Построение принципиальной электрической схемы

 

3.1 Сопряжение микроконтроллера и клавиатуры

 

В данном устройстве используется динамический опрос клавиатуры, так как выбранная двенадцатикнопочная клавиатура имеет всего семь выводов и подключить каждую кнопку к отдельному выводу порта микроконтроллера не представляется возможным, хотя микроконтроллер и имеет достаточное количество свободных портов. Кроме того, такой способ включения упрощает схему и уменьшает число портов, занятых клавиатурой (рисунок 3.1.1).

 

Рисунок 3.1.1 - Схема сопряжения МК и клавиатуры

 

Для работы с клавиатурой используются 7 выводов порта P0. Все четыре ряда кнопок опрашиваются по очереди. Для опроса первого ряда на выводах P0.1-P0.3 программно устанавливаются единицы, а на выводе P0.0 – ноль. Теперь если нажать любую кнопку первого ряда, вывод P0.0 замкнётся с выводом P0.4, P0.5 или P0.6, и на нём установится ноль. Если ни одна кнопка не нажата, на выводах P0.4, P0.5 и P0.6 будет единица за счёт подтягивающих резисторов R6-R8, которые создают на выводах высокий потенциал. Резисторы возьмём равными 4, 7КОм. Аналогично опрашиваются оставшиеся три ряда кнопок на клавиатуре. При нажатии на кнопку имеет место явление дребезга контактов, однако эту проблему можно решить программно. Для этого при нажатии кнопки вводится задержка, по длительности равная переходному процессу в цепи, что позволяет избежать ложных срабатываний кнопок. Величина задержки подбирается экспериментально для каждого типа оборудования. Для примера будем используется задержка длительностью 5 мс. У такого способа есть недостаток – он замедляет работу программы, однако в данном случае это не имеет значения, так как для выполнения поставленной задачи не требуется большое быстродействие. За те 5 мс, которые программа ждёт, пользователь просто не успеет нажать на другую кнопку.

 

3.2 Сопряжение микроконтроллера и исполнительного элемента электромеханического замка

 

Для коммутации цепи питания привода электромеханического замка используются NPN-транзистор Q1 и оптопара OC1 (рисунок 3.2.1). Таким образом обеспечивается замыкание цепи с большими токами и напряжениями и гальваническая развязка цепей микроконтроллера и привода замка. Здесь используется широко распространённый транзистор отечественного производства КТ815А, характеристики которого (таблица 3.2.1) удовлетворяют требуемым (напряжение 12В и ток 0, 5А) с некоторым запасом.

 

Таблица 3.2.1 – Параметры транзисторов серии КТ815

Наимен.	тип	Uкб, В	Uкэ, В	Iкmax(и), мА	Pкmax(т), Вт	h21э	Iкбо, мкА	fгр., МГц	Uкэн, В
КТ815А	n-p-n	40	30	1500(3000)	1(10)	40-275	50	3	< 0.6
КТ815Б		50	45	1500(3000)	1(10)	40-275	50	3	< 0.6
КТ815В		70	65	1500(3000)	1(10)	40-275	50	3	< 0.6
КТ815Г		100	85	1500(3000)	1(10)	30-275	50	3	< 0.6

 

Оптопара подключается к порту P0.0 микроконтроллера через резистор R2, ограничивающий ток. Входное напряжение оптопары 1, 3В при токе 25 мА, значит, падение напряжения на резисторе должно быть (5-1, 3)В=3, 7 В. Тогда номинал сопротивления будет 3, 7В/0, 025А=148 Ом. Ближайшее значение ряда номинальных сопротивлений 150 Ом. Выходной каскад оптопары открывается низким уровнем на выводе микросхемы и закрывается высоким. Когда он открыт, напряжение подаётся на базу транзистора Q1 и он открывается, замыкая цепь привода замка. Рассчитаем сопротивление резистора R3. Для этого воспользуемся законом Ома [7]. Через цепь коллектор-эмиттер протекает ток 0, 5А. Коэффициент передачи транзистора по току равен 40, значит ток база-эмиттер будет равен 0, 5А/40=0, 0125А. На базу подаётся 5В, а на базовом переходе транзистора падает 1, 2В, поэтому сопротивление резистора будет равно (5-1, 2)В/0, 0125А=304 Ом. Возьмём резистор на 300Ом. Для того чтобы транзистор самопроизвольно не открываться обратным током коллектора, ставится шунтирующий резистор R10. Пусть через него протекает ток, в три раза меньший, чем ток базы транзистора. Падение напряжения на базовом переходе 1, 2В. Тогда сопротивление R10 будет равно 1, 2В/(0, 0125А/3)=288 Ом. Используем резистор 270 Ом. Так как привод замка основан на индуктивности, то по закону электромагнитной индукции при коммутации в ней возникают обратные токи. Диод D2 шунтирует индуктивность в обратном направлении и препятствует появлению обратных токов в цепи. По своим характеристикам нам подходит диод КД208А. Его максимальное обратное напряжение 100 В, прямой ток 1 А.

Рисунок 3.2.1 - Схема сопряжения микроконтроллера и исполнительного элемента электромеханического замка

 

3.3 Сопряжение микроконтроллера и устройства сигнализации открытия двери

 

Зелёный светодиод D3 подключается к порту P2.2 микроконтроллера через ограничивающий резистор R4 (рисунок 3.3.1). Диод включается высоким уровнем сигнала на выводе. Максимальное прямое напряжение на диоде 2, 8В при токе 10мА. Как раз такой ток способен обеспечить один вывод порта этого микроконтроллера. Сопротивление резистора будет равно (5-2, 8)В/0, 01=220Ом

 

Рисунок 3.3.1 - Схема сопряжения МК и светодиода

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: