Система пожаротушения

       В качестве возможной базы для разработки системы противодымной защиты рассматривалось  два семейства микроконтроллеров: ADuC812 от Analog Devices и 68НС08 от Motorola. Рассмотри каждый из них.

       Процессор ADuC812 является клоном Intel 8051 со встроенной периферией. Перечислим основные особенности ADuC812.

       - 32 линии ввода/вывода;

       -  8-миканальный высокоточный 12-разрядный  АЦП со скоростью выборки до 200 Кбит/с;

       - контроллер ПДП для высокоскоросного обмена между АЦП и ОЗУ;

       - два 12-разрядных ЦАП с выходом  по напряжению;

       - температурный датчик.

       -  8 Кбайт внутренней перепрограммируемой  flash-памяти под память

программ;

       -  640 байт внутренней перепрограммируемой  flash-памяти под память

данных;

       - 256 байт внутренней ОЗУ;

       -16 Мбайт внешнего адресного пространства  под память данных;

       - 64 Кбайт внешнего адресного пространства  под память программ.

       - частота 12 МГц (до 16 МГц);

       - три 16-разрятных таймера/счетчика;

       - девять источников прерываний, два уровня приоритетов.

       - спецификация для работы с  уровнем питания в ЗВ и 5В;

       - нормальный, спящий, и выключенный  режимы.

       - 32 программируемые линии ввода/вывода, последовательный UART

       - сторожевой таймер;

       - управление электропитанием.

       ADuC812BS, выполненный в корпусе PQFP52, показан на рисунке 3.1 (с указанием габаритных размеров). 
 
 
 

       

 

       Рисунок 3.1 - выполненный в корпусе PQFP52 ADuC812BS 

       Семейство 8-разрядных микроконтроллеров 68НС08/908 является дальнейшим развитием семейства 68НС05/705. Отметим основные преимущества семейства 68НС08/908 по сравнению с микроконтроллерами 68НС05/705.

       1)  Процессор CPU08 работает на более высокой тактовой частоте 8 МГц, реализует ряд дополнительных способов адресации и имеет расширенный набор выполняемых команд. В результате достигается повышение производительности до 6 раз по сравнению с микроконтроллерами 68НС05.

       2)  Применение FLASH-памяти обеспечивает возможность программирования микроконтроллеров подсемейства 68НС908 непосредственно в составе реализуемой системы с помощью персонального компьютера.

       3) Модульная структура микроконтроллеров  и наличие большой библиотеки интерфейсных и периферийных модулей с улучшенными характе-

ристиками позволяет  достаточно просто реализовать различные  модели с расширенными функциональными возможностями.

       4) Существенно расширены возможности  отладки программ благодаря введению специального монитора отладки и реализации останова в контрольной точке. Таким образом, обеспечивается возможность эффективной отладки без применения дорогостоящих схемных эмуляторов.

       5) Реализованы дополнительные возможности  контроля функционирования микроконтроллеров, повышающие надежность работы систем, в которых они применяются.

       Все микроконтроллеры семейства 68НС08/908 содержат процессорное ядро CPU08, внутреннюю память программ - масочно-программируемое ПЗУ емкостью до 32 Кбайт или FLASH-память емкостью до 60 Кбайт, ОЗУ данных емкостью от 128 байт до 2 Кбайт. В ряде моделей имеется также память EEPROM емкостью 512 байт или 1 Кбайт. Большинство микроконтроллеров семейства работают при напряжении питания 5.0 В, обеспечивая максимальную тактовую частоту F_t = 8 МГц. Некоторые модели работают при пониженном напряжении питания 3.0В и даже 2.0В.

       Микроконтроллеры  семейства 68НС08/908 делятся на ряд  серий, буквенные обозначения которых указываются для каждой модели после имени семейства (например, 68HC08AZ32 - серия AZ, модель 32). Серии отличаются, в основном, составом периферийных модулей и областями применения. Все модели содержат 16-разрядные таймеры, имеющие 2, 4 или 6 комбинированных входов захвата/выходов совпадения. Большинство моделей содержит 8- или 10-разрядные АЦП.

       В состав серий АВ, AS, AZ входят микроконтроллеры общего назначения, которые обеспечивают расширенные возможности интерфейса с внешними устройствами благодаря наличию шести параллельных и двух последовательных портов (SCI, SPI). Модели серий BD, SR и GP имеют четыре параллельных порта. Ряд серий имеет специализированные последовательные порты, используемые для организации микроконтроллерных сетей. Это серия AS, обеспечивающая передачу данных по мультиплексной шине Л 850, серия JB, имеющая интерфейс с последовательной шиной USB, серия AZ, содержащая контроллер сети CAN, серия BD, реализующая интерфейс 1²С. Микроконтроллеры этих серий широко используются в промышленной автоматике, измерительной аппаратуре, системах автомобильной электроники, вычислительной технике.

Специализированные  микроконтроллеры серии MR содержат 12-разрядные модули ШИМ с 6 выходными каналами. Они ориентированы на применение в системах управления электроприводом. Микроконтроллеры RK и RF ориентированы на использование в радиотехнике.

       Серии JB, JK, JL, КХ выпускаются в дешевых корпусах с малым числом выводов. Микроконтроллеры этих серий имеют от 13 до 23 линий параллельного ввода-вывода данных. Они используются в бытовой аппаратуре и изделиях массового применения, где требование низкой стоимости является одним из первостепенных факторов.

       В сериях QT, QY представлены модели, ориентированные на применение в малобюджетных проектах. Эти микроконтроллеры отличаются низкой стоимостью и выпускаются в компактных корпусах с малым числом выводов (8 или 16). Они имеют встроенный осциллятор, обеспечивающий формирование тактовой частоты с точностью 5%. Небольшой объем FLASH-памяти (до 4 Кбайт), наличие АЦП и таймера делают эти модели идеальными для построения несложных контроллеров распределенных систем мониторинга и управления.

