Дипломная (вкр): Розрахунок ефективності охоронної сигналізації в автомобілі

Конфігурування телефону:

а) в першій комірці телефонної книги на sim-карті необхідно записати номер, з яким буде працювати охоронна система (відправляти на нього sms, телефонувати, вмикатися і вимикатися при скиданні виклику тільки із цього номера);

б) в комірках з 1-ї по 8-у на sim-карті необхідно записати sms-повідомлення, які будуть відправлятися при спрацьовуванні певного датчика (в першій комірці - SMS першого датчика, у другий - другого і т.д.).

Якщо спрацьовування датчиків відбулося з вини зловмисників, сигнал тривоги буде тривати встановлений час Т3 (таблиця 2.1).

Оскільки пристрій працює на базі двох МК, які забезпечують незалежну роботу сирени й відправлення sms-повідомлень або телефонних дзвінків, то за відсутності зовнішнього живлення пристрій може продовжувати свою роботу:

живлення МК ATTINY2313 може здійснюватися від кожного із двох джерел: від акумулятора GSM-телефону або від зовнішнього живлення.

При наявності зовнішнього живлення від нього живиться МК і заряджається акумулятор мобільного телефону, а при відсутності зовнішнього живлення МК живиться від акумулятора мобільного телефону. Тому, короткочасні перебої електроенергії (до 2 днів) на роботу GSM сигналізації не впливають. Чим більша ємність акумуляторної батареї, тим довше GSM сигналізація здатна зберігати свою працездатність за відсутності зовнішнього живлення;

МК AT89C2051 що живиться від вбудованого пристрою з постійною напругою 9 В, забезпечує надійну цілодобову роботу пристрою протягом одного-двох місяців без заміни елементів живлення; рівень звукового тиску: 100…105 дБ при напрузі джерела живлення 9 В.

В режимі «Охорона» споживанням струму мале, тому необхідність заміни батарей виникає приблизно через 1…2 місяці експлуатації охоронного пристрою. Пристрій має два вбудованих світлодіоди, які працюють тільки при наявності зовнішнього живлення 12В: світлодіод «Мережа», що сигналізує наявність живлення, і світлодіод «Маяк», що сигналізує про режими роботи охоронного пристрою (горить безупинно в режимі «Охорона» і переривчасто - в режимі «Тривога»). Передбачені клеми для підмикання зовнішнього світлодіоду «Маяк».

.2 Встановлення охоронної сигналізації

Пристрій бажано розміщувати на висоті ~ 2,5 м, щоб зашкодити навмисне виведення його з ладу зловмисниками. При розміщенні звукового блоку зовні охоронного об'єкту, слід унеможливити прямий вплив на нього атмосферних опадів. Мобільний телефон не обов'язково розміщувати поруч із охоронним пристроєм, дроти, що йдуть до телефонного апарату, не слід робити довшими ніж 30 см. Телефон можна помістити в металевому боксі разом із сигналізацією так, щоб власник мав до нього доступ і міг при потребі поміняти або записати новий номер телефону.

Кнопку керування КК1 необхідно помістити в прихованому, але доступному місці. Прокладку дротів від блоку керування до кнопки КН1 необхідно також виконати прихованою, оскільки обрив дротів порушує працездатність пристрою.

Герконові датчики встановлюють на коробках дверей і на віконних рамах, а магніти - на дверях і вікнах так, щоб при зачинених дверях (вікнах) відстань між датчиком і магнітом не перевищувала 1…3 мм, а при відчинених - ця відстань була більш ніж 2 см. Всі охоронні датчики включаються послідовно.

При необхідності встановлення великої кількості датчиків можна використовувати кінцеві вимикачі, герконові датчики інших типів, тонкого дротового шлейфу, фольги, що працюють «на розрив. Для шлейфу застосовують дріт ПЭВ, ПЭЛ діаметром 0, 05…0,3 мм.

.3 Умови експлуатації охоронної сигналізації

температурний діапазон - від - 40 до +40 оС;

вологість не більше 90% при температурі 25 оС.

.4 Технічні характеристики

напруга живлення: 9 В (батарея типу «Крона»);

споживаний струм у режимі «Охорона»: не більше 200 мкА;

споживаний струм у режимі «Тривога»: не більше 30 мА;

рівень звукового тиску: 100…105 дБ при напрузі джерела живлення 9 В;

тип використовуваних датчиків: геркони;

індикація живлення 12 В «Мережа», індикація режиму охорони й тривоги «Маяк» (тільки за наявності зовнішнього живлення;Канал.

3. Розробка принципової схеми сигналізації

.1 Вибір мікроконтролера

Основним функціональним елементом пристрою є мікроконтролер.

