подключить к одному шлейфу.

В центрально приборе предусматривается временное хранение информации о показаниях датчиков. Следовательно, необходимо организовать программное управление работой микросхем внешней памяти. Современные микросхемы внешней последовательной памяти имеют 6 выводов, из которых на один подается сигнал выбора микросхемы. Для упрощения процедуры управления подобной памятью на каждый элемент памяти удобно подавать сигнал выбора микросхемы отдельно. Таким образом, для управления внешней памятью необходимо

последовательных портов ввода/вывода, где K -- число микросхем внешней последовательной памяти.

Следовательно, для организации работы устройств, подключаемых к микроконтроллеру центрального блока, необходимо

последовательных портов ввода/вывода.

Выберем микроконтроллер ATmega128 . Данный микроконтроллер имеет 128 кБайт внутрисистемно программируемой флэш-памяти программ, 4096 байт внутреннего статического ОЗУ данных и 4 кБайт ЭСППЗУ для энергонезависимого хранения данных. Тактовая частота микроконтроллера равна 16 МГц и определяется внутренним кварцевым генератором. Потребляемый ток равен 24 мА, при напряжении питания 5 В и тактовой частоте 16 МГц.

Принципиальная электрическая схема ячейки периферийного обородувония представлена на рисунке 1.1. Микроконтроллер включен по рекомендуемой производителем схеме. Частота кварцевого резонатора ZQ1 равна 16 МГц, емкости конденсаторов С 2, С 3 в соответствии с рекомендациями производителя приняты равными 22 пФ.

При подключении к центральному блоку выносных пультов управления и системы высшего уровня с помощью интерфейса RS232 необходимо обеспечить согласование уровней сигналов микроконтроллера и интерфейса. Для согласования уровней сигналов будем использовать микросхему DD 1-DD 9 приемопередатчика MAX232 в стандартной схеме включения. Производитель рекомендует емкости конденсаторов С 4…C 18 принять равными 1 мкФ.

Предлагаем схему универсальной охранной сигнализации на небольшом 8-ми выводном микроконтроллере ATTINY-13, при всей своей простоте реализующей множество удобных режимов работы.

Принципиальная схема охранного устройства

Алгоритм работа схемы

1. При включении питания, через 10 сек схема переходит в режим охраны, сигнализируя об этом подачей импульса длительностью 0,5 сек на сирену (при условии, что шлейфы замкнуты на корпус) и подается питание на светодиод который отображает «статус» системы.

1.1. Если на момент перехода в режим охраны один из шлейфов разорван то на сирену подается три импульса продолжительностью 0,5 сек и интервалом 0,5 сек, а светодиод «статус» начинает мигать 1 раз (если разорван шлейф №1), 2 раза (если разорван шлейф №2) и 3 раза (если разорваны шлейф №1 и №2) продолжительностью 1 сек и интервалом 0,5 сек с перерывом 4 сек, режим охраны не включается.

2. Если в режиме охраны шлейф №1 разрывается, то с задержкой 3 сек (для ручного снятия с охраны) начинается оповещение (импульс на сирену продолжительностью 60 сек и импульс продолжительностью 3 сек на светодиод оптопары).
Светодиод «статус» начинает мигать, как указано в п.1.1.

2.1. Если, с момента первого разрыва шлейфа №1, в течении 3-х минут шлейф не восстановлен то выдается повтор оповещения.

2.2. Если, с момента первого разрыва шлейфа №1, в течении 6-ти минут шлейф не восстановлен то выдается повтор оповещения.

2.3 Если, с момента первого разрыва шлейфа №1, шлейф не восстановлен в течении 7-ми минут то на светодиод оптопары подается 6 импульсов продолжительностью 3 сек с периодичностью 60 минут. На период разрыва шлейфа №1 охрана ведется по шлейфу №2.

2.4 Если во время процессов оповещения по шлейфу №1 происходит разрыв шлейфа №2, то оповещение по шлейфу №2 происходит с задержкой 60 сек.

