Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектная деятельность в сфере микро - и наноэлектроники. Учебное пособие
.pdf
- Низковольтные цепи питания и входные цепи датчиков
температуры надежно защищены стабилитронами – несколько
штук включены параллельно для повышения надёжности. Эта
защита распространяется как на электронные компоненты
устройства, так и на используемые платиновые датчики;
- Для предотвращения сбоев, вызванных
электромагнитными помехами или статическим электричеством,
АЦП регулярно перезагружается и инициализируется;
- В случае зависания программы, сторожевой таймер
(WDT) инициирует аппаратный перезапуск микроконтроллера
через 8 с. Также, если в течение 8 с. после входа в меню настроек
не было нажатий на кнопки, микроконтроллер перезагружается.
При этом, новые настройки не сохраняются, и устройство
возвращается к предыдущим параметрам;
- Система постоянно контролирует состояние всех датчиков
температуры на предмет обрыва или короткого замыкания. При
выявлении неисправности соответствующий канал отключается и
генерируется сигнал аварии. После восстановления
работоспособности датчика, отключенный канал автоматически
активируется через 10 с., а сигнал аварии сбрасывается. Каналы,
деактивированные вручную через меню, не включаются
автоматически. Ручное отключение каналов через меню настроек
не приводит к их автоматическому включению. Если канал был
деактивирован после отключения питания устройства, то он
активируется вновь после восстановления электропитания и
стабильной работы в течение десяти секунд. В случае обнаружения
неисправности в одном из датчиков, работу нагревателя можно
полностью пресечь, используя настройку "Fail Mode". В этом
режиме прибор отключает нагревательный элемент и активирует
индикатор "работа остановлена";
- Для защиты входов микроконтроллера, к которым
подключены кнопки, от воздействия статического электричества
применяются резисторы с высоким сопротивлением. В
программном обеспечении микроконтроллера реализованы
алгоритмы, обеспечивающие устойчивость к дребезгу контактов
кнопок и электромагнитным помехам, воздействующим на провода,
ведущие к этим контактам. Случайный импульс,
продолжительностью до четырех полупериодов сети, на входах
71
микроконтроллера, подключенных к кнопкам, не должен вызывать
каких-либо изменений в работе прибора;
- В устройстве предусмотрен цифровой управляющий вход
для экстренного отключения нагревателя (обозначен как "цифровая
токовая петля"). Этот вход не нуждается во внешнем источнике
питания или управляющем токе, поскольку для контроля цепи
используется встроенный источник питания с напряжением 5 В.
Вход предназначен для непосредственного подключения контактов
выключателя, выхода микросхемы оптической изоляции,
электромеханического или твердотельного реле. Он имеет
гальваническую развязку от основной схемы (микроконтроллера) и
соответствует требованиям, предъявляемым к искробезопасным
устройствам. Прибор продолжает функционировать при коротком
замыкании этого входа (максимальный ток ограничен 20 мА), а при
разрыве цепи нагреватель немедленно отключается, и загорается
индикатор "работа остановлена";
- Для аварийной сигнализации прибор оснащен выходом
типа "сухой контакт". Для этой цели используется малогабаритное
герконовое реле типа TRR-1A-05-S-00-R или аналогичное (с
максимальным напряжением 100 В и током 1 А) с нормально
разомкнутыми контактами.
- В случае возникновения неполадок, аварийной ситуацией
считается сбой любого из работающих датчиков или отклонение
температуры от заданных параметров, которые настраиваются
отдельно для каждого канала в меню.
- Для интеграции с внешними системами управления
мощностью, в разрабатываемом устройстве предусмотрен выход
"аналоговая токовая петля" по стандарту 4-20 мА с встроенным
источником питания 24 В. Этот выход обеспечивает
гальваническую изоляцию от основной схемы
(микроконтроллера), а также надежную защиту от скачков
напряжения и коротких замыканий в цепи. При токе 4 мА
нагреватель отключается, а при 20 мА – работает на
максимальной мощности. Таким образом, изменение тока в
диапазоне от 4 до 20 мА позволяет осуществлять плавное
регулирование отдаваемой мощности через внешний регулятор.
