Технические характеристики и параметры основных компонентов
печатной платы
К основным компонентам применяемым в нашем устройстве являются: микроконтроллер STM32F407VGT в корпусе LQFP -100, GSM модуль SIM900E. Так как микроконтроллер имеет 100 выводов и при начальном проектировании, количества выводов было недостаточно, то были применены аналоговые мультиплексоры в цепях аналоговых и дискретных входов.
Основные характеристики микроконтроллера STM32F407VGT: максимальная тактовая частота 168 МГц Cortex-M4F, 1 Мб флэш-памяти программ, 192 Кб ОЗУ, 3 x 12-разрядных АЦП, 2 x 12-разрядных ЦАП, Ethernet MAC 10/100, USB FS/HS OTG, 2 x CAN, 4 х USART, 3 х SPI, 3 x I2C, SDIO. Основными параметрами для нас здесь являются – объем оперативной памяти. Так как мы используем FreeRTOS , а за использование ядра операционной системы реального времени OCPB приходится платить: расходом памяти для хранения ядра, расход памяти для хранения стэка каждой задачи, таймеров семафоров, мьютексов и других объектов ОСРВ. Вторым важным параметром является тактовая частота ядра микроконтроллера и частота периферийных шин, от них зависит и суммарное потребление устройства. Источником опорной частоты служит внешний кварцевый резонатор 8MHz, используется контур фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ для разгона системной частоты до 168 MHz. Настройки частот можно выполнить вручную в файле system_stm32f4xx.c задаются с использованием директив define. Либо воспользоваться специальным программным обеспечением STM32CubeMX Рис3.1.1.
Рис.3.1.1 Настройка тактовых частот ядра и периферии микроконтроллера
Основные характеристики GSM модуля SIM900E: два диапазона GSM 900 / 1800 МГц (частота работы определяется при вставленной Sim карте), управление AT командами, класс мощности 4 (2 Вт в диапазонах 900 МГц), класс мощности 1 (1 Вт в диапазонах 1800 MГц). Основными параметрами данного модуля является управление AT командами. Все команды делятся на базовые, так называемые S-команды и расширенные. Практически все команды работают в 3 режимах — тестовом, чтения и записи. Так как основное назначение сигнализации является отправка SMS сообщения то для нас важно отправка сообщений на русском языке. SIM900E поддерживает два режима: отправка сообщений в текстовом режиме (в этом режиме все буквы кодируются в ASC2 формате отправка сообщений только латиницей) и в режиме PDU –специальный режим когда сообщение кодируется hex кодом и сообщение обрамляется специальными параметрами, такими как длинна сообщения, длинна номера, интернациональный формат номера и.т.д. При этом текущей кодировкой в этом режиме является формат UCS2 –аналог формата Unicod16.
Применяемые схемотехнические решения
От выполнения данных решений Рис.П.2.1 напрямую зависит реализация программного кода микроконтроллера.
Ввод и измерение аналоговых сигналов с шлейфов сигнализации Рис 3.2.1, всего данных шлейфов в устройстве шестнадцать.
Рис 3.2.1 Реализация аналогово входа одного шлейфа сигнализации
Датчики пожарной и охранной сигнализации подключаются к клемной колодке справа XS1,XS3…XS16. Текущее напряжение с датчиков снимается с выводов SH_ADC1… SH_ADC16 –это аналоговые входа, они подаются в микроконтроллер не на прямую, а мультиплексируются аналоговыми мультиплексорами Рис 3.2.2.
Рис 3.2.2. Мультиплексирование аналоговых входов МК
На Рис 3.2.2 шлейфа сигнализации SH_ADC1 – SH_ADC8 мультиплексируются на два вывода ключа 1D и 2D напряжение с этих выводов подаются для измерения в микроконтроллер. Наше устройства содержит два таких ключа для ввода напряжений шлейфов, таким образом мы экономим 8 выводов микроконтроллера (4 –вывода используется для управления мультиплексором и 4 –для ввода сигнала в МК). Однако за экономию выводов приходится усложнять программное обеспечение, необходимо контролировать текущее положение ключей чтобы сохранять результаты замеров в соответствующую ячейку буфера для дальнейшей обработки.
Ввод дискретных сигналов от кнопки и от пульта дистанционного управления Рис 3.2.3 также выполняется через мультиплексор. Ввод сигналов от брелока выполняется так, что при нажатии на кнопку и соответствии положения ключа мультиплексора напряжение 5В (вход МК RF должен быть толерантен к напряжению 5В) с входа RF пропадает. Вход key от кнопок в МК должен быть подтянут к напряжению питания 3.3 Вольт ,при нажатии на соответствующую кнопку падение напряжения на входе key =0Вольт.
Рис 3.2.3 Ввод дискретных сигналов в МК
Реализация выходных сигналов Рис 3.2.4. Четыре выхода предназначены для управления слаботочной нагрузкой 12В 0.5А, остальные без каскадов соединены напрямую с выводами МК.
Рис 3.2.4 Выходные сигналы МК.