2.5 Если по истечению 60 сек. после первого разрыва шлейф №1 восстановлен на период 10 сек., на любом этапе, то через 10 сек. схема продолжает работу с п.2, за исключением светодиода «статус» который запоминает что шлейф №1 был разорван (повторение п.2.5 возможно не более 10 раз).

3. Если в режиме охраны шлейф №2 разрывается начинается оповещение (импульс на сирену продолжительностью 60 сек и импульс продолжительностью 3 сек на светодиод оптопары). Светодиод «статус» начинает мигать, как указано в п.1.1.

3.1. Если, с момента первого разрыва шлейфа №2, в течении 3-х минут шлейф не восстановлен то выдается повтор оповещения.

3.2. Если, с момента первого разрыва шлейфа №2, в течении 6-ти минут шлейф не восстановлен то выдается повтор оповещения.

3.3 Если, с момента первого разрыва шлейфа №2, шлейф не восстановлен в течении 7-ми минут то на светодиод оптопары подается 6 импульсов продолжительностью 3 сек с периодичностью 60 минут. На период разрыва шлейфа №2 охрана ведется по шлейфу №1.

3.4 Если во время процессов оповещения по шлейфу №2 происходит разрыв шлейфа №1, то оповещение по шлейфу №1 происходит с задержкой 60 сек.

3.5 Если по истечении 60 сек. после первого разрыва шлейф №2 восстановлен на период 10 сек., на любом этапе, то через 10 сек. схема продолжает работу с п.3 за исключением светодиода «статус» который запоминает что шлейф №2 был разорван (повторение п.3.5 возможно не более 10 раз).

Данная простая мини-охранная сигнализация на микроконтроллере ATtiny 13 предназначена для охраны квартир, офисов, дач... При размыкании геркона сигнализация подаёт звуковой сигнал или при небольшой доработке можно сделать отправку SMS с мобильного телефона. Управление сигнализацией осуществляется ИК-брелками. Основные характеристики: динамическое питания фотоприёмника, пробуждение из режима "SLEEP" по прерыванию от сторожевого таймера в режиме "POWER-DOWN", и как следствие низкое энергопотребление - около 30мкА.

Принципиальная схема устройства довольна проста. ИК-приёмник - TSOP1736. Сердцем устройства является микроконтроллер ATtiny13. При размыкании контактов геркона срабатывает сигнализация. Принципиальная схема охранной сигнализации (для увеличения кликните по схеме):

Собранное устройство выглядит так:

Ик-передатчик для управления охранной сигнализацией собран на микроконтроллере ATtiny13 и десятке пассивных компонентов. Вместо транзистора BC847 можно использовать любой маломощный транзистор, например, КТ 315. Источником питания служат две литий-ионные батарейки типа CR. Принципиальная схема ИК-брелка для управления охранной сигнализацией (установка охраны/снятие с охраны):

Собранный брелок управления:

При использовании многоканального (на 99 каналов) ИК-передатчика на микроконтроллере ATtiny24 можно одновременно использовать большое количество сигнализаций находящихся рядом, управляя ими по выбору. Принципиальная схема многоканального ИК-передатчика:

Собранный многоканальный ИК-передатчик:

Программирование сигнализации

Стирание всех брелков

Установите перемычку на JP1.
Раздастся звуковой сигнал, индикатор непрерывно мигает красным цветом 0,5 Гц

Добавление новых брелков

Установите перемычку на JP2.
Индикатор непрерывно мигает зелёным цветом 0,5 Гц.
В подтверждение записи брелка раздастся звуковой сигнал 1 раз.
Если память брелков заполнена индикатор непрерывно мигает красным цветом 0,5 Гц.

Работа с устройством

Состояние прибора – снят с охраны (мигает зелёный светодиод с частотой 1Гц)

Принципиальная схема двухуровневой системы охраны, которая построена применением AVR микроконтроллеров серии ATMega. 1-й уровень охраны - кодовый замок. 2-й уровень охраны - устройство охраны. Две функциональные платы, входящие в систему выполнены на базе микроконтроллеров ATmega 8535.

