Предлагаем схему универсальной охранной сигнализации на небольшом 8-ми выводном микроконтроллере ATTINY-13, при всей своей простоте реализующей множество удобных режимов работы.
Принципиальная схема охранного устройства
Алгоритм работа схемы
1. При включении питания, через 10 сек схема переходит в режим охраны, сигнализируя об этом подачей импульса длительностью 0,5 сек на сирену (при условии, что шлейфы замкнуты на корпус) и подается питание на светодиод который отображает «статус» системы.
1.1. Если на момент перехода в режим охраны один из шлейфов разорван то на сирену подается три импульса продолжительностью 0,5 сек и интервалом 0,5 сек, а светодиод «статус» начинает мигать 1 раз (если разорван шлейф №1), 2 раза (если разорван шлейф №2) и 3 раза (если разорваны шлейф №1 и №2) продолжительностью 1 сек и интервалом 0,5 сек с перерывом 4 сек, режим охраны не включается.
2. Если в режиме охраны шлейф №1 разрывается, то с задержкой 3 сек (для ручного снятия с охраны) начинается оповещение (импульс на сирену продолжительностью 60 сек и импульс продолжительностью 3 сек на светодиод оптопары).
Светодиод «статус» начинает мигать, как указано в п.1.1.
2.1. Если, с момента первого разрыва шлейфа №1, в течении 3-х минут шлейф не восстановлен то выдается повтор оповещения.
2.2. Если, с момента первого разрыва шлейфа №1, в течении 6-ти минут шлейф не восстановлен то выдается повтор оповещения.
2.3 Если, с момента первого разрыва шлейфа №1, шлейф не восстановлен в течении 7-ми минут то на светодиод оптопары подается 6 импульсов продолжительностью 3 сек с периодичностью 60 минут. На период разрыва шлейфа №1 охрана ведется по шлейфу №2.
2.4 Если во время процессов оповещения по шлейфу №1 происходит разрыв шлейфа №2, то оповещение по шлейфу №2 происходит с задержкой 60 сек.
2.5 Если по истечению 60 сек. после первого разрыва шлейф №1 восстановлен на период 10 сек., на любом этапе, то через 10 сек. схема продолжает работу с п.2, за исключением светодиода «статус» который запоминает что шлейф №1 был разорван (повторение п.2.5 возможно не более 10 раз).
3. Если в режиме охраны шлейф №2 разрывается начинается оповещение (импульс на сирену продолжительностью 60 сек и импульс продолжительностью 3 сек на светодиод оптопары). Светодиод «статус» начинает мигать, как указано в п.1.1.
3.1. Если, с момента первого разрыва шлейфа №2, в течении 3-х минут шлейф не восстановлен то выдается повтор оповещения.
3.2. Если, с момента первого разрыва шлейфа №2, в течении 6-ти минут шлейф не восстановлен то выдается повтор оповещения.
3.3 Если, с момента первого разрыва шлейфа №2, шлейф не восстановлен в течении 7-ми минут то на светодиод оптопары подается 6 импульсов продолжительностью 3 сек с периодичностью 60 минут. На период разрыва шлейфа №2 охрана ведется по шлейфу №1.
3.4 Если во время процессов оповещения по шлейфу №2 происходит разрыв шлейфа №1, то оповещение по шлейфу №1 происходит с задержкой 60 сек.
3.5 Если по истечении 60 сек. после первого разрыва шлейф №2 восстановлен на период 10 сек., на любом этапе, то через 10 сек. схема продолжает работу с п.3 за исключением светодиода «статус» который запоминает что шлейф №2 был разорван (повторение п.3.5 возможно не более 10 раз).
РЕФЕРАТ
Цель работы: разработка микропроцессорной системы на базе микроконтороллера, пожарной сигнализации на 11 пожарных датчиков. При срабатывании одного из датчиков пожарной сигнализации по радиоканалу поступает кодированный сигнал, чем обеспечивает включение сигнала и указывает номер сработавшего датчика.
Введение
1. Описание объекта и функциональная спецификация
2. Описание ресурсов МК
2.1 Расположение выводов
2.2 Исполнение микроконтроллера
2.3 Особенности микроконтроллеров серии PIC16F Х
2.4 Периферийные особенности, специальные особенности,технология
2.5 Эксплуатационные характеристики
3. Разработка алгоритмов устройства
4. Ассемблирование
5. Описание функциональных узлов МПС и алгоритма их взаимодействия
6. Описание выбора элементной базы и работы принципиальной схемы
Заключение
Список литературы
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Приложение Д
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время в нашей стране, да и, пожалуй, во всём мире стала наиболее актуальна проблема безопасности объекта. Системы электронных пожарных сигнализаций являются одним из главных препятствий на пути пожара.