72
Разработка электроники для терморегулятора с
дистанционным управлением представлена на
сайте: https://razrabotka.pro.
П2.4. Программатор микросхемISD2560-ISD25120 (для
записи голосовых сообщений)
Разработана электроника для промышленных устройств –
голосовых программаторов, которые упрощают запись голосовых
сообщений, подготовленных на компьютере, в микросхемы
ISD2560, ISD2575, ISD2590, ISD25120. Для записи можно
использовать файлы в различных форматах, например, WAV или
MP3, и любой проигрыватель, установленный на вашем
компьютере, включая Windows Media Player.
Рис. П2.12. Внешний вид программатора микросх ем
Программатор подключается к компьютеру посредством
двух кабелей: USB и аудиовыхода (стандартный штекер 3,5 мм).
Установка дополнительных драйверов или программного
обеспечения не требуется. Энергопитание осуществляется от
USB-порта. Разработчик может использовать этот инструмент на
любой операционной платформе. Для сохранения данных на
микросхеме подойдут файлы в тех форматах, которые
73
воспроизводит Windows Media Player или любой другой звуковой
плеер, доступный на вашем ПК. Аудиосообщения могут быть
представлены как отдельными файлами, так и объединены в один
файл с небольшими интервалами между ними (второй вариант
предпочтительнее). На лицевой панели программатора
расположены кнопки, слева направо: "Воспроизведение", "Сброс"
и "Запись". Также здесь находятся светодиодные индикаторы:
красный – "Нельзя извлекать микросхему", желтый – "Питание
включено" и зеленый – "Можно извлекать микросхему".
Устройство оборудовано удобной панелью с минимальным
усилием для установки микросхем в DIP-корпусах. Для работы с
микросхемами в других типах корпусов можно применять
стандартные переходники. Программатор оснащен встроенным
усилителем звука и динамиком для прослушивания записанных
сообщений.
Чтобы начать запись голосовых сообщений с компьютера в
микросхемы памяти, такие как ISD2560, ISD2575, ISD2590,
ISD25120, с использованием аудиопроигрывателя, рекомендуется
установить громкость звука на компьютере примерно на 50% и
нажать кнопку "Запись" на программаторе. После этого можно
запустить (через Windows Media Player или другой плеер) файл с
сообщениями. Программатор самостоятельно определяет начало
записи и немедленно переводит микросхему в режим сохранения
данных, а по завершении сообщения – прекращает запись,
ожидая начала следующего. Если в течение трех секунд новое
сообщение не поступает, программатор завершает процесс записи
и воспроизводит последнее записанное сообщение для проверки
качества и работоспособности микросхемы. Прослушивание всех
записанных сообщений возможно через встроенный динамик –
для этого используется кнопка "Воспроизведение". Процесс
записи и воспроизведения можно остановить в любой момент,
нажав кнопку "Сброс" на устройстве. Программа обеспечивает
точную и качественную запись сообщений, исключая любые
неточности и обрывы в начале или конце. Благодаря
оптимизированному подходу, программатор позволяет
значительно увеличить плотность записи на микросхему. Так, на
чипе ISD2560 можно без труда сохранить более семидесяти
однословных сообщений. В процессе разработки устройства было
74
выполнено исследование, в результате которого обнаружен
стандартный режим работы микросхемы, обеспечивающий
быстрый последовательный перебор сообщений. Этот способ
доступа упрощает навигацию между сообщениями, позволяя
выбирать нужное для воспроизведения по его порядковому
номеру, без указания конкретного адреса в памяти. Например,
доступ к семидесятому сообщению на ISD2560 занимает
приблизительно полсекунды. Время доступа к последнему
сообщению максимальное, а время доступа к сообщениям с
меньшими номерами уменьшается пропорционально.