Структурная схема

Микроконтроллеры (семейства AVR, MCS-51 и др.) со своей архитектурой, программными и аппаратными ресурсами, как цифровые кубики идеально подходят для разработки различных устройств охраны, сигнализации, кодовых замков и пр.

Рис. 1. Структурная схема системы охраны.

В системе (рис. 1) имеется две основных составных части: кодовый замок А2, и устройство охраны А1. Устройство охраны А1 имеет 24 независимых входных линии к которым подключены концевые выключатели S1...S24. Данные выключатели контролируют состояние окон 01...05, двери Д1, люков Л1, Л2.

Количество вышеуказанных объектов контроля может быть разным, и привязано к каждому конкретному помещению или охраняемому периметру.

Количество применяемых устройств охраны А1 и кодовых замков А2 тоже ничем не ограничено и определяется условиями охраны, степенью защиты, особенностями зданий, помещений и др. Понятно, что концевые выключатели S1...S24 могут контролировать и те двери, люки доступ к которым ограничен кодовым замком (или кодовыми замками) А2. Принципиальная схема кодового замка представлена на рис. 2.

Принципиальная схема

Рассмотрим работу устройства охраны. Внешними (выносными) элементами по отношению к устройству являются 24 концевых выключателя (S1...S24), которые позволяют контролировать состояние 24 объектов (например, дверь). Один концевой выключатель контролирует состояние одной двери. Если дверь закрыта - концевой выключатель разомкнут.

Пользователь (оператор, диспетчер) визуально состояние двери может проконтролировать по состоянию индикатора.

Если дверь открыта - концевой выключатель замкнут. Индикатор - периодически мигает. Если дверь закрыта - концевой выключатель разомкнут. Индикатор - не горит (погашен). Пусть концевой выключатель S1 установлен в двери № 1. Пусть концевой выключатель S2 установлен в двери № 2 и т. д.

Если открыта дверь № 1, то периодически мигает индикатор HL2 (если дверь № 1 закрыта индикатор HL2 - погашен). Если открыта дверь № 2, то периодически мигает индикатор HL3 (если дверь № 1 закрыта индикатор HL3 - погашен) и т. д.

Автор, не будет останавливаться на каком-то конкретном конструктивном исполнении установки концевого выключателя, а так же конструкции самого устройства. В интерфейс контроля и управления устройства входят: тумблеры SA1, SA2, индикаторы HL1...HL25. Конструктивно, все вышеуказанные элементы целесообразно разместить на отдельной панели управления.

Рис. 2. Принципиальная схема кодового замка для системы охраны.

Элементы интерфейса управления устройства имеют следующее назначение:

• SA1 (ОХРАНА) - тумблер сигнализации. При установке данного тумблера в положение "ВКЛ" - устройство ставится под охрану. Устройство ставится под охрану, через ~ 10 сек. с момента установки тумблера SA1 в положение "ВКЛ" из положения "ВЫКЛ". После установки под охрану, сигнализация срабатывает через ~ 10 сек с момент замыкания любого концевого выключателя S1...SA24.
• SA2 - тумблер выключения звука. Данный тумблер функционирует только в режиме контроля состояния дверей. Тумблер SA1 должен быть установлен в положении "ВЫКЛ". При установке тумблера SA2 в положение "ВКЛ" при открытии любой двери пьезоэлектрическим излучатель ВА1 сразу выдаст звуковой сигнал, длительностью ~ 2 сек. Если данный тумблер в положение "ВЫКЛ", то при открытии любой двери, будет периодически мигать только соответствующий индикатор, пьезоэлектрическим излучатель ВА1 - будет выключен.
• HL1 - индикатор активации режима охраны. Если устройство находится в режиме "охрана", данный индикатор - горит, если в режиме " контроль состояния дверей" данный индикатор - погашен.