Современные интегрированные системы безопасности.
В связи с широким использованием современных электронных компонентов и цифровых методов обработки информации происходит существенная "интеллектуализация" технических средств. Эти средства перестают быть просто вспомогательными и приобретают новые свойства. Современные технические средства охраны могут быть использованы в виде полностью интегрированной системы или системы, состоящей из функционально независимых компонентов.
Тенденции развития электронной техники и электротехники на базе микроминиатюризации требуют применения широкой номенклатуры маломощных и малогабаритных устройств и изделий (преобразователей трансформаторов, усилителей, фильтров, стабилизаторов, выпрямителей и так далее), выполненных на новой конструктивной основе ЭРЭ. Достижения науки и техники на современном этапе развития в области электронной техники позволяют значительно уменьшить массогабаритные характеристики рассматриваемых электронных устройств. В настоящее время конструирование РЭА, РЭУ и ЭРЭ характеризуется резким увеличением применения БИС, что также даёт возможность уменьшить объёмы устройств и одновременно улучшить их качественные характеристики, показатели надёжности и долговечности.
Пожарные системы большой ёмкости обычно применяются для обеспечения безопасности крупных предприятий, банков, гостиниц и характеризуется тем, что обслуживают от нескольких сотен до нескольких тысяч датчиков (извещателей). При этом контролировать нужно не только датчики но и различного вида устройства управляющие работой системы.
Микроконтроллеры серии РІС идеально подходят для организации и развития малого и среднего бизнеса в области производства электронной аппаратуры. При минимальных затратах рабочего времени и денежных средств можно легко наладить производство мини-АТС, телефонных блокираторов, "интеллектуальных" датчиков сигнализации, систем контроля доступа, автомобильной электроники и т п. Причем в таких изделиях от 30 до 90 процентов функциональной нагрузки несет на себе программное обеспечение, которое может быть легко модифицировано и приспособлено к нуждам потребителя.
Немаловажное значение имеет возможность защиты кода программы от несанкционированного копирования или изменения. Наличие этой опции эффективно защищает права разработчика и производителя, и особенно важно в Украине, где эти права систематически нарушаются. Для радиолюбителей микроконтроллеры РІС также интересны доступностью цены и простотой в освоении и применении, а также тем, что открывают для них новые, ранее невиданные области творчества. Радиолюбитель освобождается от непроизводительного труда, направленного на подбор и поиск подходящих компонентов, разработку сложной схемотехники реализованной на микросхемах жесткой логики. Значительно упрощается сама конструкция устройства и повышается надежность.
В данном курсовом проекте реализована микропроцессорная система на базе микроконтроллера для управления пожарной сигнализацией. Проект основывается на микроконтроллере PIC16F84А.
1. Описание объекта и функциональная спецификация
Предлагаемое устройство - модулятор и демодулятор на двух микроконтроллерах может работать совместно с передатчиком и приемником с частотной или амплитудной модуляцией. Устройство контролирует ежесекундную додачу импульсов с датчиков пожарной сигнализации. Производится контроль состояния 11 датчиков. При пропадании контрольных импульсов из-за значительного удаления от объекта или выключения передатчика включается звуковой сигнал. После включения тревожного сигнала можно определить, по какому из параметров или датчиков включилась сигнализация.
Функциональная спецификация
Так как устройство содержит две законченные конструкции, разберем каждую конструкции отдельно:
Модулятор
а. 11 пожарных датчиков на размыкание
а. к модулятору передатчика
b. включение несущей
3. Функции
а. сбор информации от пожарных датчиков (извещателей)
b. включение несущей передатчика
с. передача сигналов на модулятор передатчика
d. обработка временных характеристик работы устройства и передача в частотном виде
Демодулятор
а. с компаратора приемника
b. кнопка запуска (включение питания)
а. звуковой излучатель
b. семисегментный индикатор
3. Функции
а. прием управляющих сигналов с компаратора приемника
b. обработка полученной информации
c. подача звукового сигнала «Тревога» на звуковой излучатель
d. вывод информации на семисегментный индикатор, указывающий на объект срабатывания сигнализации и работоспособности устройства
2. Описание ресурсов МК
2.1 Расположение выводов
Расположение выводов микроконтроллера РIС16F84Aизображено на рис. 1.
Рис. 1 -Расположение выводов микроконтроллера РIС16F84A
2.2 Исполнение микроконтроллера
Микроконтроллер выпускается в двух видах корпусов.
