Датчик дождя

Оглавление

Введение 3

Задание 4

Техническая часть 4

Датчик дождя 4

Микропроцессор 5

Исполнительный механизм 6

Источник питания 6

Транзистор 7

Логика работы 9

Подключение микроконтроллера 9

Текст программы 11

Список использованной литературы: 14

 

 

Введение

Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий  в промышленном производстве, в устройствах  и системах управления электрическими машинами является в настоящее время  одним из основных направлений научно-технического прогресса.

Использование микропроцессорных  систем управления в электромеханических  устройствах приводит к повышению  технико-экономических показателей  изделий (стоимости, надёжности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и придаёт  им принципиально новые потребительские  качества, такие как расширенные  функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность и т.д.

  Целью настоящей работы является приобретение навыков в разработке систем микропроцессорного управления объектами.

 

Задание

Спроектировать микропроцессорную  систему управления дворников ветрового  стекла автомобиля.

Техническая часть

Система должна состоять из следующих компонентов:

• Датчик дождя
• Микропроцессор
• DC/DC преобразователь для питания системы
• Выходной усилительный каскад

Датчик дождя

Датчик дождя — оптико-электронное устройство, устанавливаемое на ветровое стекло и реагирующее на его увлажнение. Используется для автоматического управления стеклоочистителями и механизмами, закрывающими люк и стекла дверей.

Датчик дождя включает в себя фотоприёмник и инфракрасный излучатель небольших размеров. В память их электронных блоков заложены параметры преломления инфракрасных лучей на наружной поверхности сухих (чистых) и влажных (загрязненных) стёкол. Капли дождя или грязь, попадающие на лобовое стекло, вызывают изменение пути преломления лучей. На это и реагирует система, которая активизирует стеклоочиститель, определяет режим работы дворников в зависимости от интенсивности осадков и время действия щёток, отключая их в нужный момент. Чувствительность светоприёмников очень высока. Они учитывают тысячные доли миллилитра воды на лобовом стекле и срабатывают в течение нескольких миллисекунд.

Блок управления представляет собой оптическое электронное устройство, которое даёт команду исполнительному механизму на включение стеклоочистителя. Его помещают в хорошо проветриваемом месте так, чтобы он не стал помехой обзору водителя. При этом ветровое стекло не должно иметь дефектов, влияющих на функционирование оптической системы блока, а щётки должны хорошо очищать стекло, иначе они будут работать дольше, чем необходимо.

Датчик дождя представляет собой сложную единую систему: Непосредственный датчик, производящий фото анализ с  высокой точностью;

Блок управления, обрабатывающий сигнал от датчика со специализированным алгоритмом опроса датчика и обработки  полученного ответа. Производители  автомобильных датчиков дождя выпускают  под таким названием как раз  такие системы, выход которых  подключается непосредственно к  электрической части дворников.

В рамках курсового проектирования примем следующее:

Датчик на выходе имеет  один слаботочный сигнал, продолжительность  которого и определяет количество циклов работы дворников.

Микропроцессор

Для построения данной системы, достаточно любого современного микроконтроллера, имеющего входной порт, выходной порт, таймер – счетчик. Т.к. автор проекта считает рациональным использовать микроконтроллеры средней по функциональности характеристики даже для элементарных задач. Поэтому выбираем микроконтроллер AVR ATmega 128.

Как и все микроконтроллеры AVR фирмы «Atmel», микроконтроллеры семейства Mega являются 8_разрядными микроконтроллерами,

предназначенными для  встраиваемых приложений. Они изготавливаются  по малопотребляющей КМОП_технологии, которая в сочетании

с усовершенствованной RISC_архитектурой позволяет достичь наилучшего соотношения  быстродействие/энергопотребление. Микроконтроллеры описываемого семейства являются наиболее развитыми

представителями микроконтроллеров AVR.

Исполнительный  механизм

Исполнительным механизмом является штатное реле очистителей  ветрового стекла. При подаче на его вход +12В, механизм совершает  полный цикл, если в момент конца  цикла сигнал на входе также присутствует, то следует новый цикл движения и  т.д.

Чтобы подключить реле к микроконтроллеру, используем промежуточный усилительный каскад, построенный на простом биполярном транзисторе.

Также механизм стеклоочистителей  в своем составе имеет конечный выключатель, который срабатывает  при нахождении щеток в исходном положении.

Источник питания

Номинальное напряжение бортовой сети +12В. Исходя из требуемой мощности, которые потребят элементы системы, находясь в состоянии максимальной нагрузки приблизительно составляет 1Вт.

Выбираем DC/DC преобразователь

Наименование	Uвх, В	Uвых, В	Imaх, мА
AM2G-1203SZ	9-18	5	500

Рисунок 4. DC/DC преобразователь

Обозначение «ножек» преобразователя  напряжения    Таблица 2

Транзистор

Выходной транзисторный  каскад для непосредственного коммутирования цепи светодиода с общим нулем  можно построить на базе MOSFET или биполярного транзисторов. MOSFET транзисторы более современны, нежели биполярные, они управляются потенциалом, а не током, вследствие чего меньшие потери в управляющей цепи. Цепь управления может подключаться напрямую к выводам микроконтроллера, но у них есть серьезный недостаток – паразитные емкости. Из-за емкостей между затвором и истоком(стоком) при подаче высокого уровня с микроконтроллера протекает большой ток заряда конденсаторов, вследствие чего микроконтроллер может выйти из строя. Для устранения данной проблемы в затворную цепь можно поставить резистор, ограничивающий ток или специальный драйвер транзистора. Для целей данного курсового проекта вполне хватит более дешевых и простых биполярных транзисторов.