Сигнализация срабатывает - это значит: реле К1 - постоянно включено. Выводы 5 и 6, а так же 2 и 3 данного реле - замкнуты. Пьезоэлектрическим излучатель ВА1 - включается и выключается с периодом ~ 1 сек. Для выключения сигнализации необходимо тумблер SA1 установить в положение "ВЫКЛ".

Рассмотрим основные, функциональные узлы принципиальной схемы устройства. Основой устройства служит микроконтроллер DD1, рабочая частота которого задается генератором с внешним резонатором ZQ1 на 10 МГц.

Рис. 3. Принципиальная схема устройства охраны на микроконтроллере.

К порту PD микроконтроллер DD1 подключены выключатели SA1, SA2 пьезоэлектрическим излучателем ВА1, индикатор HL1, ключ на транзисторах VT1, VT2 для управления реле К1. К портам РВ, РА, PC микроконтроллера DD1 подключены концевые выключатели S1...S24 и индикаторы HL2...HL25.

Питание на данные индикаторы поступает через ключ на транзисторе VТЗ, который управляется с вывода 21 микроконтроллера DD1. Резисторы R10...R17, R20...R27, R28...R35 - токоограничительные для индикаторов HL2...HL25. Резистор R8 - токоограничительный для индикатора HL1.

Реле К1 управляется соответственно с вывода 14 микроконтроллера DD1. Питающее напряжение +12 В и +5В поступает на устройство с соединителя XI. Конденсатор С5 фильтрует пульсации в цепи питания +5 В. Блокировочный конденсаторы С4 стоит по цепи питания микроконтроллера DD1.

В алгоритме работы устройства можно выделить два режима работы: режим контроля состояния дверей и режим охраны. Рассмотрим алгоритм работы устройства в режиме контроля состояния дверей. Пусть все двери охраняемого объекта закрыты. Тумблер SA1 в положении "ВЫКЛ".

Тумблер SA2 в положении "ВКЛ". После подачи питания на устройство, при инициализации во все разряды портов РВ, РА, PC микроконтроллера DD1 записываются лог. 1. Ключи на транзисторах VT1...VT2 закрыты, индикатор -HL1 - погашен.

Индикаторы HL2...HL25 -погашены. Концевые выключатели S1...S24 -разомкнуты. С вывода 21 микроконтроллера DD1 генерируется периодический сигнал (меандр) с периодом порядка 1 с. Если, открыть дверь № 1, включится концевой выключатель S5.

Индикатор HL2 будет периодически мигать с периодом ~ 1 сек. Пьезоэлектрический излучатель ВА1 выдаст звуковой сигнал длительностью ~ 3 сек.

Если, открыть дверь № 2, включится концевой выключатель S6. Индикатор HL2 будет периодически мигать с периодом ~ 1 сек. Пьезоэлектрический излучатель ВА1 выдаст звуковой сигнал длительностью ~ 2 сек и т. д. Если установить тумблер SA2 в положении "ВКЛ", то при замыкании любого концевого выключателя (при открывании любой двери) будет только мигать соответствующий индикатор.

Рассмотрим работу устройства в режиме охраны. Пусть все двери охраняемого объекта закрыты. Тумблер SA1 установлен в положении "ВЫКЛ".

Устройство переходит в режим охраны, через ~10 сек с момента установки тумблера SA1 в положении "ВКЛ". За это время необходимо закрыть все двери и покинуть охраняемый объект. Понятно если периметр охраняемого объекта достаточно большой и за 10 сек. невозможно закрыть все двери, то все двери необходимо закрыть до постановки объекта под охрану.

Если в режиме охраны включится любой из концевых выключателей S1...S24 (будет открыта любая дверь) при этом на соответствующем выводе портов РВ, РА, PC микроконтроллера DD1 будет присутствовать сигнал уровня лог.0. то через ~ 10 сек. включится звуковая сигнализация (пьезоэлектрический излучатель ВА1). При этом на выводе 14 микроконтроллер DD1 установит уровень лог.0 (Включится реле К1).