Расположение выводов и конструктивные размеры различных корпусов приведены на Рис. 2 и Рис.3.
Рис. 2 - Конструктивные размеры микроконтроллера РIС16F84A(исполнение 1)
Рис. 3 - Конструктивные размеры микроконтроллера РIС16F84A(исполнение 2)
2.3 Особенности микроконтроллеров серии PIC16F
Особенности CPU Высокой Производительности RISC:
Только 35 единых команд операции над словами для узнавания
Весь единый цикл инструкций за исключением программы ветви, которые являются два-циклом
Действие скорости: DC - 20 отмечающего время входа Mгц DC - 200 цикла инструкции ns
1024 слова памяти программы
68 байтов Оперативной ПАМЯТИ Данных
64 байта Данных EEPROM
14-разрядные широкие команды
8-разрядные широкие байты данных
15 Специальных Аппаратных записей Функции
Восьми-горизонтальный глубокий аппаратный стек
Направьте, косвенные и относительные способы адресации
Четыре источника прерывания:
Внешняя иголка RB0/INT
Избыток таймера TMR0
PORTB<7:4> включенное изменение прерывания
Запись данных EEPROM завершить
2.4 Периферийные особенности, специальные особенности,технология
Периферийные Особенности
13 входов I/O с индивидуальным контролем направления
Высокая текущая сточный выход/источник для прямого выхода
25 max сточного выхода mA. за направление
25 max источника mA. за направление
TMR0: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-куском программируемый prescaler
Специальные Особенности Microcontroller :
10,000 стереть/написать Увеличенную ВСПЫШКУ циклов
Типичная память программы
10,000,000 типично стереть/написать циклы EEPROM
Типичная память данных
Сдерживание Данных EEPROM > 40 лет
Включенная длина окружности Серийный Programming™ (ICSP™) – через два входа
Энергетический Включенный Reset (POR), Энергетический Верхний Таймер (PWRT)
Таймер Старта Осциллятора (OST)
Таймер (WDT) watchdog с собственным включенным Осколком RC
Осциллятор для надежного действия
Защита кода
Мощность, сохранение метода СНА
Выбираемые варианты осциллятора
CMOS Увеличенный FLASH/EEPROM
Технология:
Низкая мощность, технология большой скорости
Полностью неподвижный проект
Повсюду ряд операционного напряжения:
Коммерчески: 2.0V 5.5V
Индустриально: 2.0V 5.5V
Низкое энергетическое потребление:
- < 2 mA типично @ 5V, 4 мгц
15 ???типично @ 2V, 32 kHz
- < 0.5 типичных текущих резервирования?????2V
2.5 Эксплуатационные характеристики
Температура окружающей среды под bias-55°C +125°C
Температура хранения -65°C +150°C
Напряжение на любой входе относительно VSS (кроме того VDD, MCLR, и RA4) -0.3V (VDD + 0.3V)
Напряжение на VDD относительно VSS -0.3 +7.5V
Напряжение на MCLR относительно VSS(1) . -0.3 +14V
Напряжение на RA4 относительно VSS -0.3 к +8.5V
Полное энергетическое потребление(2) .800 mW
Максимальный ток вне входа. 150 mA
Максимальный ток на входе VDD100 mA
Входной текущий зажим, IIK (VI < 0 или VI > VDD)?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ??20 mA
Выбор микроконтроллера, используемого в центральном блоке, обусловливается объемом памяти программ, памяти данных, числом портов ввода/вывода быстродействием.
Будем использовать микроконтроллер ATmega.
Оценим объем памяти программ.
Алгоритм функционирования центрального блока в режиме инициализации состоит из 32 элементарный действий. Каждое действие выполняется в среднем с помощью 5 команд. В самом общем случае команда микроконтроллера выбранной серии состоит из 16 разрядов. Объем памяти программ микроконтроллеров ATmega оценивается в 16-разрядный словах. Таким образом, программа, выполняемая центральным блоком в режиме инициализации, займет в памяти программ ячеек памяти.
Алгоритм функционирования центрального блока в режиме тестирования состоит из 35 элементарный действий. Каждое действие также как и в режиме инициализации, выполняется в среднем с помощью 5 команд. Следовательно, программа, выполняемая центральным блоком в режиме тестирования, займет в памяти программ ячеек памяти.
Алгоритм функционирования центрального блока в рабочем режиме состоит из 31 элементарного действия. Каждое действие также как и в режиме инициализации, выполняется в среднем с помощью 5 команд. Следовательно, программа, выполняемая центральным блоком в режиме тестирования, займет в памяти программ ячеек памяти.
