Проектирование устройства на PIC-контроллере

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТУ 
1.1 Система должна состоять из 5 контактных датчиков, управляющего контроллера PIC16F84, системы световой сигнализации, системы управления электроприводами замков и клавиатуры для ручного управления замками дверей. 
1.2 Система должна работать в ручном и автоматическом режимах. 
1.3 Система должна работать от источника постоянного тока напряжением 12  В. 

 

 

Содержание

 

 

1 Описание принципа  функционирования микропроцессорной  системы.

2 Разработка и описание  структурной схемы микропроцессорной системы.

3 Разработка и описание  функциональной схемы микропроцессорной  системы.

4 Разработка и описание  принципиальной схемы микропроцессорной  системы.

5 Разработка и описание  алгоритма функционирования микропроцессорной  системы.

 Заключение

Список использованной литературы

 

 

Введение

 

Разрабатываемая микропроцессорная  система управления дверями автомобиля  будет обеспечивать контроль пяти дверей автомобиля (три пассажирские, водительская и багажная). В функции системы будут входить автоматическая блокировка всех дверей при движении автомобиля, блокировка двигателя при хотя бы одной открытой двери, ручное управление каждой из дверей и всеми дверями (центральный замок), а также сигнализация открытых дверей.

Если все двери закрыты, то можно будет тронуться с места. Если не закрыта хотя бы одна дверь, то загорится соответствующий сигнальный светодиод и при включении передачи двигатель просто заглохнет. В случае трогания с места при закрытых дверях сработает блокировка замков.

В соответствии с техническим заданием на курсовой проект система будет разрабатываться на основе микроконтроллера PIC16F84 фирмы MICROCHIP. Это КМОП RISC-микроконтроллер с многократно программируемой пользователем памятью, допускающий режим внутрисхемного программирования. Благодаря этому можно отлаживать программу на уже работающей схеме, не вынимая контроллер для программирования.

Система будет получать питание от автомобильной бортовой сети 12 В. Данное обстоятельство заставляет решить два вопроса – обеспечение  питания 5В для микроконтроллера и обеспечение фильтрации помех. Данные вопросы также будут проработаны при проектировании.

 

 

1 Описание принципа функционирования  микропроцессорной системы.

 

На рисунке 1 показан эскиз системы  контроля состояния дверей автомобиля

 

 

Рисунок 1 – Функционирование системы контроля дверей автомобиля

 

Выделим следующие функции  разрабатываемой системы контроля дверей автомобиля:

1. Автоматическая блокировка двигателя при попытке движения с открытой дверью.
2. Автоматический центральный замок при начале движения с закрытыми дверями
3. Ручное управление замками автомобиля и ручной центральный замок
4. Автоматический центральный замок при открытии автомобиля с выключенной системой зажигания
5. Световая сигнализация незакрытых дверей

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Разработка  и описание структурной схемы микропроцессорной системы.

 

Структурная схема системы  показана на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – структурная  схема микропроцессорной системы контроля дверей автомобиля

 

Основой разрабатываемой системы является микроконтроллер.

Он получает сигналы от 5-ти контактных датчиков закрытия двери, а также детектора начала движения – ДНД. ДНД – это электронный блок, который вырабатывает логическую 1, в случае включенной передачи и работающего двигателя и логический 0 во всех остальных случаях.

 

 

3 Разработка и описание  функциональной схемы микропроцессорной  системы.

Функциональная схема  занимает промежуточное положение  между структурной и принципиальной схемами устройства. По сравнению  со структурной схемой функциональная схема дает представление о работе отдельных блоков, где-то применяются даже общепринятые обозначения элементов.

По сравнению с принципиальной схемой, функциональная схема является упрощенной, опуская такие важные элементы, как режимозадающие элементы, элементы питания и т.п.Так функциональная схема является удобным инструментом для иллюстрации работы устройства.

Функциональная схема  разрабатываемой микропроцессорной  системы приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – функциональная схема разрабатываемой микропроцессорной системы контроля дверей автомобиля.

