Проектирование аппаратной части автоматизированной системы мониторинга подключений оптического кросса (1207881), страница 5
Текст из файла (страница 5)
После этого, сигналы с датчиков поступают на входы параллельной загрузки сдвиговых регистров DD2-DD4. Затем, модуль, сигналом GPIO 14 подаётся на входы32SEM0 управляющий сигнал для загрузки данных с датчиков в сдвиговые регистры. Приэтом, выходной уровень единицы сигнала из модуля ESP-12 – 2,5-3 Вольта вполне достаточен, чтобы быть определённым входными цепями DD2-DD4 как логическую единицу(Минимальное напряжение «1» логического элемента ТТЛ серии 555 равно 2 вольта [9].Необходимо отметить, что запись происходит одновременно во все три сдвиговых регистра, однако актуальные данные поступают только на один из них, в зависимости от выбора оптической панели. Такое решение позволило упростить схему.
Выбор же регистра, который содержит корректные данные, осуществляется программно. После загрузки данныхв регистры, модуль деактивирует датчики, снимая тем самым сигнал с входов GPIO5,GPIO4, GPIO2, в целях уменьшения энергопотребления. Следующий шаг – считываниесдвиговых регистров: модуль формирует управляющий сигнал GPIO14 - SEM0, и, используя выход GPIO12 в качестве тактирующего, последовательно восемь раз сдвигает содержимое регистров.
По каждому тактовому сигналу, поступающему на вход SYN регистровDD2-DD4, на выходах регистров появляются считанные данные. С прямых выходов DOрегистров DD2-DD4, через токоограничивающие регистры (для согласования уровней)R53-R55, эти данные поступают на входы модуля GPIO13, GPIO9 и GPIO10 соответственно.
После этого процесс повторяется снова, но уже активируется другой (следующий) блокдатчиков. После считывания 3-го (последнего) блока датчиков, программно формируетсянебольшая пауза 0,3-0,5 сек, и процесс опроса датчиков повторяется сначала. Этот процессбесконечен. Передача полученных данных из модуля производится программно, независимо от процесса считывания состояния датчиков.2.4 Печатная плата устройства2.4.1 Требования, предъявляемые к печатной плате.Одним из предметов рассматриваемого данной работой является проектирование печатной платы устройства мониторинга.К плате предъявляются следующие требования:1) 2-х сторонний монтаж с возможностью изготовления в односторонней модификации с использованием перемычек;332) Форма платы - прямоугольная, размер - не более 75х100мм, с монтажными отверстиями диаметром 3мм. по углам;3) Диаметр отверстий межслойных переходов 0,4-0,5мм выводов элементов 0,8-0,9мм;4) Ширина дорожек – 0,5мм.
Расстояние между дорожками – не менее 0,2мм;5) Подключение датчиков и кабелей питания – разъёмное. Использовать коннекторытипа «Вилка штыревая 2.54мм» одно- или двухрядные.2.4.2 Выбор системы автоматизированного проектирования (САПР)Для наиболее качественной прорисовки печатной платы важно правильно выбрать инструментарий.
В настоящее время существует достаточно большое количество, как специализированных программных продуктов, так и универсальных векторных графических редакторов. Рассмотрим некоторые из них (табл. 2.11):Таблица 2.11 - Системы проектированиянаименованиевидНаличиебесплатнойверсииAltiumDesignerспециализированнаянетDipTraceспециализированнаяестьSprint LayoutспециализированнаянетAutoCadMicrosoft VisioDiaСАПР общего назначенияВекторный редакторобщего назначенияВекторный редакторобщего назначенияОграниченияНаличие библиотек дляпечатныхплатнетЕсть30 дней, или неболее 2-х слоёв, и300 выводов2 слоя, ручнаятрассировкаЕстьестьнетнетНетнетнетНетБесплатнаялицензияGNUнетНетДля разработки печатной платы был выбран пакет DipTrace в бесплатной версии сограничением в 2 слоя и 300 выводов.DipTrace - это многофункциональная САПР по разработке электронных печатных плати схемотехнической документации для проектов любой сложности [10].34Особенности Программного продукта DipTrace:- Простой пользовательский интерфейс;- Многолистовая и многоуровневая иерархия;- Скоростной трассировщик;- Ручная трассировка с дифференциальными парами;- Широкие возможности экспорта/импорта;- 3D предпросмотр платы;- Экспорт в форматы Gerber, DXF, N/C Drill, Pick & Place;- Стандартные библиотеки на 130 тыс.
