Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование микропроцессорных систем. Учебное пособие
.pdf
управления, отображения или иным способом. В качестве примера показано на
рисунке 9.
Рисунок 9 – Функции проектируемой системы
В результате формирования и систематизации функций системы можно
определить набор модулей для их выполнения. Для микропроцессорной
системы управления технологическим процессом приема, хранения и отпуска
метанола пример функций и соответствующих устройств для их выполнения
показан в таблице 17.
В результате анализа и формулирования всех функций определяется
состав системы и это является основой для построения структурной схемы из
полученного набора всех компонентов и модулей, что на последующих этапах
совместно с учетом всех сформулированных ранее требований к
проектируемой системе позволит произвести выбор и обоснование всех
аппаратных и программных частей микропроцессорной системы.
41
Таблица 17 – Функции системы с указанием модулей
Функция
Наименование
устройства
Количество
Прием, хранение и выдача метанола
Резервуар
2 шт.
Перекачка метанола из ж/д цистерн и
вакуумной установки, отпуск в авто
цистерны
Центробежный насос
4 шт.
Откачка метанола и отпуск метанола на
БСМ
Буровой насос
2 шт.
Создание вакуума в сливном коллекторе
Вакуум-насоса
1 шт.
Контроль уровня метанола в
вертикальных резервуаров и контроль
количества отданного метанола
Цифровой датчик уровня
2 шт.
Контроль давления метанола в
метанолопроводе
Цифровой датчик
давления
6 шт.
Контроль давления вакуума в вакуумной
емкости
Цифровой датчик
давления
1 шт.
Перекрытие или направление потока
метанола
Арматура запорная
электро/пневмоприводная
18 шт.
− Сбор информации с датчиков
давления и уровня;
− сравнение показаний, снятых с
датчиков, с установленными
уровнями;
− выработка и подача управляющих
сигналов на
запорноеоборудование, насосы,
аварийную сигнализацию;
− автоматическое отключение всех
узлов системы, в случае
появления аварийной ситуации
Контроллер
1 шт.
Включение аварийной сигнализации в
случае аварийной ситуации
Световой индикатор
1 шт.
Возможность выбора режима работы
системы: прием, хранение и отпуск
метанола
Клавиатура
1 шт.
Вывод информации о на ЖК-дисплей
ЖК-дисплей
1 шт.
Включение/выключение системы
Кнопка
1 шт.
42
Второй пример для проектируемой микропроцессорной системы в
таблице 18.
Таблица 18 – Функции проектируемой МПС
3.5 Построение структурной схемы проектируемой МПС
После принятия компромиссного решения по аппаратной и программной
реализации, выполняемых системой функций производится детальное
проектирование ее аппаратной части, которое включает в себя разработку
структурной и функциональной схем, а также принципиальной схемы всей
системы. Структурная схема устройства формируется на основании списка
устройств, составленного по определенным ранее функциям. Пример
структурной схемы микропроцессорной системы контроля микроклимата в
теплице приведен на рисунке 10.
Разрабатываемый прототип микропроцессорной системы дистанционного
контроля микроклимата теплицы состоит из следующих элементов:
43
микропроцессорные модули, выполняющие функции обработки
информации, полученной от датчиков и осуществляющие передачу полученных
значений на сервер, а также осуществляющие обмен данными между собой;
датчик температуры и датчик влажности, осуществляющие сбор и
первичную обработку данных о состоянии окружающей среды;
источник питания для микропроцессорного модуля, позволяющий
обеспечивать автономную работу модуля;
сервер, осуществляющий прием данных с микропроцессорных
модулей, посредством HTTP-запроса, и отправляющий сформированную WEB-
страницу на клиентское устройство через сеть Интернет;
клиентское устройство, выполняющее функцию получения и
обработки сформированной на сервере WEB-страницы.