 

Центральную роль выполняет  микроконтроллер PIC16F84.

К нему подключены 6-ти кнопочная  клавиатура (5 дверей и центральный  замок), 5 индикаторных светодиодов, а  также ДНД и релейно-распределительный  блок (РРБ).

Роль РРБ – сэкономить число линий. Регистр сдвига, задействованный в РРБ обеспечивает управление 6-ю одинаковыми реле (к которым подключены 5 электроприводов замков и реле зажигания). Для управления РРБ от контроллера надо 2 линии (1-на тактирование регистра, 2-ую для ввода данных).

ДНД содержит одновибратор с триггером Шмидта(превращает импульсы от датчика тахометра в сигнал логической 1) и логический блок ЛБ (обеспечивает выдачу 1 если датчик нейтрали разомкнут  и работает двигатель)

 

4 Разработка  и описание принципиальной схемы микропроцессорной системы.

 

Перейдем к разработке принципиальной схемы микропроцессорной системы контроля дверей автомобиля. Рассмотрим схемную реализацию отдельных её блоков.

Прежде всего, составим схему подключения  микроконтроллера PIC16F84. Для обеспечения работы микроконтроллера подключена частотозадающая цепь и цепь сброса. Частотозадающая цепь – по сути RC-цепочка с кварцем вместо конденсатора. Такое подключение для микроконтроллера PIC – допускается. Отметим, что программирование контроллера может вестись через линии контроллера, при том. что контроллер запаян в схему (правда при этом придется ввести диоды, анодами подключенные к цепям, обслуживаемым линиями, а катодами – к этим линиям).

 

Рисунок 4 – схема включения микроконтроллера PIC16F84

 

 

 

 

 

 

На рисунке 5 дана схема клавиатуры управления системой.

Рисунок 5 Клавиатура управления системой.

 

Ко всем линиям порта (всего 6 линий) подключены резисторы R1-R6 номиналом 10 Ком каждый. Если ни одна клавиша не нажата, то на линиях – логическая 1. Нажатие клавиши приводит к тому, что соответствующая линия подключается к общему проводу (к «земле») и на линии возникает логический 0. Так отслеживая нули на линиях, мы поймем какие клавиши нажаты.

На рисунке 6 показана схема светодиодной индикации.

 

Рисунок 6 Пульт управления системой

 Светдиоды (HL1-HL5) подключены катодами (через токоограничивающие резисторы) к линиям контроллера, на все аноды подано напряжение питания.

«0» на какой либо линии  вызывает свечение соответствующего светодиода, при «1» он не горит. Сопротивления резисторов R1-R5 – 220 Ом.

 

 

Теперь рассмотрим работу датчиков движения.

Достоверную информацию о том, что автомобиль собирается начать движение можно получить с  двух датчиков – контактного датчика  нейтральной передачи (расположен в коробке передач) и детектора оборотов двигателя. Детектор начала движения подключается к импульсному датчику тахометров и контактному датчику нейтральной передачи и показан на рисунке.

 

Рисунок 7 – Детектор начала движения

Как видно из рисунка, детектор содержит триггер Шмидта, формирующий прямоугольные импульсы, необходимые для дальнейшей работы и одновибратора – формирующего импульс длительностью 0,5 с.

Пока двигатель работает, одновибратор всё время перезапускается  и на выходе детектора 1. Если двигатель перестает работать, на выходе одновибратора – логическая 0.

Если контакты датчика  в коробке передач разомкнуты и на выходе одновибратора 1, то только в этом случае на выходе устройства будет «1», то говорит о попытке  начать движение.

Отметим, что ДНД выполнен на микросхеме К561ТЛ1 – четыре элемента «И-Не» с триггерами Шмидта на входе. Именно это обстоятельство позволило существенно упростить схему, обойдясь без времязадающего резистора, а также без режимозадающих резисторов для организации триггера Шмидта на входе.

Элемент «И» на выходе ДНД получен путем подключения  к выходу «И-Не» инвертора (получается, если два входа «И-НЕ» соединить  между собой).

