Романова_1 / курсачи / Курсовик Романова / Курсач по Пугачу

ВВЕДЕНИЕ

1 Курсовой проект выполнен в соответствии с техническим заданием утвержденным 07.09.2008

2 Тема курсового проекта относится к автоматизации работы двери. Автоматизация работы двери пусть не новая, но важная область. Она очень актуальна для предприятий или помещений, куда необходимо ограничить доступ. И приходится не только решать задачу повышения его эффективности, но и повышения безопасности.

3 В курсовом проекте разработан контроллер двери. Контроллер отрывает дверь, впуская в помещение, если правильно набран код, отслеживает и пропускает на выходе по сигналу с фотодатчика. Кроме того, контроллер посылает на пульт охраны сигнал в случае, если код введен не правильно три раза подряд.

4 В проекте разработана принципиальная схема контроллера, блок-схема управляющей программы, сама программа, описан принцип работы схемы. Имеются расчет времени выполнения программы, Рпотр, а также Сф. В заключении приводится перечень литературы используемой в процессе проектирования.

1 НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1 Контроллер предназначен для автоматизации работы двери и пропуска только людей знающих код. Данный контролер способен облегчить контроль за входящими людьми и уменьшить затраты на ее содержание. Контроллер способен: автоматически открывать дверь перед выходящим человеком, закрыть ее когда тот пройдет.

1.2 Контроллер предназначен для простейшего варианта, но его несложно приспособить и для более сложного варианта, обеспечивающим более высокую степень контроля и реализацию дополнительных функций. При этом возможно придется лишь переработать программу, но и для более сложных случаев имеется резерв для подключения дополнительных датчиков и исполнительных устройств. Также возможно упрощение схемы и программы для выключения охранных функций.

3ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

2.1 Автоматизация функций:

1. включение электродвигателя открывания двери при срабатывании датчика подошедшего человека или при вводе правильного кода;

2. выключение электродвигателя открывания двери по сигналу датчика открытого положения двери;

3. включение электродвигателя закрывания двери кабины при срабатывании датчика прошедшего человека;

4. выключение электродвигателя закрывания двери кабины при срабатывании датчика закрытой двери;

5. блокирование двери после ввода не верного кода три раза подряд;

6. вывод сигнала тревоги на пульт охраны после ввода не верного кода три раза подряд;

7. разблокирование двери только после сигнала с пульта охраны;

8. В случае защемления дверью человека она откроется, освободив его.

2.2..Параметры выходных сигналов:

1)включение/выключение ЭД открывание двери 220В 50Гц, 5А

2)сигнал к пульту охраны 2,5-5В, 100мА

2.3 Напряжение питания, В +5 ± 0,25 В.

2.4 Потребляемая мощность, Рпот , Вт. 2,2

2.5 Время выполнения программы, мкс 20,46

3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ

3.1 Обоснование схемы

3.1.1 Среди представленных на рынке контроллеров дверей данный контроллер отличается минимальными массогабаритными характеристиками, малой стоимостью и простотой и низким энергопотреблением.

3.1.2 Выбор производился при оценке достоинств и недостатков трех различных способов построения схем: на специализированных ИМС; на дискретных элементах; на микропроцессоре. Схема на специализированных ИМС значительно проще, чем в двух других случая. Зачастую, она представляет собой микросхему и пару-тройку дискретных элементов, но в этом случае требуются существенные затраты на покупку лицензии или на разработку и производство собственных ИМС. Основной недостаток схем на дискретных элементах, жесткая логика и малый набор выполняемых функций. Достоинствами же микропроцессорной техники можно считать универсальность, набор выполняемых функций ограничен лишь емкостью ПЗУ, содержащего необходимую программу, высокую технологичность производства, а значит низкую стоимость для потребителей. Анализируя все эти достоинства и недостатки, приходим к выводу, что современная электроника должна быть или на специализированных ИМС или на микропроцессорах. В данном случае, приоритетным будет возможность наращивания и расширения функций (универсальность) следовательно, выберем схему на микропроцессоре Схемы, основанные на микропроцессорах, легко масштабируются, всего лишь требуется внести коррективы в программное обеспечение и добавить или удалить некоторые микросхемы. Для того чтобы приспособить контроллер для выполнения других задач необходимо заменить микросхему ПЗУ на другую

3.3 Выбор производился между микропроцессором Z80 и МК48. Для окончательного выбора сравним их характеристики. Данные элементы наиболее подходят для выполнения принципиальной схемы контроллера.

