Розробка схеми електричної функціональної охоронного пристрою

Функціональна схема — схема, що роз'яснює певні процеси, що відбуваються у певних функціональних ланцюгах виробу чи у виробі в цілому. Функціональна схема містить інформацію про способи реалізації пристроєм заданих функцій. За такою схемою можна визначити, як здійснюються перетворення і які для цього необхідні функціональні елементи. Кожен функціональний елемент містить лише ті входи і виходи, які необхідні для його коректної роботи. Дана схема розробляється на основі структурної схеми для кожного блоку, в результаті з окремих функціональних елементів складається загальна функціональна схема об'єкту. На основі функціональної та структурної схем розробляється принципова схема.

Функціональною схемою користуються для вивчення принципу роботи виробу, а також при їх налагодженні, контролі чи ремонті. На такій схемі зображують всі функціональні частини виробу та основні зв'язки між ними. Функціональні частини на схемі зображують у вигляді умовних графічних позначень згідно з вимогами державних стандартів. Дозволяється окремі функціональні частини, на яких немає умовних графічних позначень, зображувати у вигляді прямокутників, а також розкривати до рівня принципових схем. Дозволяється об'єднувати функціональні частини в функціональні групи, які виділяють на схемі штрих-пунктирними лініями. Кожній виділеній групі присвоюють назву або умовне позначення.

На схемі повинно бути вказано:

· для кожної функціональної частини, зображеної прямокутником, її назва або умовне позначення, вписане у прямокутник;

· для кожної функціональної частини або елемента, зображеного умовним графічним позначенням позиційне позначення.

 

Якщо функціональна схема використовується разом з принциповою, то позиційне позначення елементів та функціональних частин на цих документах повинні бути однаковими. Перелік елементів в цьому випадку для функціональної схеми не складають, оскільки користуються даними принципової схеми.

Якщо функціональна схема розробляється самостійно (без принципової), то позиційне позначення елементів і функціональних частин вказують за загальними правилами і розробляють перелік елементів.

Функціональна схема роз'яснює процеси, що відбуваються у певних функціональних ланцюгах устаткування. Функціональний ланцюг — це лінія, канал, тракт певного призначення.

Функціональну схему зображено на рисунку 1.3.

 

 

Рисунок 1.3 - Функціональна схема охоронного пристрою.

Таблиця 1.1 - Позначення елементів на функціональній схемі.

Умовне позначення блока	Значення
В	Вхідний блок
І	Індикатор активності датчиків
П	Програмувач пасивного режиму охорони
А	Програмувач активного режиму охорони
К	Електронний ключ
Г	Генератор імпульсів
С	Кола сирени
МУ	Модуль узгодження
КД 1-n	Модулі кодового доступу
ПО	Пожежна охорона

 

 

Розробка та розрахунок схеми електричної принципової охоронного пристрою по блокам

Вибір елементної бази

В проектованому пристрої вибрана 155 серія мікросхем. Основна причина – це їхня дешевизна і поширеність. Серія має наступні параметри:

· температура паяння - 235-245 ° С,

· тривалість пайки - (2 0, 5) c,

· відстань від нижньої площини корпусу до місця паяння не менше - 1 мм;

· температура паяння при автоматизованій збірці не більше - 265 ° С,

· тривалість пайки - не більше 4 с.

· допустиме значення статичного потенціалу - 200 В.

Не рекомендується підведення будь-яких електричних сигналів (у тому числі шин " живлення" і " корпус" ) до незадіяних виводів мікросхем. При ремонті апаратури заміну мікросхем необхідно проводити при відключених джерелах живлення. Допускається напруга на вході мікросхеми не менше - 0, 4 В і напруга на виході не менше - 0, 3 В. Вільні входи мікросхем, які не використовуються згідно електричної схемою апаратури, повинні бути підключені до джерела живлення 5 В  через резистор з опором 1 кОм. Одночасно підключається 20 входів. Для випадкових завадових сигналів, що перевищують по амплітуді норми ТУ, для випадкових короткочасних порушень стабілізації живлячих напруг допускається короткочасне вплив напруги живлення -  7 В.

В якості транзисторів вибрані кремнієві транзистори малопотужні, середньої частоти типів КТ361 та КТ315. Вони мають низьку собівартість та забезпечують необхідні параметри роботи схеми. По якості виконання та по надійності напрацювання вони мають також гарні показники. Їхня дешевизна полягає у відсутності дорогоцінних матеріалів у транзисторах та в простоті виконання в кремнієвому корпусі.

