Устройство управления работой системы безопасности (стр. 3 из 13)
2.2 Требования к структуре устройства
Исходя из выданного задания на дипломный проект делаем вывод, что проектируемое устройство выполняет следующие функции:
1. Получение и обработка данных с шлейфов сигнализации
2. Хранение запрограммированных настроек
3. Оповещение о возможной угрозе разными способами
4. Обеспечение непрерывной работы прибора
Исходя из требований изложенных выше, функционально проектируемое устройство можно разделить на следующие блоки:
- блок обработки и управления;
- блок индикации;
- блок подключения внешних устройств управления и оповещения;
- блок питания.
Каждый блок должен выполнять определенные функции и находиться во взаимосвязи с центральным процессором либо передавая ему данные либо получая от него команды управления или данные.
2.3 Синтез структуры устройства
Структурная схема состоит из таких блоков:
- блок обработки и управления;
- блок индикации;
- блок подключения внешних устройств управления и оповещения;
- блок питания.
Рис.2.4. Структурная схема устройства
Рассмотрим функции, которые выполняет каждый блок структурной схемы.
· Блок индикации.
Блок индикации должен обеспечивать четкое, удобное и своевременное оповещение о возможной угрозе. Для выполнения данных функций будет использоваться система выносных светодиодов.
· Блок обработки и управления.
Данный блок обеспечивает управление всем устройством в целом. Он принимает информацию поступающую с шлейфов сигнализации, подключаемых к разъему XS2.1, обрабатывает ее и выдаёт на блок индикации результат. Для обеспечения всех функций управления в блок включен микроконтроллер (PIC16F73), на который и положена основная работа устройства. Также в состав данного блока входит энергонезависимая память EEPROM 24LC01B для записи и храненияполупостоянных данных системы, пользовательских или заводских установок. Соединение памяти с микроконтроллером осуществляется с помощью двухпроводной шины I2C
· В блок подключения внешних устройств управления и оповещения входят:
- схема подключения выносной клавиатуры - КЛО– осуществляет ввод информации при программировании и управлении прибором, отображая информацию при помощи светодиодов.
- схема подключения к телефонной линии – использование «диалера» - для мониторинга, оповещения или дистанционного программирования через абонентскую телефонную сеть
- релейный выход на пульт централизированного наблюдения (ПЦН)
· блок питания
Обеспечивает автоматическое переключение на питание от аккумулятора (10,8 В – 13,2 В) при пропадании напряжения сети 220 В 50 Гц и обратное переключение при восстановлении сети. Включает схему заряда аккумулятора.
В зависимости от положения джампера JMP1 прибор находится в одном из трех режимов: режим записи заводских установок, режим программирования конфигурации прибора, режим охраны.
Запись заводских установок осуществляется автоматически, программирование конфигурации прибора выполняется при помощи клавиатуры.
В режиме охраны прибор измеряет сопротивление шлейфов, и в зависимости от результата измерения выдает команды на выходы пульта централизированного наблюдения (ПЦН), световые и звуковые оповещатели, или остается в дежурном режиме.
Постановка и снятие прибора с охраны производится при помощи кода, вводимого с клавиатуры.
3. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВА
3.1. Выбор и обоснование применения элементной базы
Выбор микроконтроллера
На схеме электрической принципиальной нам необходимо подобрать микроконтроллер. Рассмотрим вариант от фирмы MicroChip микроконтроллер PIC16F73[6,7]:
Рис. 3.1. Расположение выводов микроконтроллера pic16f73
Основные характеристики и особенности pic16f73:
Высокопроизводительный RISC-процессор:
· Всего 35 простых для изучения инструкции
· Все инструкции исполняются за один такт (200 нс), кроме инструкций перехода, выполняемых за два такта минимальная длительность такта 200 нс
· 14 битовые команды
· 8 - битовые данные
· Вход внешних прерываний
· 8-уровневый аппаратный стек
· Прямой, косвенный и относительный режимы адресации для данных и инструкций
Периферия:
· Сильноточные схемы портов ввода/вывода: - 25 мА макс. вытек. ток - 25 мА макс. втек. ток
· Timer0: 8-разрядный таймер/счетчик
· Timer1: 16-разрядный таймер/счетчик
· Timer2: 8-разрядный таймер/счетчик
· 2 ШИМ модуля
· Последовательные интерфейсы - 3-проводный SPI - I2C Master и Slave режимы - USART