Если на охраняемый объект проникает "свой", то ему необходимо за ~ 10 сек и установить тумблер SA1 в положении "ВЫКЛ", иначе сработает сигнализация. Понятно, что доступ к выключателю SA1 должен быть ограничен.

Если на охраняемый объект (через вскрытую дверь) проникает "чужой", то ему необходимо за ~10 сек. найти выключатель SA1 и установить его в положении "ВЫКЛ". Сигнализация включится и в том случае если любой из концевых выключателей S1...S24 включится на короткое время (например, закрыть и тут же закрыть дверь). Контакты реле К1 можно использовать для замыкания цепей управления или питания различных исполнительных устройств, например для механизма блокировки дверей или для включения сирены (ревуна).

Разработанная программа на ассемблере занимает всего-то порядка 0,4 КБайт памяти программ микроконтроллера DD1. Незадействованные аппаратные (линии PD6, PD7) и программные (порядка 7,6 Кбайт) ресурсы микроконтроллера DD1 можно использовать для дополнительных опций.

Например, можно установить пару кнопок и добавить функцию постановки и снятия с охраны устройства через код доступа или управлять какими-то другими исполнительными устройствами. Разобравшись в программе можно заменить установленные программно параметры устройства:

• период мигания индикатора HL1;
• длительность звуковой сигнал пьезоэлектрический излучателя ВА1 в режиме контроля состояния дверей;
• время постановки устройства под охрану, а так же время задержки на включение сигнализации.

В устройстве использованы резисторы С2-ЗЗН-0.125, подойдут любые другие с такой же мощностью рассеивания и погрешностью 5 %. Конденсатор С5 типа К50-35. Конденсатор С1...С4 типа К10-17а. Конденсатор С4 устанавливаются между цепью +5V и общим проводником микроконтроллера DD1. Тумблеры SA1...SA2 типа МТД1.

Реле К1, типа РЭС48Б исполнения РС4.590.202-01. Данные реле, с рабочим напряжением 12 В (или с каким-то другим рабочим напряжением), для каждого конкретного случая, можно подобрать совершенно любые, учитывая при этом коммутируемые ток и напряжение подключаемого исполнительного устройства.

Концевые выключатели можно подобрать совершенно любые под каждый конкретный случай. Это может быть кнопка типа ПКН124, или например, влагозащищенный выключатель путевой типа ВПК2111. Пьезоэлектрический излучатель ВА1- НРМ14АХ.

Транзистор VT1 - КТ829А. Транзисторы VT2, VT3 -КТ3107Е. Индикатор HL1 - АЛ307АМ, красного цвета. Индикатор HL1 можно заменить на любой другой, желательно, с максимальным прямым током до 20 мА.

Рассмотрим работу кодового замка (далее замка) по рисунку 3. Алгоритм его работы достаточно прост: в режиме записи в EEPROM микроконтроллера заносится код, который состоит из 4-х десятичных цифр и набирается на 7- кнопочной клавиатуре. Далее, для проверки записанный код читается в режиме чтения. В рабочем режиме замок ждет ввода кода.

Вводимый код, микроконтроллер записывает в ОЗУ и побайтно сравнивает его с кодом, записанным в EEPROM. Если коды совпали, то микроконтроллер на пять секунд подает сигнал на включение механизма открывания замка.

Кроме того, процедура набора кода может открытой (набранный код индицируется на дисплее, каждой нажатой кнопке ставится в соответствие число на дисплее) и закрытой (при наборе кода на дисплее индицируются одинаковые, заранее определенные символы, каждой нажатой кнопке ставится определенный символ, например).

Для этого в замке есть отдельный переключатель. Для активации, индицируемого на дисплее 4-х разрядного кода в режиме записи и в рабочем режиме, достаточно нажать на клавиатуре любую кнопку.

В интерфейс устройства входят шкальный, знакосинтезирующий индикатор HG1, блок индикации (дисплей) из цифровых семисегментных индикаторах HG2...HG4, переключатель SA1, и клавиатура (кнопки S1...S8).