       Оба семейства микроконтроллеров имеют программаторы, позволяющие использовать, как языки высокого уровня (в частности, язык С), так и ассемблеры. Цены на оба семейства микроконтроллев существенно не отличаются: при средней стоимости около 400 рублей разница состоявляет 50-100 рублей, что практически не влияет на итоговую стоимость внедрения системы противопожарной защиты.

       В силу большей доступности на рынке  микроконтроллеров ADuC812 и программаторов для них, было решино использовать микроконтроллеры этого семейства, а конкретно - ADuC812BS. 

       3.2 Разработка структурной схемы устройства 
 

       В данном курсовом проекте микроконтроллер  является координирующим элементом системы. Следовательно, ему необходимо получать данные с датчиков и отдавать команды на элементы системы противодымной защиты. Так как и те, и другие являются устройствами аналоговыми, а микроконтроллер - устройством цифровым, то необходимо использовать АЦП и ЦАП для преобразования сигналов.

       Для АЦП мы будем использовать встроенный в микропроцессорную систему  преобразователь Н1562-8 фирмы Hitachi.

       Приведём  основные характристики АЦП:

       - разрядность 12 бит;

       - быстродействие 0.4 мкс; -DNL ±0,018%;

       -INL ±0,018%;

       - напряжение питания U_cc +5/-15 В;

       - ток питания 1_СС15/48 мА;

       - опорное напряжение Uref +10,24В;

       - выходной ток I_out 3-7 мА;

       - рабочие температуры от-60 до ±85°С;

       - корпус 210В.24-1 (24-pin CerDIP).

Для отображения  тесктовых данных воспользуемся  LCD WH16028-NGK-CP фирмы Winstar Display. Это монохромный дисплей с возможностью одновременного отображения до 32 символов (две строки по 16 позиций). Помимо этого в состав схемы входят светодиоды и динамик.

       На  основании вышесказанного была составлена структурная схема, приведенная  на рисунке 3.2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Рисунок 3.2 - Структурная схема системы  дымоудаления

       

3.3 Разработка функциональной схемы

 
 
 

       Опираясь  на структурную схему, составляем функциональную схему устройства.

       Непосредственно на входы порта Р1.0-Р1.2 микроконтроллера приходят сигналы с датчиков дыма. Для взаимодействия с периферией в схему включена МАХ3064: сигналы с выходов D0-D10 поступают на LCD. Сигналы для свето диодов поступают с выходов D10-D16. Управляющие сигналы для светодиодов и LCD приходят из портов РО и Р2 микроконтроллера. Через Р1.5-Р1.7 подаются управляющие сигналы системам дымоудаления.

       Функциональная  схема проектируемого устройства представлена в приложении А. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      4 Разработка программного обеспечения микропроцессорной системы

 

       4.1 Выбор и обоснование выбора среды программирования 
 

       Программное обеспечение было решено реализовывать  с помощью инструментальных средств фирмы Keil Software. Эта фирма поддерживает все стадии разработки приложения: создание исходного файла на С или Ассемблере, трансляцию, исправление ошибок, линкование объектных файлов, тестирование приложения. В пакете Keil Software содержатся практически все необходимые средства  разработки для микроконтроллера 8051 /5/. Компилятор С51 поддерживает стандарт ANSI С, разработан специально для 8051 семейства и позволяет создавать программы на языке С (который является наиболее освоенным разработчиком данного курсового проекта), сохраняя эффективность и скорость оптимизации Ассемблера. Расширения, включенные в инструментальные средства Keil, обеспечивают полный доступ к ресурсам микроконтроллеров 8051.  
 

       4.2 Разработка алгоритма программы 
 

       При загрузке программы (приложение Е) в память микроконтроллера происходит начальная установка состояния лифта. А именно, сразу подается сигнал о выключении света, далее следует сигнал о закрытии дверей. В переменную «текущий этаж» заносится 1, в переменную «Препятствие» 0, как показатель отсутствия препятствий. Далее ожидается нажатие клавиши вызова этажа (возможно нажатие как внутри лифта, так и снаружи). Если таковое регистрируется, то подается сигнал на включение света, далее сравнивается номер запрашиваемого этажа. Если он равен текущему этажу, то сразу подается сигнал об открытии дверей, если больше или меньше, то выбирается специальный сигнал о направлении движения лифта (вверх или вниз). При достижении нужного этажа подается сигнал на двигатель дверей, чтобы произвелось открытие. После этого, используя встроенный таймер, отсчитывается 20 секунд. Если в течение этого времени происходит новый вызов, то начинается закрытие дверей с постоянным прослушиванием датчика «Препятствие». Если приходит сообщение от датчика, то управление переходит на метку, где начиналось открытие дверей.

       Если по истечении 20 секунд вызова не поступило, то отправляется сигнал на выключение света, затем сигнал на закрытие дверей (опять же с постоянным ожиданием препятствия). Свет выключен, двери закрыты. Микроконтроллер переходит в режим ожидания, на начальную стадию, с тем лишь отличием, что в переменной текущего этажа записан тот этаж, на котором произошла крайняя высадка пассажиров либо остановка.

       Схема алгоритма программы приведена в приложении Д. 
 
 
 
 

        

        

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение 
 

       В работе было на практике разобрано  проектирование реальной микропроцессорной системы с использованием поэтапного метода разработки: анализ существующих микроконтроллеров, выбор элементной базы для системы, выбор производителя, создание структурной схемы, функциональной и как основной результат – принципиальная электрическая схема, на основе которой можно приступать к распайке устройства. Для обеспечения полного функционирования аппаратного продукта разработано специальное программное обеспечение к нему.