Электронный кодовый замок

 
 
 
 
 
 
 

     3.3 Устройство сигнализации открытия двери

 
 

      Для извещения пользователя о том, что дверь открыта, будет использоваться световая сигнализация. Для этого подойдёт светодиод зелёного цвета АЛ336В. Его технические характеристики представлены в таблице 3.3.1 [1].

Таблица 3.3.1 – Характеристики светодиода АЛ336В

 
 
 

      3.4 Устройство сигнализации о попытке подбора кода

 

      При попытке подбора кода замка для  уведомления об этом жильцов дома целесообразно использовать звуковой сигнал. Для этого можно использовать излучатель звука со встроенным генератором рабочей частоты. Такое устройство не требует подачи на вход высокочастотного сигнала для его работы. Достаточно просто обеспечить напряжение питания. Пьезоэлектрический излучатель звука SMA-21-P10 фирмы Sonitron обладает подходящими характеристиками [1] (таблица 3.4.1). Внешний вид устройства показан на рисунке 3.4.1.

      

Рисунок 3.4.1 – внешний  вид излучателя звука SMA-21-P10

Таблица 3.4.1 –  Характеристики излучателя звука SMA-21-P10

 

      3.5 Датчик открытия двери

 

      Для определения момента открытия двери будет использоваться контактный герконовый датчик. Для этой цели нам подходит датчик DC-2541 фирмы Aleph (рисунок 3.5.1). Его технические характеристики приведены в таблице 3.5.1.[1]

Рисунок 3.5.1 – Внешний  вид датчика

Таблица 3.5.1 - Технические  характеристики датчика.

 
 

      3.6 Микроконтроллер

 

      Основными требованиями, предъявляемыми к микроконтроллеру в этом проекте, являются:

• наличие параллельных портов ввода-вывода в количестве, достаточном для подключения всех устройств, входящих в структурную схему системы;
• достаточно высокая надёжность и стабильность работы;
• возможность работы в расширенном температурном диапазоне.

   Для выполнения поставленной задачи подходят микроконтроллеры с архитектурой MCS-51, поскольку они доступны, относительно просты, и их возможностей вполне достаточно для обеспечения функционирования данного устройства.

   Первым  двум требованиям удовлетворяют  все производимые на данный момент микроконтроллеры с архитектурой MCS-51. Большинство моделей имеют модификации, рассчитанные на расширенный температурный диапазон. Исходя из этого, выбор производился из наиболее дешёвых изделий известных фирм, чтобы минимизировать стоимость системы. В итоге, был выбран микроконтроллер AT89S51 фирмы Atmel.

   Корпорация Atmel (США), являясь на сегодняшний  день одним из признанных мировых лидеров в производстве изделий современной микроэлектроники, хорошо известна на российском рынке электронных компонентов. Основанная в 1984 году, фирма Atmel определила сферы приложений для своей продукции как телекоммуникации и сети, вычислительную технику и компьютеры, встраиваемые системы контроля и управления, бытовую технику и автомобилестроение.

   Atmel выпускает широкий спектр микроконтроллеров,  основанных на архитектуре MCS-51. Данная линейка микроконтроллеров включает изделия в корпусах стандартных типоразмеров с поддержкой функции внутрисистемного программирования, а также, производные разновидности микроконтроллеров (ROMLESS, ROM, OTP и FLASH) в малогабаритных корпусах с 20-ю выводами. Некоторые из устройств, также, имеют поддержку высокоскоростного (х2) режима работы ядра, который, по- требованию, удваивает внутреннюю тактовую частоту для CPU и периферийных устройств.

   AT89S51 – экономичный высокопроизводительный КМОП 8-разрядный микроконтроллер с 4 кБ внутрисхемно программируемой флэш-памятью. Устройство производится с использованием технологии Atmel энергонезависимой памяти большой емкости и совместимо по системе команд и расположению выводов со стандартным микроконтроллером 80C51. Встроенная флэш-память может быть запрограммирована внутрисхемно или с помощью обычного программатора энергонезависимой памяти. За счет комбинации 8-разрядного ЦПУ с внутрисхемно программируемой флэш-памятью на одном кристалле AT89S51 от Atmel является мощным микроконтроллером, обеспечивающим высокую гибкость и рентабельность решений для многих задач встроенного управления.