Использование стандартной схемы подключения,
рекомендованной производителем, не позволяет достичь такой
скорости последовательного выбора, для чего потребовалось бы в
десять раз больше времени. Режим доступа к сообщениям,
реализованный для быстрого воспроизведения, отличается от
стандартного, представленного в документации производителя,
но соответствует нормальному режиму работы микросхемы,
описанному в технической документации. Ключевое отличие
заключается в различных режимах работы микросхемы при
записи и воспроизведении звука. Производитель предлагает
универсальный способ подключения для упрощения понимания
принципов работы и минимизации сложностей при создании
устройств. В данном программаторе реализован скоростной
режим доступа к сообщениям при воспроизведении. Для записи
используется стандартный режим, рекомендованный
производителем. Воспроизводить записанные с помощью этого
программатора файлы можно любым доступным способом,
предусмотренным для данной микросхемы. Записанные с
помощью этого программатора файлы можно проигрывать в
любом режиме, поддерживаемом используемой микросхемой.
Это позволяет применять данную микросхему в устройствах, где
необходимо собирать голосовые сообщения из отдельных слов
или коротких фраз. К примеру, это может быть полезно для
передачи информации о времени, температуре, влажности,
текущих режимах работы оборудования, срабатывании датчиков,
создания голосовых меню и прочих задач.
75
Рис. П2.13. Схема работы программатора,
предназначенного для записи качественных голосовых
сообщений в микросхемы ISD2560, ISD2575, ISD2590, ISD25120
Создание электронных устройств – программаторов для
микросхем ISD25XXX – построено на базе микроконтроллера
Microchip PIC18F2320. Этот программатор был применен для
записи голосового меню выключателя "Жако" (Проект N21). В
микросхему ISD2560, рассчитанную на запись до 60 с. звука,
удалось вместить свыше 70 слов и словосочетаний благодаря
удалению промежутков между отдельными записями.
Программатор автоматически исключает паузы при записи, а при
воспроизведении, когда слова объединяются во фразы, паузы
между ними формируются уже автоматически.
Информация о разработе электр онных устр ойств -
программаторов голосовых сообщений для микросх ем
76
ISD2560, ISD2575, ISD2590, ISD25120 - представлена на
сайте: https://razrabotka.pro.
П2.5. Автомобильная сигнализация с голосовым
сообщением
Закончена разработка многофункциональной
автомобильной электроники. В разработанном устройстве
используется управляющий микроконтроллер PIC16F877-20I/P
(Microchip). Для кодирования и воспроизведения голоса
предусмотрен кодек MC14LC5480DW (Motorola) и память NAND
FLASH K9F3208W0A (Samsung). Система оснащена встроенным
мобильным телефоном, поддерживающим стандарт GSM Ericsson
A1018S. Часть функций может управляться с брелока,
использующего код KeeLoq. Для расширения возможностей
ввода-вывода применяются микросхемы CD4034. В схеме
реализованы логические элементы CD4016, телефонный
усилитель MC34119, DTMF-декодер MT8870, дешифратор кода
KeeLoq HCS512 (Microchip), силовые транзисторные ключи
TD62004AP (Toshiba), RF-приемник RR10 (Telecontrolli)
работающий на частоте 433,92 МГц, операционный усилитель
MCP601-I/SN (Microchip) и реле для коммутации потребителей.
Разработка данного электронного модуля (изображен на рис.
П2.14) была осуществлена по заказу компании "Smart Systems",
известной под торговыми марками "Integra-Auto" и "Integra-
Home".
GSM-модуль – это компактное электронное устройство,
заключенное в герметичный корпус из алюминия и
смонтированное на однослойной печатной плате. Он
предназначен для удаленного управления подключенными
устройствами с мобильного или стационарного телефона, а также
для мониторинга различных датчиков.