Выбор произведем по следующим  параметрам:

U_{эк доп}>15В I_{э доп}>0,1А U_бэ =5В

Рисунок 6 Транзистор КТ3102А

Технические параметры транзистора                          Таблица 4

Uкбо(и),  В	50
Uкэо(и),  В	50
Iкmax(и),  мА	100
Pкmax(т),  Вт	0,25
h21э	100
Iкбо,  мкА	0,05
fгр.,  МГц	150
Кш,  Дб	10

В цепь управления включаются резисторы, рассчитаем их номиналы

R1=(Uвх-Uбэнас)/Iб = (5-0.78)/0.003 = 2202 Ом = 2.2 кОм.

 

Логика работы

При выключенном зажигании  цепь питания очистителей обесточена, т.е. предполагается, что при включенном зажигании за рулем автомобиля находится  водитель, который вручную может  управлять работой омывателя  ветрового стекла.

При появлении сигнала  высокого уровня от датчика дождя, микроконтроллер  с задержкой по времени подает сигнал на выходной транзистор. В рез-те чего запускается цикл работы очистителей ветрового стекла на низкой скорости.

Подключение микроконтроллера

Рисунок 2. Расположение выводов  микроконтроллера

Необходимо подключить 2 дискретных входа и 2 дискретных выхода.

На принципиальной схеме  показано подключение к выводам  микроконтроллера.

 

Текст программы

.device ATmega128

.include "m128def.inc"

 

;*****таблица векторов прерываний*****************************************

.CSEG

.org $0000                              ;начальный адpес пpогpаммы

  rjmp      Start                    ;пеpеход к pабочей части пpогpаммы (вектоp Reset)

.org $000A       

rjmp           Dat                  ;Внешнее пpеpывание Int4

.org $000C

rjmp           Nachalo          ;Внешнее пpеpывание Int5

.org $001E

rjmp            Taim              ;Совпадение таймера/счетчика T0

;***** Основная программа  **********************************************

Start: 

ldi R16,High(RAMEND)                   ; инициализация стека

out SPH,R16   

ldi R16,Low(RAMEND) 

out SPL,R16    

;******Настройка порта А**********************************

    in   R16,DDRA

ldi  R16,0b00000100      ;настройка 2 разряда на вывод

out  DDRA,R16

 

    in   R16,PORTA

ldi  R16,$00             ;выключение подтягивающих резисторов

out  PORTA,R16

 

;***** настройка линии PE4 на вход ****** 

in R16,DDRE  

sbr R16,(0<<PE4)                ;установка линии порта INT4 на вход

out DDRE, R16  ;разрешение работы линии порта PE4 на вход

 

;******** формирование импульса  по нарастанию фронта************ 

    in  R16,EICRB  ; определение условий внешних прерываний

sbr R16,(1<<ISC40)

sbr R16,(1<<ISC41)

sbr R16,(1<<ISC50)

sbr R16,(1<<ISC51)

  out EICRB, R16

;*************************************************************   

in R16,EIMSK  

sbr R16,(1<<INT4)                   ;установка бита INT4

out EIMSK, R16 

;*************************************************************   

in R16,EIMSK  

sbr R16,(1<<INT5)                  ;установка бита INT5

out EIMSK, R16      

 

;*********************************************************************

sei     ;разрешение всех прерываний

loop: 

rjmp        loop                ;зацикливание программы до прихода прерывания

 

;***** Обработка прерываний*******************

Dat:     ;прерывание от датчика дождя

ldi          R16,0b00000001

    SBRC           R20,1  ;Пропуск след. команды, если разряд R20.1 сброшен

out          PortA,R16  ;Вывести сигнал высокого уровня на выходной транзистор

    RCall          M1         ;задержка  времени

ldi            R20,0b00000000

reti

 

Nachalo:   ;прерывание от  конечного датчика положения

ldi            R20,0b00000010

 

 

Taim:

ldi            R16,0b00000000

    out            PortA,R16               ; завершение подачи импульса

   

;******************************************

M1:            ;подпрограмма формирования длительности импульса

in            R16,TCCR0

ldi           R16,$0A

              out         TCCR0,R16

 

in            R16,OCR0

ldi           R16,$10                ; задержка 1 сек

               out        OCR0,R16

clr           R16

 

in R16,ASSR  

sbr R16,(1<<AS0)                ;включение асинхронного режима Т/Сч0

out ASSR, R16

 

               in R16,TIMSK 

sbr         R16,(1<<OCIE0)             ;разрешение прерывания Т/Сч0

out         TIMSK,R16

ret

 

 

Список использованной литературы:

1. А. В. Евстифеев, «Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL», М., 2008 г.
2. Лекции по курсу «Микропроцессорная техника», 2010г. ЮРГТУ(НПИ) ФЭМТМ кафедра ЭиЭА, преподаватель Журбин Г.Е.
3. Интернет ресурсы:

www.autoelectric.ru

www.chip-dip.ru