Кнопки S1...S7 обозначены цифрами от "1" до "7". Данные кнопки задают код ввода Кнопкой S8 (Р) задается, в цикле, один из трех режимов работы: "режим № 1", "режим № 2", "режим № 3". После режима № 3 включается режим №1.

Элемент №1 индикатора HG1 включен при работе в режиме №1", элемент №2 индикатора HG1 включен при работе в режиме № 2, и элемент №3 включен соответственно при работе в режиме №3. На 5-ти разрядном дисплее (сдвоенные цифровые индикаторы индикатор HG2, HG3 отображается вводимый код. Индикатор HG4 индицирует символы "3" (при закрытом замке) и "0" (при открытом замке).

Переключателем SA1 задается режим отображения кода на дисплее устройства. Если данный переключатель находится в положении "1", то код задаваемый с клавиатуры индицируется на дисплее устройства. Если в положении "2" (скрытый режим), то при наборе кода на дисплее устройства в каждом разряде индицируются символы

В режиме №1 (рабочий режим) замок готов к вводу кода для открывания замка (если конечно код был предварительно записан в EEPROM). Перед набором кода на дисплее индицируется код 0000. Элемент №1 индикатора HG1 включен (остальные элементы индикатора HG1 выключены).

Индикатор HG4 индицирует символ "3" (закрыто). Кнопками S1...S7 набирается 4-х разрядный код. Набранный код индицируется на дисплее. Микроконтроллер после нажатия любой из кнопок S1...S7 записывает полученный 4-х разрядный код в ОЗУ и начинает сверку кода записанного в ОЗУ и кода записанного в EEPROM. Коды сравниваются побайтно.

Если сравнение прошло успешно, микроконтроллер подает сигнал на исполнительный механизм открывания замка. На пять секунд включается элемент №4 индикатора HG1, индикатор HG4 индицирует символ "О" (открыто) и устанавливается лог. 0 на выводе 21.

Спустя пять секунд выключается элемент №4 индикатора HG1 на выводе 21 устанавливается лог. 1. На дисплее снова индицируется код 0000. Индикатор HG4 снова индицирует символ "3" (закрыто).

В режиме №2 (режим записи) осуществляется запись секретного кода в EEPROM. На дисплее индицируется код 0000. Элемент №2 индикатора HG1 включен. Индикатор HG4 индицирует символ "3" (закрыто). Кнопками SI...S7 набирается код. Набранный код индицируется на дисплее.

Микроконтроллер записывает в EEPROM индицируемый на дисплее 4-х разрядный код после нажатия любой из кнопок 51...57. После записи кода на дисплее снова индицируется код 0000.

В режиме №3 (режим проверки записанного кода) осуществляется проверка записанного секретного кода в EEPROM. Элемент №3 индикатора HG1 включен. Индикатор HG4 индицирует символ "3" (закрыто). Записанный код в EEPROM, индицируется на дисплее.

Понятно, что доступ к кнопке S8 и переключателю SA1 должен быть ограничен. Конструктивно это сделать не так уж и сложно.

Рассмотрим основные, функциональные узлы устройства (рис. 3). Основой устройства служит микроконтроллер DD1, рабочая частота которого задается генератором с внешним резонатором ZQ1 на 11.0592 МГц. Порт PD микроконтроллера DD1 управляет динамической индикацией.

Динамическая индикация собрана на транзисторах VT1...VT5, сдвоенных, цифровых, семисегментных индикаторах HG2, HG3 и одинарном цифровом индикаторе HG4. Резисторы R7...R14 - токоограничительные для сегментов индикаторов HG2...HG4. Коды для включения вышеуказанных индикаторов при функционировании динамической индикации поступают в порт PC микроконтроллера DD1.

Для функционирования клавиатуры задействован вывод 19 (PD5) микроконтроллера DD1. Элементы шкального индикатора HG1 подключены к выводам порта РВ микроконтроллера DD1. Резисторы R2...R5 - токоограничительные для элементов индикатора HG1.