компонентов;- Бесплатная поддержка пользователей.В состав САПР входят несколько взаимосвязанных приложений:1) Schematic – для проектирования принципиальных схем.2) PCB Layout - проектирование печатных плат3) Редактор компонентов (библиотек) – изменение существующих и созданиеновых элементов.4) 3D предпросмотр – модуль, для просмотра законченного изделия в 3D виде.При разработке печатной платы использовалось только приложение PCB Layout.
Проект готовой печатной платы приведён в приложении Б.2.5 Программирование устройства2.5.1 Среда разработкиК сожалению, выбор среды программирования модулей на базе микроконтроллераESP-8266 невелик. Возможно, это связано с отсутствием интереса к микроконтроллеру, таккак последний позиционируется производителем скорее ни как микроконтроллер, а как«Wi-Fi адаптер» для другой вычислительной системы (микроконтроллера, компьютера). Витоге все же удалось найти следующие варианты сред разработки для модуля:1) Xtensa Xplorer +Eclipse – в основном доступен как коммерческий продукт, сложнополучить бесплатную версию.
Ввиду своей небольшой популярности мало примеров использования, сложен для изучения;352) Espressif Development Kit + Eclipse - более доступный комплект, работает черезJAVA, достаточно сложен в установке и настройке. Есть библиотеки, однако также оченьмало информации по его установке, настройке и применению;3) Arduino IDE – мультиплатформенная, свободно распространяемая среда разработки,изначально предназначалась для внутрисхемного программирования демонстрационныхплат под торговой маркой Arduino.
В настоящее время поддерживает много демонстрационных плат и модулей других производителей, в том числе на базе ESP-8266.Таким образом, выбор среды разработки оказался очевиден: Arduino IDE.Для работы с модулем было необходимо подключить дополнительные библиотеки, позволяющие работать с модулем ESP-12. Для этого были выполнены следующие действия:1) Загружена с официального сайта и установлена Arduino IDE;2) В меню Arduino IDE выбран «файл», затем «настройки», далее в поле «Дополнительные ссылки для Менеджера плат:» вставлена ссылка на веб-страницу с необходимымибиблиотеками: http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json;3) В меню выбран «Инструменты», затем «Плата», далее «Менеджер плат», и выбран всписке пункт «esp8266 by ESP8266 Community»;4) В пункте меню «Инструменты» выбрана и настроена плата [11].Для используемого модуля были выбраны настройки, указанные на рис.2.6.Рисунок 2.6 - Настройки для ESP-12EПримечание: в поле «Порт» указывается тот порт компьютера, к которому подключенпрограммируемый модуль.362.5.2 Язык программированияЯзык программирования в среде Arduino – уникальный, не имеет своего названия.
Онявляется упрощённым вариантом языка программирования «Си» и, в основном, использует его синтаксис.Программа в среде Arduino IDE называется «Скетч» (перевод: набросок, записка). Состоит, как правило, из 2-х частей: Функция Setup() – часть программы, выполняемая одинраз при загрузке процессора, и функции Loop() – часть программы, выполняемой в циклебесконечное количество раз до выключения процессора.2.5.3 ПрограмматорДля программирования модуля ESP-12E используется интерфейс UART со скоростью115Кбит/сек.
В качестве интерфейсного модуля в данной работе был использован USBадаптер PL2303 китайского производства (рис. 2.7). Для соединения с модулем используется 3 провода: GND, TX и RX, причём, сигналы TX и RX модуля и адаптера должны бытьвзаимно перекрещены. При отсутствии внешнего питания, с этого адаптера также можетподаваться питания модуля: +3,3 Вольта – напрямую, или +5 Вольт – на вход стабилизатора устройства.Рисунок 2.7 - USB адаптер PL23032.5.4 Описание алгоритмаУсловно весь программный код можно разделить на следующие блоки:- Подключение необходимых библиотек;- Задание IP адреса сети, DNS адреса, шлюза и маски подсети;37- Объявление переменных и констант;- Задание режимов работы выводов (выход/вход);- Соединение с сетью Wi-Fi;- Проверка наличия соединения;- Запуск сервера;- Проверка подключения клиента;- Ожидание клиента;- Вывод строки запроса;- Сброс регистра;- Опрос состояний портов 1-8;- Опрос состояний портов 9-16;- Опрос состояний портов 17-24;- Оформление веб-страницы;- Вывод на страницу состояния портов.Разработанный по данному алгоритму программа представлена в приложении В2.6 Оснащение датчиками оптических проходных адаптеровВвиду невозможности в рамках данной работы заказать промышленно изготовленныепроходные оптические SC-адаптеры, оснащённые оптическими датчиками, в данной работе был применён вариант модернизации стандартного SC-адаптера.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