3.1.3 Для выполнения курсового проекта, выбран МК48. Для построения микроконтроллеров целесообразнее использовать микроэвм, то есть в одном корпусе необходимо должны быть все необходимые элементы. Этим требованиям удовлетворяет МК48. Микропроцессор МК48 имеет компактное создание схемы, так как количество паяных соединений невелико, следовательно снижаются затраты на производительность и уменьшается сложность схемы, что приводит к дешевизне конечного продукта. Z80 является процессором, что усложняет схему контроллера, увеличивает количество паяных соединений и в конечном счете увеличивает себестоимость контроллера. Контроллеры построенные на МК48 отличаются малыми габаритами и меньшей массой по сравнения с контроллерами построенными на микро процессоре Z80. Но у Z80 более широкий список команд, что позволяет разработать более эффективное, гибкое и качественное ПО. Также Z80 имеет большее адресное пространство, что может пригодится при дальнем расширении выполняемых контроллером функций. По тактовой частоте также лидирует Z80, но МК48 отстает незначительно. Если сравнивать схемы контроллеров в минимальной комплектации, то схемы на МК48 отличается более низким энергопотреблением за счет меньшего количества СБИС.

В итоге оценив все достоинства и недостатки каждого микропроцессора можно сделать вывод, что наиболее подходящим микропроцессором для данного курсового проекта является МК48.

3.4 Датчики контроллера должны выполнять функции: определения подошедшего человека, состояния двери – открыта она или закрыта и правильности кода. В качестве датчика человека можно использовать различные датчики, но наиболее простыми дешевыми и удобными будут электроконтактные (например, кнопки) или фотодатчик.

3.5 Поскольку для кнопки требуется дополнительно механическое устройство, через которое вес пассажира действовал бы на кнопку, выбираем фотодатчик, который не требует дополнительных сложных устройств.

3.6 Датчики открытой и закрытой двери более просто решается применением кнопок. Поэтому в качестве этих датчиков целесообразно применить именно кнопки.

3.7 Фотодатчик должен выдавать сигнал в цифровой форме. Поскольку фотодатчик должен фиксировать дискретный факт наличия – отсутствия человека, то схему легче всего решать с применением пороговых устройств типа триггера Шмитта. В качестве фоточувствительного элемента хорошо подходит фотодиод, а в качестве источника света – светодиод. Это простые, дешевые и доступные элементы.

3.8 Датчики положения двери легко решаются применением стандартных кнопок, выпускаемых промышленностью, например КМ-1. Необходимо будет лишь прикрепить их так, чтобы они механически срабатывали при достижении двери крайних положений.

3.9 Все исполнительные устройства могут быть электродвигателями с питанием от сети 220 В. Для подключения их к контроллеру требуются согласующие устройства, причем с защитой от проникновения высокого напряжения в низковольтные цепи контроллера. Такие устройства наиболее просто и надежно строятся с применением оптопар и тиристоров. В зависимости от типа этих элементов, возможно потребуется еще один-два каскада транзисторных усилителей.

4 ПРИНЦИП РАБОТЫ

4.1 После включения питания происходит сброс, для установки микроконтроллера в исходное состояние, т.е. сброс счетчика команд в нулевое состояние это означает нулевой адрес памяти. Автоматический сброс выполняется схемой сброса. После включения питания из общего провода от незаряженного конденсатора, нуль поступает на вход RST микроконтроллера, но вскоре конденсатор заряжается от +5В через резистор и проход для нуля будет закрыт. Сброс заканчивается, и микроконтроллер может начать свою работу, но сброс может понадобиться в процессе работы, при возникновении сбоя, в этом случаи с помощью сброса следует начать работу с начала. Такой сброс позволяет сделать кнопка включения параллельно конденсатору. Далее чтобы выбрать какую-либо команду по 00 адресу, устанавливается после сброса в счетчике команд. После сброса, начало программы располагается в 0 ячейке. С этой ячейки и начинается программа. Микроконтроллер посылает сигнал запроса к памяти в 0 ячейку сигналом запроса к памяти, сопровождаемый адресом памяти. ПЗУ выдает команду, имеющуюся в 0 ячейке. В это время счетчик команд микропроцессора отсчитывает следующий адрес и так далее.

