3. Часть 1-5 (1229611), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Рисунок 3.7 - Вид и схема расположения выводов микросхемы RXQ1

Для устойчивой работы МК и других цифровых блоков базовой станции необходимо обеспечить качественное питание. Для стабилизации напряжения питания целесообразным является использование интегрального стабилизатора. Блок питания необходимо разработать такой, чтобы он обеспечивал устройство напряжением +5 вольт, и номинальный ток блока питания должен быть больше максимального потребляемого устройством тока. В таблице 3.3 указаны основные блоки устройства и указаны потребляемые ими токи. Так как в блок расширения может быть установлен мощный усилитель радиосигнала или сильноточный исполнительный блок, необходимо учесть значительный потребляемый ток.

Таблица 3.3 - Потребляемые блоками базовой станции токи

Продолжение таблицы 3.3

Для надежной работы устройства лучше использовать блок питания «с запасом» по току. Поэтому для разрабатываемого БП максимальный ток, который может идти через нагрузку ограничивается значенем 1.5 ампера. Соответственно, максимальная мощность, которую БП может отдать в нагрузку, равняется 7.5 ватт. Исходя из полученных данных была выбрана микросхема интегрального стабилизатора – КР142ЕН5Г. Данный стабилизатор при изменении входного напряжения в интервале от 7.5 до 15 вольт, поддерживает на выходе напряжение 5±0.1 вольт. Максимальный выходной ток – 2 ампера.

Соответственно, для работы стабилизатора необходимо постоянное напряжение в интервале 7.5 – 15 вольт, которое обеспечивают трансформатор ТП-115-6. С его вторичной обмотки снимается напряжение 11.2 вольта, и допустимый ток 1.74 ампера.

В качестве жидкокристаллического индикатора был выбран индикатор фирмы Data International – DV-16236 NRT/R. Имеет низкое энергопотребление, высокую контрастность и широкий угол обзора.

В качестве микросхемы памяти была выбрана микросхема фирмы ATMEL – AT24C64-10PI-2.7. У этой микросхемы очень низкое энергопотребление. Обмен данными происходит по последовательной шине I2C, поддержка которой предусмотрена при разработке программы для МК.

Остальные детали устройства были выбраны из расчета минимальной стоимость и максимальной распространенности. Резисторы в цифровых цепях С1-4 или любые другие с мощностью рассеяния 0.125 или 0.25 ватт. Конденсаторы в цифровых цепях – любые керамические, к примеру, К10-17б. В цепях питания применимы практически любые электролитические конденсаторы, к примеру, К50-35. Диоды выпрямителя выбраны с учетом номинального напряжения, и максимального потребляемого устройством тока – КД202А. Слот для установки блока расширения – SL-36. Этот слот имеет 36 контактов, расположенных в два ряда. Разъем для подключения ЭВМ – DRB-9MA. Разъем для подключения программатора – DRB-9FA. Таким образом разъемы нельзя перепутать. Клавиатура выбрана 16 кнопочная формата4х4 – AK-1607-N-WWB. Клавиатура изображена на рисунке 3.8.

3.3. Проект удаленной станции

3.3.1 Разработка структурной схемы

На рисунке 3.8 представлена схема модуля удаленной станции. При разработке структурной схемы учитывались требования, изложенные в настоящей документации. Устройство реализует функции, требуемые для:

- связи с БС по радиоканалу;

- управления подключенными периферийными модулями;

- индикации режимов работы;

- автономного управления периферийными модулями (без БС);

- модификации устройства путем обновления прошивки МК.

Микроконтроллер отвечает за обеспечение связи с базовой станцией, производит обработку данных, полученных от БС и периферийного модуля, управляет ЖКИ, ПП и блоком светодиодов, а также осуществляет работу с энергонезависимой памятью. Индикация осуществляется при помощи блока светодиодов для осуществления простейшей индикации (включения питания, состояния приемо-передатчика). Часть информации для пользователя отображается на экране ЭВМ подключенной к БС, с которой осуществляется радиосвязь. Модуль ввода-вывода включает в себя блок внутрисхемного программирования, который позволяет изменить управляющую программу микроконтроллера без извлечения его из готового устройства (например, для обновления и отладки новых версий программного обеспечения). Блок внутрисхемного программирования представляет собой электрическую схему, при программировании, соединяющую определенные ножки МК со специально выведенным разъемом. Помимо блока внутрисхемного (рисунок 3.5) программирования модуль ввода-вывода содержит периферийный модуль. Периферийный модуль является одной из самых важных частей УС. Каждая УС выполняет определённые действия (например, управление станком, считывание состояния датчиков). При этом они отличаются только периферийными модулями, и программой МК, а остальные части идентичны.

Энергонезависимая память, подключенная к МК, может хранить коды процедур, реализующих ту или иную функцию устройства, может хранить расписание исполнения команд в автономном режиме (при отсутствии связи с БС). В энергонезависимую память можно использовать для хранения служебной информации, различных идентификаторов. Память может использоваться нововведенными функциями, разработанными при дальнейшем совершенствовании устройства.

Приемо-передатчик используется для связи базовой станции и удаленной станции. К нему подключается внешняя антенна, для увеличения дальности связи. ПП управляется микроконтроллером. Передатчик может программно настраиваться на одну из двух частот.