   AT89S51 (рисунок 3.6.1) имеет следующие стандартные характеристики: 4 кБ флэш-памяти, 128 байт ОЗУ, 32 линии ввода-вывода, сторожевой таймер, два указателя данных, два 16-разрядных таймера-счетчика, 5-векторная 2-уровневая система прерываний, полнодуплексный последовательный порт, встроенный генератор и схема тактирования. Кроме того, AT89S51 разработан со статической логикой для работы на частоте вплоть до 0 Гц и поддерживает два программно настраиваемых режима снижения энергопотребления [4]:

В режиме холостого хода (Idle) останавливается  ЦПУ, но ОЗУ, таймеры-счетчики, последовательный порт и система прерываний продолжают функционировать. В экономичном  режиме (Power-down) сохраняется информация в ОЗУ, но остановлен генератор, выключены все остальные функциональные блоки до внешнего запроса на прерывание или аппаратного сброса.

 
 
 
 
 
 

Отличительные особенности микроконтроллерa AT89S51:

- совместимость с серией MCS-51;

- 4 кБ флэш-памяти с внутрисхемным программированием (ISP) 
    Износостойкость: 1000 циклов записи/стирания;

- рабочий диапазон питания 4.0…5.5В;

- потребление тока 30мА;

- полностью статическое функционирование : 0 …33 МГц;

- три уровня защиты памяти программ;

- внутреннее ОЗУ размером 128 x 8;

- 32 программируемые линии ввода-вывода;

- два 16-разрядных таймера-счетчика;

- шесть источников прерываний;

- полнодуплексный канал последовательной связи на УАПП;

- режимы снижения потребления: холостой ход и экономичный;

- восстановление прерываний при выходе из экономичного режима;

- сторожевой таймер;

- двойной указатель данных;

- флаг выключения питания;

- быстрое время программирования;

- гибкое внутрисхемное программирование (побайтный или постраничный режимы) [5].

Структурная схема микроконтроллера [4] представлена на рисунке 3.6.2.

Рисунок 3.6.1 - Внешний вид и расположение выводов AT89S51

 
 

      Назначение основных выводов микросхемы:

      - VCC – напряжение питания;

      - GND – земля;

- VDD – напряжение питания, подводимое только к ядру и встроенной памяти программ;

- P0,P1,P2,P3 – двунаправленные порты ввода-вывода;

      - EA – доступ к внешней памяти;

      - RxD – выход приёмника UART;

      - TxD – выход передатчика UART;

      - PSEN – переключатель разрешения внешней памяти;

- ALE – разрешение защёлкивания старшей части адреса при доступе к внешней памяти

- XTAL1, XTAL2 – выводы для подсоединения внешнего кварцевого резонатора;

      - RESET – вход сброса[5].

      

Рисунок 3.6.2 – структурная схема микроконтроллера AT89S51

 

      Микроконтроллер выпускается в нескольких вариантах [5] (таблица 3.6.1).

 
 
 
 
 
 
 

Таблица 3.6.1 – варианты исполнения микроконтроллера

 
 

      Для выполнения поставленной задачи, как  было сказано выше, нам нужен микроконтроллер, рассчитанный на коммерческий диапазон температур

(-40…+85°С). Тип корпуса в данном случае роли не играет, так как в корпусе кодового замка входной двери дома достаточно места для расположения любого из них.

 

3.7 Стабилизатор напряжения

 

      Для питания микроконтроллера элементов необходим стабилизированный источник питания напряжением +5В, причем максимальный ток нагрузки не должен быть меньше суммарного потребления тока всеми элементами цепи, которое составляет 30+10+10+3,8=53,8мА. В качестве стабилизатора лучше всего использовать микросхему КР1157ЕН5А. Она обеспечивает достаточную стабильность выходного напряжения и осуществляет фильтрацию помех, амплитуда которых может достигать 1В. При установке ее на дополнительный радиатор максимальный ток нагрузки составляет около 0.1А. Помимо этого микросхема имеет защиту от короткого замыкания.