Рисунок 10 – Пример структурной схемы МПС
В разрабатываемой системе микропроцессорные модули могут получать
данные с датчиков и передавать их на удаленный сервер для анализа и
управления системой. Обмен данными между микропроцессорными модулями
осуществляется посредством WI-FI, по технологии Mesh-сети . Другие примеры
структурных схем проектируемой МПС приведены на рисунке 11.
44
Рисунок 11 – Пример структурной схемы МПС
Для задачи разработки микропроцессорной системы мониторинга
состояния процесса радиовещания (ССПОД), для которой был рассмотрен
выше обзор аналогов, формирование структурной схемы и состава модулей
представлено на рисунке 12. Обязательно должно быть приведено описание
всех блоков системы, их назначение и условия функционирования.
Рисунок 12 – Структурная схема ССПОД
45
Система ССПОД состоит из 4 основных блоков:
– мультиплексор – устройство, переключающее вход АЦП на
определенный канал;
– АЦП – устройство, выполняющее аналого-цифровое преобразование
входного сигнала в цифровую форму;
– блок ДПФ – алгоритм, выполняющий преобразование временного
представления входного сигнала в частотное;
– USB модуль – устройство или программный алгоритм сопряжения
модулей ССПОД с ПК оператора.
Кроме того для функционирования ССПОД необходима два
дополнительных блока:
– блок радиоприемников, настроенных на соответствующие частоты
радиостанций;
– АРМ оператора – ПК, средствами которого выполняется визуализация
данных с ССПОД.
Каждый радиоприемник настраивается на требуемую частоту вещания
радиостанции. В процессе обработки сигнала радиоприемником
осуществляется детектирование низкочастотного сигнала и его декодирование
на два стерео канала. Кроме того радиоприемник обеспечивает стабильность
настройки на частоту радиостанции и осуществляет подавление
высокочастотных помех и шумов эфира.
Полученный низкочастотный сигнал звуковой частоты поступает на
мультиплексор ССПОД. Переключение каналов мультиплексора
осуществляется согласно заданным параметрам оператора ССПОД и времени
всего цикла преобразования сигнала АЦП и расчета ДПФ.
АЦП осуществляет преобразование аналогового низкочастотного сигнала
в цифровую форму, пригодную для расчета амплитуд гармоник блоком ДПФ.
АЦП функционирует в автоматическом режиме. Остановка и запуск цикла
преобразования осуществляется путем команд оператора комплекса и сигнала
готовности блока ДПФ.
46
Блок ДПФ осуществляет преобразование отсчетов АЦП в амплитуда
гармоник частотного диапазона исходного сигнала. Блок ДПФ управляется
прерыванием завершения преобразования АЦП и не имеет настроек.
Параметры преобразования ДПФ представлены в разделе 2.
Модуль USB осуществляет сопряжение ССПОД с ПК оператора
комплекса. Модуль передает ПК информацию о текущем канале и полученные
амплитуда гармоник сигнала.
На следующем этапе проектирования необходимо провести выбор
аппаратных модулей и всех остальных элементов проектируемой МПС.
3.6 Выбор и обоснование аппаратных средств проектируемой МПС
После разработки структурной схемы необходимо построить
классификацию устройств, входящих в систему, провести сравнительный
анализ и выбор моделей датчиков и прочих приборов системы. Примеры
классификации и сравнительной характеристики датчиков приведены на
рисунке 13 и в таблице 18.
