Разработка принципиальной схемы устройства

Микроконтроллер

Выбираем микроконтроллер ATmega 16. Это высокопроизводительный маломощный 8 — разрядный микроконтроллер AVR.

Модуль питания

Источник питания может быть построен на основе промышленного модуля питания AC/DC. Промышленные модули питания AC/DC выполнены на основе широтно — импульсного преобразования. Рабочая частота преобразования 100 — 300 кГц. Модули имеют защиту от короткого замыкания, перегрузки по току, превышения выходного напряжения и тепловую защиту. Модуль также содержит помехоподавляющие фильтры.

Рис. 5. Модуль питания.

В качестве промышленного модуля питания AC/DC выберем микросхему PD-65A.

• · Входное напряжение U_ВХ = 127 — 370В DC (90 — 264B AC);
• · Выходные напряжение +5 В и +12В;
• · Рабочий диапазон: 0…+45 ^оС. [4]

Клавиатура

Клавиатура представляет собой простую матрицу двоичных переключателей, включенных на пересечении строк и столбцов матрицы, и в которой идентификация и кодирование нажатой клавиши выполняется программой. Кроме идентификации программное обеспечение распознает и обеспечивает защиту от одновременного нажатия более одной клавиши и исключить влияние переходных процессов.

Резисторы R2, R3, R4 являются подтягивающими и служат для задания логической «1» при отсутствии нажатия клавиши.

Рис. 6. Реализация клавиатуры.

Модуль сигнализации

Оповещательная система, как уже было сказано выше, состоит из сирены и красного светодиода на пульте управления.

Звуковой оповещатель — сигнальная сирена СС-1 состоит из электромагнита и якоря, жестко соединенного с мембраной. Так как номинальное напряжение сирены 220 В в схеме используется реле для гальванической развязки. [5].

В соответствии с необходимыми параметрами были выбраны диод 1N4148, транзистор KT972A и реле OMI-SS-112LM.

Рис. 7. Подключение сигнализации через реле

Выбранный светодиод L-10003ED подключаем через резистор.

I_св = 40мА (ток через светодиод).

U_п = 5B (напряжение питания).

R =U/I = 125 Ом. Выберем резистор номиналом 150 Ом.

Модуль начальной установки

Для надежности синхронизации работы схемы используется внешний тактовый генератор.

Для начальной установки контроллера можно использовать RC — цепочку, которая вырабатывает импульс сбора по включению питания.

В схеме должны присутствовать фильтрующие конденсаторы для сглаживания пульсаций входного напряжения. Для фильтрации высокочастотных помех применяются керамические конденсаторы, их количество определяется количеством ИМС. Выберем для этого конденсатор К0−7-10В-1мкФ±10%. Для подавления низкочастотных помех, проникающих в систему по цепи питания, в схеме используется один электролитический конденсатор. Возьмем конденсатор К31−7а-0,1мкФ ± 10%.

Характеристики выбранных датчиков

1) В качестве датчика давления был выбран датчик BMP085. BMP085 — датчик абсолютного атмосферного давления. Область применения: измерение давления для барометров, метеостанций и приборов, перемещающихся в атмосфере.

Характеристики BMP085.

• · Пределы измерения абсолютного давления 30−110кПа (300−1100hPa)
• · Низкий уровень шума:
  • 0.06 hPa (0.5м) в стандартном режиме
  • 0.03 hPa (0.25м) в режиме ультравысокого разрешения
  • 0.1 m возможно при применение программного фильтра.
• · Питание 1.8 — 3.6 В (Vdda), 1.62 — 3.6 В (Vddd)
• · Размер корпуса: 5.0X5.0 мм.
• · Интерфейс: I2C
• · Разрешение: 0.01 hPa, 0.1 С
• · Датчик может работать в нескольких режимах:
• · 1) Режим пониженного энергопотребления
• · 2) Стандартный
• · 3) Режим высокого разрешения
• · 4) Режим ультравысокого разрешения. [6]

В основе датчика пьезо-резистивный сенсор, выходной сигнал которого после внутреннего аналого-цифрового преобразования доступен пользователю. Полученное значение не является значением атмосферного давления, а связанно с ним «сложной» зависимостью. Для расчета которой необходимо использовать 11 корректировочных коэффициентов. Данные коэффициенты прошиты во встроенную EEPROM память датчика и индивидуальны для каждого датчика. Для температурной компенсации датчик имеет встроенный аналоговый сенсор температуры, сигнал с которого так же необходимо оцифровать, прочитать и пересчитать.

В общем случае алгоритм работы выглядит следующим образом:

• · Включение
• · Считывание корректировочных коэффициентов
• · Запуск преобразования сигнала с сенсора температуры
• · Ожидание окончания преобразования
• · Считывание результата преобразования
• · Расчет температуры
• · Запуск преобразования сигнала с сенсора давления
• · Ожидание окончания преобразования
• · Считывание результата преобразования
• · Расчет давления

Максимально можно получить 128 значений в секунду, при этом значение температуры считывается однократно в начале каждого периода измерений. 7].

2) В качестве датчика температуры был выбран датчик DS18B20. Это цифровой термометр с программируемым разрешением, от 9 до 12-bit, которое может сохраняться в EEPROM памяти прибора. DS18B20 обменивается данными по 1-Wire шине и при этом может быть как единственным устройством на линии так и работать в группе. Все процессы на шине управляются центральным микропроцессором.

Отличительные особенности:

• · Напряжение питания составляет 3−5,5 В, что позволяет использовать его не только в 5-вольновых системах, но и в 3,3 (большинство микроконтроллеров)
• · Диапазон измеряемой температуры составляет −55…+125^оС;
• · Точность ±0.5°C в диапазоне от -10°C до +85°C;
• · Настраиваемое пользователем разрешение от 9 до 12 бит;
• · Данные передаются посредством 1-проводного последовательного интерфейса 1-Wire®
• · Датчик имеет 64-битныйt уникальный серийный номер;

Также имеет внутренние регистры триггеров верхнего и нижнего порогов срабатывания с вырабатыванием сигнала тревоги для систем, использующих термостатическую логику работы. [8].

Подключение кварцевого резонатора

Резонансная частота кварца, включенного в реальную электрическую цепь, будет изменяться в некоторых пределах при разных значениях емкости нагрузки. Для упрощения взаимодействия заказчиков и производителей резонаторов практикуется настройка резонаторов при определенном значении нагрузочной емкости. В этом случае измеренная частота должна соответствовать номинальной с учетом указанной точности настройки.

C_g = 2(C_L — C_S) (1).

Как правило, для согласования емкости нагрузки используют конденсаторы Cg, подключаемые между выводами кварцевого резонатора и общим проводом. Расчет номинала емкости конденсаторов Cg осуществляется по формуле (1), где C_L — емкость нагрузки, указанная в технической документации, а C_S — значение паразитной емкости (как правило, примерно 5 пФ). Выберем кварцевый резонатор 16.000 МГц HC-49S.

Технические параметры Резонансная частота, МГц…16.

Номер гармоники…1.

Точность настройки dF/Fх10^-6…50.

Температурный коэффициент, Ктх10^-6…50.

Нагрузочная емкость, пФ…32.

Рабочая температура, С…-20…70.

По формуле (1), используя параметры данного резонатора, получили, что C_g = 54 пФ.