Основні функції, здійснювані мікроконтролером:

відлік часу (для даного пристрою час на вхід, на вихід і на звучання сирени);

приймання команд, що надходять від перемикачів.

Проаналізувавши функції, виконувані мікроконтролером, до нього можна висунути такі вимоги:

тактова частота мікроконтролера повинна бути достатньою для нормальної роботи всієї системи;

вихідні струми й напруги на виводах мікроконтролера повинні бути достатніми для керування індикатором;

загальна кількість виводів мікроконтролера повинна бути достатньою, для забезпечення керування всіма елементами, що входять до складу пристрою, робота яких керується мікроконтролером. [1]

Також мікроконтролер повинен відповідати низці другорядних вимог:

мікроконтролер повинен мати мале енергоспоживання;

об'єм пам'яті програм повинен вміщувати програмний код;

обсяг оперативної пам'яті має бути достатнім для коректної і швидкої роботи пристрою;

Враховуючи всі перераховані вимоги, для використання в нашому пристрої можна розглянути три мікроконтролери - це PIC16F84A, AT89C51 і PIC16C505 [2].

Для остаточного вибору мікроконтролера скористаємося методом вибору з використанням матриці нормованих параметрів. Для цього слід обрати основні характеристики, за якими будемо здійснювати порівняння обраних мікроконтролерів. В нашому випадку для порівняння доцільно використовувати такі параметри:

вихідна напруга рівня логічного нуля ;

вхідні напруги рівня логічного нуля ;

число ліній вводу / виводу мікроконтролера ;

вартість.

Складемо таблицю, у якій будуть зазначені значення всіх потрібних параметрів для трьох обраних мікроконтролерів (таблиця 3.1).

Таблиця 3.1 - Основні параметри мікроконтролерів

Залежно від значимості того чи іншого параметра, кожному з них присвоюється ваговий коефіцієнт bj. Суми всіх вагових коефіцієнтів повинні дорівнювати одиниці.

Виходячи з таблиці, складемо Y-матрицю, в яку будуть входити ці ж параметри, але з урахуванням позитивного або негативного боку їхніх величин.

Розглянемо параметри і з‘ясуємо, до чого веде збільшення їх значень. Якщо збільшення параметра веде до погіршення роботи схеми, то його слід перерахувати в подальших обчисленнях (біля таких поставимо «-»). Якщо збільшення значення параметра несуттєве для роботи схеми, то його в подальших обчисленнях не перераховуємо (біля таких поставимо «+»). Отримаємо:

Таблиця 3.2 Вплив параметрів на роботу схеми

Обсяг пам'яті програми, Кб             , B, ВВартість,

матриця має такий вид:

На основі цієї матриці, запишемо матрицю нормованих параметрів, у якій кожний елемент обчислюється по формулі:

і отримаємо матрицю А:

Далі за формулою складемо оцінну функцію для кожного мікроконтролера:

де bj - ваговий коефіцієнт відповідного параметра. Той мікроконтролер, оцінна функція якого виявиться найменшою, найкраще відповідає нашому пристрою.

Виходячи з розрахунків, вибираємо мікроконтролери AT89С51 і ATTINY2313 тому, що їхні оцінні функції виявилися найнижчими. Тому їх найдоцільніше використовувати в нашому пристрої.

Рис. 3.1. Цоколівка мікроконтролера АТ89С2051 [3]

Рис. 3.2 Цоколівка мікроконтролера АТTINY 2313 [4]

3.2 Вибір елементної бази

охоронна сигналізація мікроконтролер

Принципова схема розробленого пристрою представлена на кресленні. Головними елементами є мікроконтролери АТ89С 2051-24PI (DD1) і АТTINY 2313 (DD2).

Максимальна робоча напруга МК АТ89С 2051-24PI становить 6,6 В, а пристрій отримує живлення від мережі з напругою живлення 12 В.

Для підтримки стабільної напруги живлення МК у пристрій введений інтегральний стабілізатор напруги 78L05 (DA1) [5].

Сучасні мікросхеми стабілізаторів напруги випускаються на широкий діапазон вихідних напруг і струмів, вони мають вбудований захист від перевантаження по струму й від перегріву - при нагріванні кристалу мікросхеми вище припустимої температури вона закривається й обмежує вихідний струм.

Типова схема включення стабілізаторів напруги наведена на рис. 3.3.

Рис. 3.3 - Схема ввімкнення стабілізаторів напруги

Вхід стабілізатора - «IN»; вихід - «OUT»; спільний - «GND» (Ground).

До входу (Input), а також до виходу (Output) стабілізатора (безпосередньо біля відповідного виводу або поблизу його), щоб уникнути самозбудження, слід ввімкнути конденсатори ємністю 100мкФ і 30пФ.