Рисунок 13 – Классификация датчиков загазованности
47
В результате разработки классификации датчиков и изучения принципов
Наименование
требования
ТКМ410
ГК «Tecon»
RTU188- BS
«Fastwel»
UC-5
Vanguard
«CCC»
Требуемые
Архитектура
процессора
RISC
RISC
RISC
--
Частота
процессора
33 МГц
40 МГц
200 МГц
--
Оперативная
память
2 Мб
SRAM 512 кб
до 256
Мб
64 Кб
Энергонезависимая
память
EEPROM 512
Кб
--
5 МБ
--
Flash память
4 Мб
512 кб
4 Мб
--
Дискретный ввод
36
Программируемые
неизолированные
входы-выходы 40
240
14
Дискретный вывод
24
Изолированные 16
80
15
Аналоговый ввод
16
8
22
15
Аналоговый вывод
2
--
40
--
Уровень тока
аналогового
ввода/вывода
4…20 мА /
4…20 мА
4…20 мА / --
4…20
мА /
4…20
мА
4…20 мА /
4…20 мА
Уровень
напряжения
аналогового
ввода/вывода
0...10 В /
0...10 В
0...10 В / --
0...10 В /
0...10 В
0...10 В /
0...10 В
их работы выбирают конкретную модель датчика того принципа действия,
который отвечает требованиям поставленной задачи и отмечают его в таблице
заливкой серым. Рассматривают электрическую схему датчика и его
справочные характеристики. Также поступают со всеми устройствами
проектируемой системы. В таблице 18 приведена сравнительная
характеристика промышленных контроллеров
Таблица 18 – Сравнительная характеристика промышленных
контроллеров
Аналогичным образом, выбирают все приборы, включенные в
структурную схему.
48
3.7 Исследование интерфейса сопряжения МПС с компьютером
Вилка тип А
(устанавливается
на кабеле)
Розетка тип А
(устанавливается
на корпусе
компьютера)
Вилка тип В
(устанавливается
на кабеле)
Розетка тип В
(устанавливается на
корпусе периферийного
устройства)
Шина USB (UniversalSerialBus– универсальная последовательная шина)
является промышленным стандартом расширения архитектуры персональных
компьютеров (РС) [14]. Версия 1.0 была опубликована в январе 1996 года. В
настоящее время опубликована версия 3.0.
Архитектура USB определяется критериями [14]:
– легко реализуемое расширение периферии РС;
– дешевое решение, поддерживающее скорость передачи до 12 Мбит/с
(версия 1.0) и до 480 Мбит/с (версия 2.0);
– полная поддержка в реальном времени передачи аудио- и видеоданных;
– гибкость протокола смешанной передачи, изохронных данных и
асинхронных сообщений;
– интеграция с выпускаемыми устройствами;
– доступность в РС всех конфигураций и размеров;
– создание новых классов устройств, расширяющих РС;
– простота кабельной системы и подключений;
– самоидентифицирующиеся ПУ, автоматическая связь устройств с
драйверами и конфигурирование;
– возможность динамического подключения ПУ и конфигурирования.
Типы разъемов и назначения выводов представлены в таблицах 19 и 20
соответственно.
Таблица 19 – Типы разъемов и штекеров USB [11]
49
Таблица 20 - Названия и функциональные назначения выводов
№ вывода
Обозначение
Описание
1
V BUS
Питание, +5 В
2
D-
Data (передача данных)
3
D+
Data (передача данных)
4
GND
Ground (корпус)
USB хост:
– существует только один хост в любой USB системе и он является
мастером шины USB;
– USB интерфейс по отношению к хосту называется хост контроллером.
USB устройство:
– USB устройство является slave-устройством на шине USB;
– благодаря USB хабу (который также является устройством) до 127
устройств сожжет быть подключено к USB шине. Каждое устройство
уникально идентифицируется с помощью адреса устройства.
Сокращенный хост контроллер разрабатывается только для
осуществления связи «точка-точка» с одним USB устройством, как изображено
на рисунке 14. Сокращенный хост поддерживает только известный список
устройств (список VID/PID). Только устройства, содержащиеся в этом списке,
поддерживаются хостом [14].
различных значений дескрипторов для идентификации устройства и загрузки
подходящих драйверов. Каждое USB устройство должно иметь по крайней
Рисунок 14 - Топология сокращенного хоста
Во время процесса энумерации хост запрашивает у устройства несколько
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]