В модулі кодового доступу використано мікроконтролер PIC16F84-041/p. Цей мікроконтролер відноситься до сімейства КМОП мікроконтролерів. Відрізняється тим, що має внутрішнє 1K x 14 біт EEPROM для програм, 8-бітові дані і 64байт EEPROM пам'яті даних. При цьому відрізняються низькою вартістю і високий продуктивністю. Усі команди складаються з одного слова (14 біт шириною) та виконуються за один цикл (400 нс при 10 МГц), крім команд переходу, які виконуються за два цикли (800 нс). PIC16C84 має переривання, що спрацьовує від чотирьох джерел, і восьмирівневий апаратний стек.

Периферія містить у собі 8-бітний таймер / лічильник з 8-бітовим програмованим попередніми дільником (фактично 16 - бітний таймер) і 13 ліній двунаправленного введення / виведення. Висока навантажувальна здатність (25мА макс.) ліній вводу / виводу спрощують зовнішні драйвери і, тим самим, зменшується загальна вартість системи. Розробки на базі контролерів PIC16C84 підтримується асемблером, програмним симулятором, емулятором (тільки фірми Microchip) і програматором.

Серія PIC16C84 підходить для широкого спектра додатків від схем високошвидкісного керування автомобільними й електричними двигунами до економічних віддалених приймачів, що показують приладів і зв'язних процесорів. Наявність ПЗУ дозволяє підлаштовувати параметри в прикладних програмах (коди передавача, швидкості двигуна, частоти приймача і т.д.).

Малі розміри корпусів, як для звичайного, так і для поверхневого монтажу, робить цю серію мікроконтролерів придатної для портативних додатків. Низька ціна, економічність, швидкодія, простота використання і гнучкість введення / виводу робить PIC16C84 привабливим навіть у тих областях, де раніше не застосовувалися мікроконтролери. Наприклад, таймери, заміна жорсткої логіки у великих системах, співпроцесори, кодові замки.

Вбудований автомат програмування EEPROM кристала PIC16C84 дозволяє легко підлаштовувати програму і дані під конкретні вимоги навіть після завершення асемблювання і тестування. Ця можливість може бути використана як для тиражування, так і для занесення каліброваних даних уже після остаточного тестування.

Характеристика мікроконтролера:

· Тільки 35 простих команд;

· Всі команди виконуються за один цикл (400ns), крім команд переходу -2 циклу;

·  Робоча частота 0 Гц... 10 МГц (min 400 нс цикл команди)

· 14 - бітові команди;

·  8 - бітові дані;

· 36 х 8 регістрів загального використання;

· 15 спеціальних апаратних регістрів SFR;

· 64 x 8електрично програмуєма EEPROM пам'яті для даних;

·  Восьмирівневий апаратний стек;

·  Пряма, непряма і відносна адресація даних і команд;

·  Чотири джерела переривання: зовнішній вхід INT, переповнення таймера RTCC, переривання при зміні сигналів на лініях порту B, по завершенню запису даних в пам'ять EEPROM

 

Периферія та від/вивід:

·  13 ліній введення-виведення з індивідуальною настройкою;

·  8 - бітний таймер / лічильник RTCC з 8-бітовим програмованим попередніми дільником;

·  Автоматичне скидання при включенні;

·  Таймер включення при скиданні;

·  Таймер запуску генератора;

·  Watchdog таймер WDT із власним вбудованим генератором, що забезпечує підвищену надійність;

·  EEPROM біт таємності для захисту коду;

·  Економічний режим SLEEP;

·  Обрані користувачем біти для установки режиму збудження вбудованого генератора:

·  RC генератор: RC

·  Звичайний кварцовий резонатор: XT

·  Високочастотний кварцовий резонатор: HS

·  Економічний низькочастотний кристал: LP

·  Вбудований пристрій програмування EEPROM пам'яті програм і даних; використовуються тільки дві ніжки.

 

Параметри КМОП технології:

·  Економічна високошвидкісна КМОП EPROM технологія;

·  Статичний принцип в архітектурі;

·  Широкий діапазон напруг живлення і температур:

· U=: 2.0... 6.0 В, 0... +70 С

·  Низьке споживання струму -  3 мА типово для 5В, 4МГц та  50 мкА типово для 2В, 32кГц, . 26 мкА типово для SLEEP режиму при 2В.