Блок питания на выходное напряжение 12 В приведен на рисунке.

 

 

 

Рисунок  9 – Блок питания  микропроцессорной системы

Блок подключается к  бортовой сети автомобиля, от него питается микропроцессорная система. Электроприводы замков работают непосредственно от бортовой сети автомобиля (12В)

На вход блока подается напряжение 12-15 В, интегральный стабилизатор DA1 обеспечивает 5-вольтовое напряжение, необходимое для работы контроллера. Светодиод HL1 индицирует наличие напряжения питания, резистор R – 500 Ом.

Принципиальная схема  устройства показана на рисунке 10

Рисунок 10 Принципиальная схема микропроцессорной системы контроля дверей автомобиля

 

5 Разработка и описание  алгоритма функционирования микропроцессорной системы

 

 

Алгоритм разрабатываемой  программы можно разделить на 4 блока:

1) Блок инициализации  – подключение необходимых периферийных  устройств, установка начальных значений переменных,.

2) Блок обработки прерывания  по таймеру 0 – формирование временных интервалов необходимых для принудительной блокировки дверей

3) Блок обработки прерывания  по таймеру 1 – попеременное  конфигурирование линий, подключенных к пульту то на выход, то на вход.

4) Основной программный  блок  - ручное управление дверями, автоматическая блокировка дверей по сигналу с ДНД при закрытых дверях, автоматическая блокировка двигателя по сигналу с ДНД при открытых дверях, индикация открытых дверей.

 

Взаимодействие этих блоков можно представить следующим  образом (рисунок 11)

 

 

Рисунок 11 – Укрупненная схема программы

 

Алгоритм инициализации  показан на рисунке 12.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 12 – Инициализация

 

На рисунке 13 показан  алгоритм основной программы.

 

Рисунок 13 Алгоритм работы основной программы микропроцессорной  системы контроля дверей

 

Заключение

 

 

В ходе курсового проектирования нами была разработана  микропроцессорная система контроля дверей автомобиля, предназначенная для автоматического и ручного управления дверями автомобиля.

Система получает сигналы о состоянии дверей автомобиля (открыты/закрыты), ходовой части и двигателя автомобиля (движение или попытка начать движение/положение стоянки), а также сигналы с внешней клавиатуры. Отметим, что с целью экономии выводов порты для индикации и клавиатуры – одни и те же, просто они попеременно конфигурируются (то на вход, то на выход) прерыванием от таймера.

Приоритетны сигналы  с датчиков. Из соображений безопасности система берет управление замками на себя при движении или попытке начать движение На стоянке управление замками с пульта может происходить как индивидуально, так и группами.

Для системы составлена блок-схема алгоритма функционирования. Система разработана до уровня схемы электрической принципиальной. Этапы разработки на уровне структурной и функциональной схем показаны, как того и требует задание.

Также проработан вопрос питания от сети переменного тока индустриальной  частоты. Разработан линейный блок питания от бортовой сети автомобиля на 5 В с индикацией напряжения питания.

Таким образом, поставленные задачи выполнены, цель проектирования достигнута.

Вместе с тем, отметим, что система может быть подвергнута  дальнейшему совершенствованию, без  существенного изменения схемы.

 

 

Список использованной литературы

 

1. Однокристальные 8-разрядные FLASH CMOS микроконтроллеры компании Microchip Technology Incorporated, Москва, 2002
2. Шило В. Л. Популярные микросхемы КМОП: Справочник.– М.: «Горячая линия –Телеком», 2001– 112 с 
3. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника.-СПб.:БХВ-Санкт-Петербург,2000.-528 с.: ил.
4. Микроконтроллеры. Выпуск 2:Однокристальные микроконтроллеры PIC12c5x, PIC16x8x, PIC14000, M16C/61/62. Перевод с англ.Б.Я.. Прокопенко/ Под ред.Б. Я. Прокопенко.- М.: ДОДЭКА, 2000.- 336 с.