Работа происходит так, первая команда IN A,P1 – вводит содержимое из порта в А. Команда JB5 ZAK – проверяет закрыта ли дверь если не закрыта то дверь закрывается. Далее происходит ввод снова с первого порта, затем проверяется сигнал с фотодатчика, который сообщит о подходе человека к двери. Если сигнал есть, то команда направляет микроЭВМ на команды открывания двери. Если сигнала нет, то проверяется датчик кода, в случае правильного кода дверь открывается, если неправильный код, то если это третья ошибка подряд то дверь блокируется, выводится сигнал тревоги до тех пор пока не придет сигнал разблокировки. следующая команда JMP SN возвращает на повторный ввод сигнала фотодатчика. В случае получения сигнала о подходе человека или вводе правильного кода в аккумулятор записывается код включения электродвигателя

и выводится значение из аккумулятора в порт производится включение схемы ЭД открывания. Как только появляется сигнал с датчика открытой двери производится остановка двигателя. После этого командой IN A,P1 вводится сигнал с фотодатчика обозначающий, что человек прошел и следует закрыть дверь. Далее проверяется на сигнал с датчика оборотов двигателя, если сигнал отсутствует, что означает «дверь еще полностью не открылась». Если ЭД остановился, то проверяется сигнал с датчика закрытой двери, если он есть то остановка ЭД. Отсутствие сигнала с датчика закрытой двери это означает, что дверью прищемило человека или предмет и управления направляется на открывания двери.

Включение и выключение электродвигателя производится через переходное устройство, собранное на тиристоре. Аналогично микроконтроллер отрабатывает и остальные функции.

2. Подробный принцип работы оригинальных узлов.

4.2.1 Схема автоматического сброса реализована с использованием RС-цепи.

R

К МК

SB C

Рисунок 4.1 – Схема автоматического сброса

После включения питания, цепь автоматического сброса приводит МП в

исходное состояние, при этом счетчик команд обнуляется и обращается к первой команде программы. После этого начинает выполняться программа. В начале выполнения программы будут настроены порты ввода. Через порты будут введены сигналы от датчиков, после чего будет принято решение, что делать дальше.

Каждая операция обычно начинается с ввода данных с соответствующего датчика, выяснения характера его сигнала и принятия решения по этим данным.

4.2.2 Фотодатчик подключен к Р1. В качестве фотодатчика выбрана следующая схема (рисунок 4.2).

+ 5в + 5в

VD1 VD2 DD1

&

R1 R2 к порту

Рисунок 4.2 – Фотодатчик

Схема фотодатчика состоит из двух элементов - источника света и фотоприемника. Источником света служит светодиод подключенный к источнику питания +5в через ограничивающий резистор. Фотоприемник состоит из фотодиода, принимающего световой поток и преобразующего его в электрический аналоговый сигнал. Для преобразования аналогового сигнала в импульсный применено пороговое устройство – триггер Шмитта. В исходном состоянии поток света попадает на фотодиод и ток фотодиода создает уровень выше порогового и на выходе триггера образуется логический «0». Как только будет перекрыт световой поток, с фотодиода на триггер ток уменьшится ниже порога срабатывания и на выходе установится логическая «1».

4.2.3 Схема включения электрических контактов (кнопок) представлена на рисунке 4.3.

+5В R1 SB

К порту

R2

Рисунок 4.3 – Схема включения электрического контакта

4.2.5 Исполнительные устройства, питаются от сети переменного тока 220 В. Для их управления, используют переключатель на базе симметричного тиристора (симистора) типа КУ208Г. Этот тиристор может переключать мощность до 2 кВт, чего с избытком хватает для устройств контроллера. Самому тиристору требуется достаточно мощный сигнал для собственного управления, поэтому вместе с ним работают два каскада усиления и схема гальванической развязки, которая используется в целях безопасности, как для людей, так и для остальной схемы

К ПОРТУК ЭД.

Рисунок 4.5 – Исполнительное устройство

Гальваническая развязка используется с применением оптрона. Это наиболее эффективный способ развязки, так как напряжение 220В никак не может превратиться в свет для проникновения в схему контроллера, а прямой проводной связи нет. Работа схемы: в исходном состоянии на входе VT1 лог.“1”, транзистор открыт, светодиод светит, фотодиод открыт, на базу VT2 протекает

ток, отчего транзистор открыт и на выходе лог.”0”. Этим “0” тиристор закрыт, и ток через него в нагрузку не протекает. Как только на базу VT1 поступит низкий потенциал с порта, транзистор закроется, и светодиод перестанет излучать свет на фотодиод, который закрывается и на базу VT2 не поступает достаточно тока для его открывания. В результате на выходе транзистора устанавливается высокий потенциал, который открывает тиристор и в нагрузку поступает ток сетевого напряжения.

4.3 Описание программного обеспечения.