Блок питания обеспечивает всем устройствам БС необходимые напряжения питания и токи, а также формирует сигнал сброса, для приведения всех узлов БС в начальное состояние. В БП встроен резервный источник питания, активизирующийся при отсутствии первичного питания.

3.3.2. Выбор элементной базы

При разработке устройства необходимо определиться с выбором элементов схемы, которые будут удовлетворять требованиям к устройству, реализовывать требуемые функции.

Микроконтроллер должен успевать обрабатывать данные, поступающие от БС, и управлять периферийными модулями, осуществлять индикацию, работу с микросхемой памяти, и управлять подключенными устройствами. Следовательно, выбранный контроллер должен быть достаточно быстродействующим, и тактовую частоту придется выбирать в диапазоне 1-4 МГц. Такую высокую тактовую частоту придется стабилизировать кварцевым резонатором.

Наиболее рациональным является питание всех цифровых элементов устройства одним источником питания, а так как большинство цифровых устройств запитывается напряжением +5 вольт, МК должен быть пятивольтовым.

Для управления всеми блоками устройства необходимо достаточное количество портов ввода-вывода. Количество требуемых портов и их функциональное назначение указаны в таблице 3.4

Таблица 3.4 - Назначение портов ввода-вывода

Назначение портов ввода-вывода	Количество
Управление блоком светодиодов	3
Поддержка шины I2C (микросхема памяти)	2
Управление ПП	5
ICSP (внутрисхемное программирование)	2
ИТОГО	12

·

Наиболее распространенными и доступными являются МК семейства PICmicro, то выбран контроллер из данного семейства, удовлетворяющий всем требованиям, изложенным выше – PIC16F84-4/P. Данная микросхема обладает необходимым количеством портов ввода-вывода. Схема расположения выводов микросхемы представлена на рисунок 3.8

Рисунок 3.8 - Внешний вид и расположение выводов МК

В качестве приемо-передатчика выбрана микросхема RXQ1-433.9 фирмы Telecontrolli. ПП –удобней использовать готовый модуль, чем разрабатывать и отлаживать сложный ЧМ приемо-передатчик. Данная микросхема может работать в двух различных диапазонах. Один из двух диапазонов можно выбрать при помощи внешних сигналов, совместимых с ТТЛ. Связь между такими микросхемами происходит в симплексном режиме. Сигналы управления приемником и передатчиком, а также сигналы данных на выходе и входе микросхемы совместимы с ТТЛ, что делает возможным использование с выбранным МК. Напряжение питания микросхемы +5 вольт и в дежурном режиме она потребляет не более 8 мкА. Сама микросхемы и расположение ее выводов изображены на рисунок 3.8.

Для устойчивой работы МК и других цифровых блоков базовой станции необходимо обеспечить качественное питание. Для стабилизации напряжения питания целесообразным является использование интегрального стабилизатора.

Для нормального функционирования УС необходимо разработать продуманную систему питания. В результате анализа возможных конструкций блоков питания, было разработано два варианта системы питания УС.

Если УС управляет мощными устройствами, то для их управления необходимы мощные полупроводниковые ключи или электромагнитные реле. В обоих случаях периферийный модуль УС будет потреблять значительный ток, намного больший, чем ток, потребляемый в цифровых цепях УС. Поэтому оптимальным вариантом является использование отдельных блоков питания для цифровой и силовой частей. Блок питания периферийного модуля разрабатывается в соответствии с принципами управления подключенным устройствам. Блок питания цифровой части должен обеспечивать блоки УС напряжением +5 вольт, и отдавать в нагрузку максимальный ток – 90 мА, в соответствии с таблицей 3.5. Так как вблизи мощных установок всегда есть электрическая сеть, то БП можно подключить к этой сети параллельно установке.

Если УС управляет устройствами малой мощности, или к УС подключены только датчики, то БП можно использовать общий, с учетом тока, потребляемого периферийным модулем, и на напряжение +5 вольт.

Чтобы не разрабатывать новый БП, был использован БП разработанный для БС. Такой блок, с подключенным к нему резервным источником питания, удобно использовать в варианте УС с первым режимом питания. Для питания второго варианта УС, вполне достаточно гальванического источника питания.

Таблица 3.5 - Потребляемые блоками удаленной станции токи

Продолжение таблицы 3.5

В качестве микросхемы памяти была выбрана микросхема фирмы ATMEL – AT24C64-10PI-2.7. У нее очень низкое энергопотребление. Обмен данными происходит по последовательной шине I2C, поддержка которой предусмотрена при разработке программы для МК.

Для коммутации силовых цепей управляемого устройства необходим мощный ключевой элемент. В качестве такого элемента может использоваться как мощный транзистор, так и электромагнитное реле (для управления клапанами и осветительными устройствами типа «включено-выключено»). При разработке демонстрационной модели комплекса удаленного компьютерного управления устройствами по радио каналу, в УС используемой для управления шаговыми и коллекторными двигателями были использованы мощные среднечастотные биполярные транзисторы КТ814. В качестве элементов коммутирующих цепи питания электромагнитных пневматических клапанов были использованы электромагнитные реле 833 Н фирмы SONG CHUAN. У этих реле напряжение срабатывание равно 5 вольтам, и низкая потребляемая мощность, а максимальный коммутируемый ток более 10 А. Механический ресурс данной модели реле приблизительно равен 107. Выбранная модель реле изображена на рисунке 3.9.

Характеристики

Список файлов ВКР