Сразу после подачи питания на выводе 9 микроконтроллера DD1 через RC-цепь (резистор R1, конденсатор С3) формируется сигнал системного аппаратного сброса для микроконтроллера DD1. На дисплее индицируется код 0000. Элемент №1 индикатора HG1 -включен. Индикатор HG4 индицирует символ "3" (закрыто).

Питающее напряжение +5V поступает на устройство с соединителя XI. Конденсатор С5 фильтрует пульсации в цепи питания +5 В. Блокировочный конденсатор С4, стоит по цепи питания DD1.

Совсем коротко о программе. В программе используются два прерывания: Reset и прерывание таймера ТО, обработчик которого начинается с метки ТІМ0. При переходе на метку Reset инициализируются стек, таймер, порты, а так же флаги и переменные используемые в программе.

Таймер ТО генерирует прерывания по переполнению (в регистре TIMSK установлен бит TOIE0). Коэффициент предварительного деления тактовой частоты таймера установлен равным 64 (в регистре TCCR0 записано число 3).

В основной программе осуществляется включение элементов индикатора HG1. Включенные элементы данного индикатора, как уже упоминалось выше определяют текущий режим работы замка. В обработчике прерывания таймера ТО осуществляется: процедура опроса кнопок S1...S8, функционирование динамической индикации, запись секретного кода в EEPROM, чтение секретного кода из EEPROM, перекодировка двоичного числа в код для отображения информации на семисегментнных индикаторах устройства, а так же временной интервал длительностью пять секунд, необходимый для включения исполнительного устройства соленоида.

В ОЗУ микроконтроллера с адреса $61 по адрес $70 организован буфер отображения для динамической индикации. Ниже приведено подробное распределение адресного пространства в ОЗУ микроконтроллера.

• $60 - адрес начала ОЗУ микроконтроллера.
• $61...$64 - адреса, где хранится задаваемый код для открывания замка и символ "3". Эти адреса выводятся на индикацию в режиме №1 (буфер №1).
• $66...$69 - адреса, где хранится код читаемый из EEPROM и символ "3". Эти адреса выводятся на индикацию в режиме № 3 (буфер №2).
• $6С...$70 - адреса, где хранятся символы при скрытом наборе кода, и символ " 3". Эти адреса выводятся на индикацию в режиме № 1(буфер №3).

Флаги, задействованные в программе, находятся в регистрах R19 (flo) и R25 (flo1).

Разработанная программа на ассемблере занимает порядка 1,2 Кб памяти программ. Разобравшись в программе, при незначительных доработках принципиальной схемы, задействовав свободные аппаратные и программные ресурсы микроконтроллера DD1, можно например, увеличить число разрядов в дисплее и количество кнопок или добавить звуковую сигнализацию.

Применены резисторы типа С2-ЗЗН подойдут любые другие с такой же мощностью рассеивания и погрешностью 5 %. Конденсаторы С1...С4, типа - К10-17а, С5 - К50-35а. соединитель XI типа WF-4. Конденсатор С4 устанавливается между цепью +5V и общим проводником микроконтроллера DD2. Для отработки макета применялся выключатель SA1 типа ВДМЗ-8.

Для установки в блочный корпус, можно применить, например, переключатель типа МТДЗ. В дисплее выделен разряд, индицирующий символы "3", "О" (индикатор HG4) на фоне остальных разрядов интерфейса. Поэтому для данного разряда выбран семисегментный индикатор зеленого цвета HDSP-F501, индикаторы HG2, HG3 зеленого цвета DA56-11GWA.

Замок и устройство охраны не требуют никакой настройки и наладки. При правильном монтаже начинают работать сразу.

Исходный код и прошивки программ - Скачать (8 КБ).

Шишкин С. В. РК-07-16.

Литература:

1. А. В. Белов Создаем устройства на микро-контроллерах.
2. С. В. Шишкин. Кодовый замок на базе микроконтроллера. Р-10-2011.