4.3.1 Описание управляемых функций

В соответствии с техническим заданием программа должна реализовать восемь автоматических функций:

1. включение электродвигателя открывания двери при срабатывании датчика подошедшего пассажира или при правильно введенном коде;

2. выключение электродвигателя открывания двери по сигналу датчика открытого положения двери;

3. включение электродвигателя закрывания двери при срабатывании фотодатчика;

4. выключение электродвигателя закрывания двери при срабатывании датчика закрытой двери;

5. подсчет количества ввода неправильного кода;

6. вывод сигнала тревоги и блокировка двери в случае ввода неправильного кода;

7. разблокировка двери по сигналу с пульта охраны;

8. открытие двери в случае, защемления дверью человека или крупного предмета.

4.3.2 Описание сигналов портов. В разработанном контроллере порт Р1 работает как порт ввода информации с внешних устройств, порт Р2 работает на вывод. Порт РВ работает для ввода информации на исполнительное устройство.

Таблица 1 - Выходной порт

Разряд	Сигнал
0	Схема вкл./выкл ЭД открывания
1	Схема вкл./выкл ЭД закрывания
2	Тревоги к пульту охраны

Таблица 2 - Входной порт

Разряд	Сигнал
0	Дверь закрыта
1	Дверь открыта
2	Обороты ЭД
3	Правильности кода
4	Фотодатчик
5	Фотодатчик
6	Разблокировка двери

4.4 Текст программы

Программа управления контроллера двери

Разработчик Ильин И.А. ст. гр. ВМ-41 УЭМК 2008 г.

IN A, P1 ;ввод сигнала с датчика зарытой двери;

JB0 ZAK ; если нет то закрыть дверь;

SN:IN A,P1 ;ввод сигнала фотодатчика;

JB5 OPEN ;если есть сигнал, то перейти на открывание двери;

JB3 OCH ;если код правильный, то перейти на открывание двери;

MOV A,R1 ;запись числа ошибок в аккумулятор;

CPL A ;инверсия аккумулятора;

ADDA #3 ;вычитание трех;

INC A ;коррекция ;

INC R1 ; увеличение счетчика ошибок на единицу;

JNZ SN ;если меньше 3-х раз то повторить ввод;

OFF: IN A,P1 ;ввод сигнала разблокировки ;

JB7 SN ;разблокировка ;

JMP OFF ;если нет сигнала, то повторить ввод;

OCH:MOV R1, #00 ;обнуление счетчика ошибок ;

OPEN:MOV A,#7Fh ;запись сигнала открывания двери;

OUTL P2,A ;вывод сигнала в порт;

OT:IN A,P1 ;ввод сигнала с датчика открытой дверцы;

JB1 ST ;если есть сигнал, то прекратить открывание;

JMP OT ;если нет сигнала, то повторить ввод сигнала;

ST:MOV A,#FFh ;запись сигнала остановки открывания двери;

OUTL P2,A ;вывод сигнала в порт;

GO:IN A,P1 ;ввод сигнала с фотодатчика;

JB5 ZAK ;если есть сигнал, то перейти на закрывания двери;

JB6 ZAK ;если есть сигнал, то перейти на закрывания двери;

JMP GO ;если нет сигнала, то повторить ввод;

ZAK:MOV A,#BFh ;запись сигнала включения закрывания двери

OUTL P2,A ;вывод сигнала в порт;

OST:IN A,P1 ;ввод сдатчика оборотов Э.Д.

JB5 DZAK ;Если обороты равны нулю проверить закрыта ли дверь

JMP OST ; если нет, то повторить ввод;

DZAK:IN A,P1 ;ввод сигнала с датчика закрытой двери;

JB5 CLOSED ;если есть сигнал, то перейти на останов закрывания;

JMP OPEN ;если нет сигнала, то перейти к открыванию двери;

CLOSED:MOV A,#FFh ;сигнал выключения закрывания дверцы;

OUTL P2,A ;вывод сигнала в порт;

MOV A,#05h ;запись сигнала включения движения;

OUTL P2,A ;вывод сигнала в порт;

JMP SN ;возврат для организации общего цикла.

END

4.5 Карта загрузки программы.

Таблица 4.1 – Карта загрузки программы

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F
000.	09	52	00	09	B2	00	72	00	F9	37	03	03	17	19	96	00
001.	09	F2	00	04	10	B9	00	23	7F	3A	09	32	00	04	1A	23
002.	FF	3A	09	B2	00	D2	00	04	22	23	BF	3A	09	B3	00	04
003.	2C	09	B2	00	04	17	23	FF	3A	23	05	3A	04	03

4.6 Распределение памяти.