· Параллельный Slave порт (только для PIC16F74/77)
8-битный АЦП
Особенности микроконтроллера:
· Сброс при включении питания (POR)
· Таймер включения питания (PWRT) и таймер запуска генератора (OST)
· Сброс по снижению напряжения питания (BOR)
· Сторожевой таймер (WDT) с собственным встроенным RC-генератором для повышения надежности работы
· Режим экономии энергии (SLEEP)
· Выбор источника тактового сигнала
· Программирование на плате через последовательный порт (ICSPT) (с использованием двух выводов)
· Программируемая защита кода
· 1000 циклов записи/стирания FLASH памяти программы
· 100 000 циклов записи/стирания памяти данных ЭСППЗУ
· Период хранения данных ЭСППЗУ > 40 лет
Рис.3.2 Внутреннее устройство микроконтроллера
Преимущества данного микроконтроллера:
Технология КМОП:
· Экономичная, высокоскоростная технология КМОП
· Полностью статическая архитектура
· Широкий рабочий диапазон напряжений питания - от 2,0В до 5,5В
· Промышленный и расширенный температурный диапазоны
· Низкое потребление энергии
Совместимость:
Полная совместимость по выводам с семействами микроконтроллеров: - PIC16C73B/74B/76/77 - PIC16F873/874/876/877
По представленным выше параметрам (экономичность и низкое потребление энергии благодаря технологии КМОП, высокопроизводительный RISC-процессор, широкая функциональность и совместимость с семействами других микроконтроллеров), можем сделать вывод, что данный микроконтроллер полностью удовлетворяет требованиям к разрабатываемому устройству, поэтому остановим выбор на нём.
Выбор EEPROM
Рассмотрим параметры памяти 24LC01B от Мicrochip [8]:
Рис. 3.3 Цоколевка 24LC01B
Особенности:
· Низкое напряжение питания - до 2.5 В
· Потребление тока - в активном (active) режиме – 1 мкА - в режиме ожидания (standby) – 10 мкА (5.5 В) - в режиме ожидания (standby) – 5 мкА (3.0 В)
· Организация: единым блоком 128 байт (128х8) - 1K , 256 байт (256х8) - 2K
· 2-х проводный последовательный интерфейс, совместимый с I2C
· Совместимость с 100 КГц (2.5 В) и 400 КГц (5 В)
· Cамосинхронизирующийся цикл записи/авто-стирания
· Страничный буффер до 8 байт
· 2 мс - типичное время цикла записи при страничной записи.
· Возможна работа как последовательное ОЗУ
· Период хранения данных > 200 лет
· Защита от статики > 3 000 В
· 1 000 000 гарантированных циклов записи/стирания
· Хранение данных > 200 лет
· Корпуса: 8L DIP, SOIC, TSSOP и SOT-23
· Температурные диапазоны: - Коммерческий: 00С ... +700 - Промышленный: -400С ... +850
По представленным выше параметрам можем сделать вывод, что данная микросхема памяти полностью удовлетворяет требования к разрабатываемому устройству, поэтому остановим выбор на ней.
3.2 Особенности и принцип работы устройства
Электропитание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В (+22 В, -33 В), частотой (50±1) Гц.
Мощность, потребляемая от сети переменного тока во всех режимах (без учета потребления внешних световых и звуковых оповещателей), не более 15 ВА.
Резервное электропитание прибора осуществляется от источника постоянного тока (аккумулятора) напряжением 10,8 В – 13,2 В.
Ток, потребляемый от аккумулятора во всех режимах работы (без учета потребления дополнительных блоков, внешних извещателей и оповещателей), не более 120 мА.
Время работы от аккумулятора емкостью 7 Aч в дежурном режиме при наличии пожарных ШС - не менее 24 часа; в режимах «Пожар», дежурном без пожарных ШС, «Тревога» - не менее 4 часов. Время восстановления полной емкости аккумулятора не более 40 часов.
Прибор обеспечивает автоматическое переключение на питание от аккумулятора при пропадании напряжения сети 220 В 50 Гц и обратное переключение при восстановлении сети без выдачи ложного извещения "Тревога".
При снижении напряжения питания до (11,2-10,8) В (в течение времени не менее 1 секунды) прибор выдает извещение «Тревога» по всем линиям ПЦН или выдает сообщение «Аккумулятор разряжен» и снимает выходное напряжение с линии связи.
В приборе встроен блок защиты аккумулятора от глубокого разряда, который отключает аккумулятор при снижении напряжения источника до 10,8 – 10,3 В.
Отключение прибора от электропитания осуществляется штепсельной вилкой и снятием клемм с аккумулятора.
Прибор имеет цепь заряда для необслуживаемого аккумулятора. Ток заряда от 300 до 450 мА для полностью разряженного аккумулятора.
Режимы работы прибора задаются при программировании энергонезависимой памяти. Управление прибора осуществляется от выносной клавиатуры.