77
Рис. П2.14. Схема GSM-модуля (части автомобильной
системы безопасности и управления)
Модуль обладает функциями системы охраны. Управление
осуществляется посредством вызова на встроенный телефон с
использованием голосового меню, позволяющего пользователю
настраивать собственные сообщения. В основе GSM-модуля лежит
микроконтроллер PIC16F877-20I/P. Для всех микросхем
предусмотрен режим пониженного энергопотребления, что
позволяет минимизировать общий ток потребления. Данное
электронное устройство (GSM-модуль, используемый в
автомобильных системах сигнализации) имеет следующие
интерфейсы:
- Подключение к сети питания 12V от аккумулятора
автомобиля;
- 6 исполнительных реле с одинарной коммутирующей
группой контактов (до 10А);
- Выход для реле "Зажигание" (до 40А), предназначенного
для установки рядом с коммутируемой нагрузкой;
- Выход для реле "Стартер" (до 40А), также
устанавливаемого в непосредственной близости от коммутируемых
контактов;
- Выход для управления сиреной и освещением
сигнализации при срабатывании охранной системы (суммарный ток
до 10А);
- Реле блокировки запуска двигателя (до 10А);
78
- Поддерживается пять входов для датчиков (активация
фиксируется при подаче напряжения 12 В);
- Предусмотрен вход "Разрешение зажигания" (подача 12
В сигнализирует о разрешении);
- Вход "Двигатель работает" (активируется при 12 В);
- Вход "Положение замка зажигания" (активация – 12 В);
- Вход "Микрофон" (несимметричный, рекомендуется
использовать экранированный кабель);
- Симметричный выход "Динамик" (сопротивление 8 Ом);
- Зарезервирован вход для интеграции с системой
"Иммобилайзер" или другой охранной системой (активация – 12
вольт, предназначен для будущих расширений);
- Вход "Кнопка паники" (активация фиксируется при
подаче 12 В);
- Вход "Контроль питания" (в настоящее время не
задействован, но программный модуль сохранен для
потенциального использования);
- Наличие перемычки для блокировки приема команд с
дистанционного управления;
- Разъем для программирования микроконтроллера
непосредственно в схеме;
- Разъем для программирования кода KeeLoq HCS512
внутри устройства;
- Разъем для подключения мобильного телефона;
- Разъем для подключения клавиатуры мобильного
телефона;
- Вход сигнала от системы "Иммобилайзер" (логический
уровень 12 В).
GSM-модуль оснащен информативным голосовым меню,
включающим 32 основных сообщения, описывающих различные
режимы работы системы и предназначенных для
информирования пользователя. Дополнительно предусмотрена
возможность записи пользователем собственных голосовых
сообщений, которые могут заменить стандартные, также в
количестве 32 штук. Пользователь может выбирать между
использованием основного набора сообщений (который не
подлежит изменению) и альтернативным набором, настроенным
им самостоятельно. Возможность перезаписи отдельных
79
сообщений в альтернативном наборе, соответствующих
конкретным основным сообщениям, также реализована. Каждому
режиму работы системы соответствует определенное голосовое
оповещение, используемое для уведомления владельца о
срабатывании датчиков охраны.
Система предоставляет информацию о срабатывании
тревоги, отключении резервного питания, навигации по меню с
кратким описанием основных элементов управления, а также о
состоянии включенных/выключенных функций. Все
уведомления, за исключением сообщения об активации
микрофона (которое не воспроизводится через динамик),
передаются как по сотовой связи, так и через встроенный
громкоговоритель.
GSM-модуль защищен от сильных импульсных помех в
сети питания, радиопомех от системы зажигания и
высокочастотных помех от различных источников. При нажатии
тревожной кнопки и при отсутствии внешнего электропитания
GSM-модуль уведомляет владельца. Функция контроля
питания реализована, но может быть отключена аппаратно,
сохранив при этом возможность ее использования. В системе
предусмотрена возможность программирования комплекта
приемников-передатчиков с кодом KeeLoq непосредственно в
устройстве, без необходимости использования дополнительного
оборудования. Для этого на плате имеется кнопка "Learning" и
индикатор. Процесс программирования соответствует
стандартной процедуре, описанной в документации Microchip.
GSM-блок имеет вход для сигнала от системы
"Иммобилайзер", который управляет реле блокировки двигателя.
Реле отключается только при наличии сигнала высокого уровня
("1") на этом входе. Управление реле, заданное функцией
"Охрана", остается в силе. Если система "Иммобилайзер" не
подключена, вход необходимо подключить к источнику питания
+12 В, в этом случае сигнал от "Иммобилайзера" не влияет на
работу GSM-блока.
Электронная часть системы разработана на базе
микроконтроллера PIC16F877 (Microchip) с тактовой частотой 20
МГц. Для записи и воспроизведения голосовых сообщений
используется PCM-кодек MC14LC5480DW (Motorola) и
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]