Алгоритм функционирования центрального блока при выполнении подпрограммы обработки сигнала датчика состоит из 11 элементарных действий. Каждое действие также как и в режиме инициализации, выполняется в среднем с помощью 5 команд. Следовательно, программа, выполняемая центральным блоком в режиме тестирования, займет в памяти программ ячеек памяти.
Следовательно, вся программа займет
ячеек памяти.
В память программ записываются пять параметров помещения:
1. Коэффициент полезного действия, сгоревшего топлива;
2. Удельная скорость выгорания;
- 3. Теплота сгорания топлива;
- 4. Площадь пожара;
- 5. Нормальная температура в помещении.
Каждый из указанных параметров помещения займет одну ячейку памяти. Следовательно, параметры помещения займут в памяти программ
ячеек памяти.
При инициализации в память программ записываются адреса датчиков периферийного оборудования. Поскольку система пожарной сигнализации рассчитана на подключение 2016 датчиков, то для записи адресов датчиков необходимо
ячеек памяти.
Таким образом, необходимые исходные данные займут
ячейку памяти.
Всего для текста программы и исходных данных потребуется
ячеек памяти.
Память данных микроконтроллера должна одновременно хранить результаты измерений температуры помещения двумя датчиками, 2 пороговых значения температуры для данного помещения, 2 адреса датчика, адрес центрального прибора или мультиплексора, 2 результата сравнения значений температур с пороговыми значениями, состояние 13 счетчиков циклов, максимальное допустимое число циклов. Таким образом, минимальное число ячеек памяти данных должно быть равно
Оценим необходимое число портов ввода/вывода, требуемое для подключения периферийных устройств к микроконтроллеру.
Для подключения стандартного программатора необходимо задействовать
последовательных порта.
Для организации последовательного интерфейса RS232 необходимо использовать 2 последовательных порта. Учитывая, что с помощью одной шины указанного интерфейса осуществляется обмен с центральными приборами, а с помощью второй шины производится обмен с информационной системой высшего уровня, то необходимо использование
последовательных порта.
Центральный блок должен принимать сигналы, поступающие от типовых ручных пожарных извещателей. Типовые ручные пожарные извещатели представляют собой адресные устройства, поэтому для приема сигналов от них достаточно использовать
последовательный порт ввода. Все ручные пожарные извещатели необходимо подключить к одному шлейфу.
В центрально приборе предусматривается временное хранение информации о показаниях датчиков. Следовательно, необходимо организовать программное управление работой микросхем внешней памяти. Современные микросхемы внешней последовательной памяти имеют 6 выводов, из которых на один подается сигнал выбора микросхемы. Для упрощения процедуры управления подобной памятью на каждый элемент памяти удобно подавать сигнал выбора микросхемы отдельно. Таким образом, для управления внешней памятью необходимо
последовательных портов ввода/вывода, где K -- число микросхем внешней последовательной памяти.
Следовательно, для организации работы устройств, подключаемых к микроконтроллеру центрального блока, необходимо
последовательных портов ввода/вывода.
Выберем микроконтроллер ATmega128 . Данный микроконтроллер имеет 128 кБайт внутрисистемно программируемой флэш-памяти программ, 4096 байт внутреннего статического ОЗУ данных и 4 кБайт ЭСППЗУ для энергонезависимого хранения данных. Тактовая частота микроконтроллера равна 16 МГц и определяется внутренним кварцевым генератором. Потребляемый ток равен 24 мА, при напряжении питания 5 В и тактовой частоте 16 МГц.
Принципиальная электрическая схема ячейки периферийного обородувония представлена на рисунке 1.1. Микроконтроллер включен по рекомендуемой производителем схеме. Частота кварцевого резонатора ZQ1 равна 16 МГц, емкости конденсаторов С 2, С 3 в соответствии с рекомендациями производителя приняты равными 22 пФ.
При подключении к центральному блоку выносных пультов управления и системы высшего уровня с помощью интерфейса RS232 необходимо обеспечить согласование уровней сигналов микроконтроллера и интерфейса. Для согласования уровней сигналов будем использовать микросхему DD 1-DD 9 приемопередатчика MAX232 в стандартной схеме включения. Производитель рекомендует емкости конденсаторов С 4…C 18 принять равными 1 мкФ.
Для начала давайте рассмотрим общую схему соединений охранной сигнализации. Она приведена на рис. 1 и включает:
- приемно контрольный прибор -ПКП;
- извещатели (датчики) - ИО;
- устройства звукового и светового оповещения - ОП;
- блок питания - БП.