 

В основі системи пожежозахисту використовується мікроконтролер MSP430F2234. Це 16 розрядний процесор з RISC архітектурою MSP430, по своїм параметрам повністю відповідає усім вимогам системи.

Мікроконтролери сімейства MSP430 включають в себе 16 – розрядний RISC CPU, периферійні модулі та гнучку систему тактування, з’єднанні через загальну шину (MAB) пам’яті та шину пам’яті даних (MDB).

Сімейство MSP430 володіє наступними ключовими особливостями:

· архітектура з ультранизким споживанням;

· для схоронності вмісту ОЗП необхідний струм не більш 0, 1 мкА;

· модуль тактування реального часу споживає 0, 8 мкА;

· струм живлення при максимальній продуктивності – 250 мкА;

· вбудовані модулі 12 розрядного чи 10 розрядного АЦП швидкістю 200 ksps є температурний датчик та джерело опорної напруги Vref - з’єднаний 12 розрядний ЦАП – таймери, що керуються компараторами для виміру опорних елементів;

· 16 розрядний RISC CPU, яке допускає нові застосування к фрагментам коду:

·  компактне ядро має понижене енергоспоживання та вартість;

· набір команд складається з 27 інструкцій, підтримується сім режимів адресації;

· можливість програмування Flash- пам’яті в схемі дозволяє гнучко змінювати та обновляти програмний код та проводити реєстрацію даних.

 

В якості датчика задимленості вибрана інфрачервона оптопара TCST 1103.Основні характеристики:

Таблиця 1.2 - Електричні характеристики TCST 1103.

Рисунок 1.4 – Діаграма перемикання.

В якості пристрою узгодження мікроконтролера MSP430F2234 з рештою схеми вибраний інтерфейс RS485/RS422 - MAX3070Е.

Таблиця 1.3 - Електричні характеристики МАХ3070Е.

 

В якості аналізатора температури в «Блоці пожежної охорони» використано цифровий температурний датчик TMP100. Він працює в парі з мікроконтролером MSP430F2234 на цифровій шині I2C.

Основні характеристики:

· DIGITAL OUTPUT: I2C Serial 2-Wire

· RESOLUTION: 9- to 12-Bits, User-Selectable ACCURACY: ±2.0°C from -25°C to +85°C (max), ±3.0°C from -55°C to +125°C (max)

· LOW QUIESCENT CURRENT:  45µA, 0.1µA Standby

· WIDE SUPPLY RANGE: 2.7V to 5.5V

·

Вхідний блок

Вхідний блок призначений для аналізу сигналів із усіх 8-ми вхідних датчиків і передачі його далі на блоки Індикації та Активного і Пасивного режиму охорони по 8 окремих шинах відповідно до кожного датчика. Принципова електрична схема блока наведена на рисунку 1.5.

Працює вона наступним чином. Вимикачі S1 – S8 – це умовно позначені датчики. Зрозуміло, що датчики до системи можуть підключатись любого сумісного типу на розмикання при порушенні датчика. На схемі вони позначені у вигляді вимикачів з нормально-замкненими контактами. Вимикачі підключені до спільної шини «0». Це дозволяє уникнути завад передачі сигналу від кожного віддаленого датчика до базового блока системи та робить простоту виконання розводки проводки датчиків. В якості баластів для порівняння сигналу від датчика використано резистори R1 – R8, які подають логічну «1» на входи елементів DD1.1 – DD1.6, DD2.3 – DD2.4. Вони потрібні для стабільної роботи логічних елементів і уникнення збоїв та помилкових спрацювань. їхній номінал не є суттєвим для роботи схеми і може коливатись в межах від 1Ком до 10Ком. Логічні елементи DD1.1 – DD1.6, DD2.3 – DD2.4 призначені для «буферизації» та інверсії вхідних сигналів датчиків. Тобто, якщо лінія від датчика до базового блока охоронного пристрою занадто довга, і пролягає по місцях підвищеної імовірності виникнення завадових перешкод, то вони обріжуть вхідний сигнал, який по своєму потенціалу буде нижчий за поріг логічної «1». А імовірність виникнення такого завадового сигналу практично нульова. Більша імовірність неправдивого спрацювання системи може бути при неякісному виконанні проводки, тобто при обриві сигнальної шини до датчика.

Логічні елементи DD1.1 – DD1.6, DD2.3 – DD2.4 реалізовані на двох мікросхемах К155ЛН1.

Рисунок 1.5- Принципова електрична схема вхідного блока.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: