2. Розробка структурної схеми
Вихідними даними для створення блоку вводу-виводу є вимоги ТЗ, згідно з якими потрібно розробити пристрій, що отримує дані від блоку вимірювань, зберігає їх на карті пам’яті типу SD, передає по каналу Bluetooth та USB. На сонові аналізу вимог технічного завдання та представлених на ринку аналогів була складена структурна схема приладу приведена на рис. 2.1.
2.1 Опис структурної схеми пристрою
Рис. 2.1 Структурна схема приладу
Опишемо принцип роботи приладу. Як видно із рис. 2.1 центральною підсистемою блоку вводу-виводу є центральний обчислювальний вузол. Саме він керує роботою приладу в цілому, а також виконує розрахунок накопиченої дози. Для тактування обчислювального вузла призначений тактовий генератор. Тактування інших підсистем забезпечує сам обчислювальний вузол, або використовується в будований в них тактовий генератор. Живлення всього приладу забезпечує блок живлення. Напруга живлення подається з блоку вимірювань.
Функціональними підсистемами, тобто підсистемами призначеними для безпосереднього виконання функції приладу є блок обміну даними по інтерфейсу Bluetooth, блок обміну даними по інтерфейсу USB, підсистеми ППЗП, зв’язку з блоком вимірювань, світлової ындикації. Вони є незалежним між собою і керуються та обмінюються даними лише з центральним обчислювальним вузлом.
Першою за логікою роботи функціональною підсистемою є блок, що забезпечує зв’язок з блоком вимірювань по інтерфейсу UART. Він призначений для зв’язку з блоком вимірювань і забезпечує отримання потоку даних від нього в спеціалізованому форматі. Отримавши результат вимірювання вона генерує запит на переривання, по якому обчислювальний вузол опрацює його запише в ППЗП, передасть через канал Bluetooth чи USB клієнтському пристрою.
Підсистема ППЗП призначена для тривалого енергонезалежного збереження результатів вимірювання флеш карті пам’яті типу SD з файловою системою FAT32, а також налаштувань. Центральний обчислювальний вузол з метою оптимізації роботи виконує запис даних в ППЗП з деякою періодичністю та деяким об’ємом. Згідно специфікації карт пам’яті SD[3] вони підтримують два апаратних інтерфейси: спеціалізований SD Bus та SPI. При роботі через SPI доступні не всі функції карти, проте вони не являються важливими для розроблюваного пристрою. А тому зв’язок з картою пам’яті буде виконано за допомогою інтерфейсу SPI. Це спрощує програмне забезпечення та апаратну частину, оскільки сучасні мікроконтролери мають вбудований блок SPI інтерфейсу.
Блок обміну даними по інтерфейсу Bluetooth призначений для забезпечення роботи приладу по каналу Bluetooth. Через нього прилад зможе як отримувати налаштування так і передавати в реальному часі результати вимірювань. Сучасна промисловість випускає повноцінні модулі Bluetooth з підтримкою всіх основних протоколів та вбудованою антеною. Для обміну даними модулі підтримують різноманітні інтерфейси вводу-виводу зокрема UART, SPI, USB. Забезпечимо зв’язок блоку обміну даними по інтерфейсу Bluetooth з центральним обчислювальним вузлом за допомогою інтерфейсу UART.
Блок обміну даними по інтерфейсу USB призначений для забезпечення роботи приладу по каналу USB. Його функції аналогічні блоку обміну даними по інтерфейсу Bluetooth. Сучасна промисловість випускає широкий спектр мікроконтролерів з апаратним блоком інтерфейсу USB. Проте програмування для роботи з даним протоколом характеризується значним рівним складності. А тому з метою зменшення складності розробки програмного забезпечення інтерфейс USB буде реалізовано на базі перетворювача UART в USB. Для зменшення енергоспоживання від блоку вимірювань даний блок живиться від інтерфейсу USB.
Підсистема світлової індикації призначена для індикації наповненості карти пам’яті, процесу передачі даних по USB інтерфейсу.