Определенные модели ПКП имеют встроенный блок питания с возможностью подключения извещателей. Для небольшого количества датчиков мощности бывает достаточно. На схеме приемо контрольного прибора эти точки обозначаются как выход "плюс" и "минус" или "общий" напряжения 12 Вольт.
Обратите внимание - ПКП является центральной частью сигнализации, что, собственно, определяется назначением и принципом работы системы.
Приведенный пример иллюстрирует взаимосвязь оборудования системы безопасности, конкретные схемы подключения технических средств приводятся в документации предприятий изготовителей. Однако, для различных типов датчиков и приборов есть много общего, поэтому соединить их между собой можно не пользуясь специальными инструкциями и описаниями.
ПОДКЛЮЧЕНИЕ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ
Рассмотрим как подключить охранную сигнализация на примере наиболее распространенных типов оборудования.
Приемно- контрольный прибор.
Это устройство в обязательном порядке имеет клеммы, обозначенные как "ШС" - шлейф сигнализации. В зависимости от его типа при подключении может учитываться полярность "+", "-". Это нужно при использовании адресных устройств или извещателей, получающих питание по шлейфу. Для обычных датчиков это не принципиально.
Кроме того, к ПКП подключаются:
- оповещатели,
- системы передачи извещений (СПИ) - клеммы ПЦН.
ОХРАННАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ СВОИМИ РУКАМИ
Тем, кто хочет сделать охранную сигнализацию самостоятельно хочу дать совет. Времена, когда было выгодно и целесообразно самому собирать охранные схемы из подручных материалов и деталей ушли безвозвратно. Можно, конечно, из подручных средств сделать своими руками подобие сигнализации, но это будет пародия на нормальную систему безопасности.
Тем не менее, для желающих дам некоторые пояснения и приведу схему, по которой можно собрать простую охранную сигнализацию. Поскольку принцип действия любой охранной системы заключается в обнаружении проникновения и оповещения об этом факте нам понадобятся:
- замкнутая электрическая цепь, которая будет нарушена при попытке проникновения (шлейф сигнализации - ШС);
- устройство фиксирующее нарушение (приемно контрольный прибор);
- средство извещения о тревожной ситуации (оповещатель).
Обратите внимание, вы можете все сделать из подручных средств, или частично использовать перечисленные технические средства. Таким образом можно сделать своими руками охранную сигнализацию для дачи или дома. Схема простейшей сигнализации из подручных средств приведена на рисунке 4.
Начнем с клемм "+", "-". К ним подключается источник питания. Не знаю что вы предпочтете, батарейку, сетевой адаптер от какого- либо устройства, может штатный блок питания - не суть важно.
Исходя из его параметров подбираем реле с нужным напряжением срабатывания. Кроме того, оно должно иметь два независимых нормально разомкнутых контакта. Это минимум. Транзистор должен иметь параметры соответствующие выбранному реле (рабочие коллекторные ток и напряжение). Коэффициент передачи не принципиален.
Номинал резистора достаточный для полного открывания транзистора. Он может лежать в достаточно широких пределах (10-50 кОм).
Кстати, если вы не имеете базовых знаний в схемотехнике и навыков работы с электро компонентами, то проще будет подобрать готовый комплект сигнализации, исходя из предъявляемых к ней требований.
В качестве ШС можно использовать тонкий провод, проложенный таким образом, чтобы нарушитель оборвал его при попытке нарушить охраняемую зону.
До тех пор пока шлейф сохраняет свою целостность транзистор закрыт. При обрыве он открывается, срабатывает реле, которое одной парой контактов включает систему оповещения, а другой, блокирует транзистор. Теперь даже при восстановлении охранного шлейфа контакты реле будут находиться в замкнутом состоянии до снятия со схемы напряжения.
По сути своей мы имеем триггер- защелку. Возможны и другие схемотехнические решения, которые можно придумать и реализовать самому, зная основной принцип работы охранной сигнализации. Кроме того, в самодельную сигнализацию можно подключать штатные (заводские) извещатели. Полученные таким образом комбинации будут богаче по своим возможностям.
Однако, простая охранная сигнализация обладает несомненным недостатком, заключающимся в неудобстве управления процессом взятия/снятия, а также отсутствием некоторых других опций, присущих профессиональным приемно контрольным приборам.
Таким образом, напрашивается вывод, сформулированный в начале раздела: даже своими руками систему охранной сигнализации для дома или дачи лучше сделать на базе специальных технических средств .
* * *
© 2014 - 2019 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и официальных документов