Якщо ємність конденсатора на виході стабілізатора надто велика, а струм навантаження малий, то між входом і виходом слід ввімкнути діод. Це гарантує, що напруга на виході буде дуже швидко зменшуватися до величини вхідної напруги.

Для надійної роботи стабілізатора напруга на вході вибирається не менш ніж на 3 В більшою, ніж вихідна напруга.

Таблиця 3.3 Характеристики стабілізатора напруги

У розроблюваній схемі використовується штирьовий і смд монтаж елементів на плату. Відповідно до розробки вибираємо елементи з урахуванням вимог монтажу.

Використовуємо резистори R 1-R19 типу R 0805-0,125 Вт, конденсатори з малим струмом витоку C1, С3 - ECR і керамічні конденсатори C0603 - С2, С 4…С12 (служать для зменшення завад у схемі) [6].

До виходів XTAL1 і XTAL2 МК АТTINY2313 підімкнений кварц частотою 1,8432 МГц; дана частота забезпечує безперебійну роботу послідовного порту МК (UART). До роз’єму PLS-6 підмикається послідовний програматор для програмування мікроконтролера. До роз’єму PLS-8 підмикається мобільний телефон. Лінії RXD і TXD телефону підмикаються до відповідних виводів TXD і RXD послідовного порту МК, а виводи CTS, RTS, DTR мобільного телефону до таких же виводів МК.

До виводів PB 0-PB7 МК АТTINY2313 підмикаються датчики. Для запобігання впливу ВЧ завад на шлейфи датчиків установлюються конденсатори C11, C12. Датчики спрацьовують на розрив, при від'єднанні від загального, тим самим можна запобігти можливості перерізати шлейфи датчиків. Діоди VD8, VD9 захищають МК від потрапляння підвищеної напруги зі шлейфів датчиків.

У схемі використовується перемикач SWD 1-4; у таблиці 3.4 наведені його характеристики [7]:

Таблиця 3.4 - Характеристики перемикача SWD 1-4

Враховуючи розміри плати, вибираємо малогабаритну кнопку PS580N/L. Для індикації наявності живлення й режимів роботи охоронного пристрою в схемі використовуються світлодіоди підвищеної яскравості (діаметр 3 мм) GNL-3014 (таблиця 3.5):

Таблиця 3.5. Абсолютні максимальні параметри (при t=25 °C) [8]

Інші елементи обрані виходячи з доцільності їхнього застосування в даній розробці.

.3 Вибір роз'їму

Клемник - один зі способів з'єднання проводів. Їх використовують, коли необхідно з'єднати скільки завгодно багато провідників. Клемник виконаний у вигляді мідної планки з отворами і гвинтовими затискувачами. Такий метод з'єднання зручний при прокладці жорстких провідників, але для кріплення м'яких провідників, їх наконечники необхідно опресовувати. Всі кріплення виконуються пайкою в спеціальній коробці. Залежно від типу проводки може використовуватися від двох до трьох штук [9].

Вибираємо клемник на 12 виходів - STB 1-12, до якого підмикаються зовнішні прилади: звуковий оповісник, кнопка керування, зовнішній маяк, шлейфи.

Виходячи з габаритів розроблювального пристрою і способу його кріплення (шляхом підвісу), вибираємо роз'єми:

PLS-6 вилка штирова, крок 2.54 мм, 1x6, пряма;

RLS-8 вилка штирова, крок 2.54 мм, 1x8, пряма;

PLS-2 вилка штирова, крок 2.54 мм, 1x2, пряма.

4. Кваліфікаційна частина

.1 Конструювання друкованої плати

.1.1 Вибір типу друкованої плати

Для вибору типу друкованої плати (ДП), яка буде надалі використовуватися для проектування й побудови приладу, спочатку розглянемо типи використовуваних ДП [10].

За конструктивним виконанням розрізняють:

однобічні ДП (ОДП);

двобічні ДП (ДДП);

багатошарові ДП (БДП);

провідникові або комбіновані ДП (ПДП);

гнучкі ДП (ГДП).

ОДП прості в конструюванні й економічні у виготовленні. Основними перевагами ОДП є:

можливість забезпечувати підвищені вимоги до точності виконання провідникового рисунку;

встановлення навісних елементів на поверхні плати з боку, протилежного паянню, без додаткової ізоляції;

можливість використання перемичок із провідникового матеріалу. Монтажні й трасувальні можливості ДП без металізованих отворів, а також надійність і механічне кріплення низькі, тому для підвищення міцності кріплення елементів такі плати виготовляються з металізацією отворів. Звичайно ОДП застосовуються для монтажу в побутовий ЕОА, у силовій електроніці, у НЧ пристроях [10].