67742
Функциональные и принципиальные схемы проектируемого устройства управления бытовым холодильником
Курсовая
Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы
Схема управления бытовым холодильником разработанная в данном курсовом проекте содержит встроенный микроконтроллер, который выполняет регулировку температуры, управление освещением, осуществляет подачу сигнала при критически высокой температуре в камере.
Русский
2014-09-14
378.5 KB
31 чел.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет информатики и вычислительной техники
Кафедра ИВС
Схема управления бытовым холодильником
Курсовой проект
по дисциплине
Микропроцессорные системы
Выполнил: студент группы ВМ-41 Захаров С. П.
Проверил:
Оценка:
Йошкар-Ола
2005
АННОТАЦИЯ
В данной пояснительной записке представлены функциональные и принципиальные схемы проектируемого устройства управления бытовым холодильником. В соответствии с заданием выбраны составные части схемы, рассчитаны необходимые параметры схемы.
СОДЕРЖАНИЕ
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Текущая температура |
+ |
5 |
° |
С |
ВВЕДЕНИЕ
Холодильник устройство для хранения продуктов при низких температурах. В настоящее время широко развито производство холодильников различных видов, однако любой из них должен содержать устройство управления и контроля за температурой. В такое устройство управления для удобства пользования холодильником добавляются дополнительные функции.
Схема управления бытовым холодильником разработанная в данном курсовом проекте содержит встроенный микроконтроллер, который выполняет регулировку температуры, управление освещением, осуществляет подачу сигнала при критически высокой температуре в камере.
1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Векторы |
Компрессор включен |
Освещение включено |
Звуковой сигнал |
Z0 |
- |
- |
- |
Z1 |
- |
+ |
- |
Z2 |
+ |
- |
- |
Z3 |
+ |
- |
+ |
Z4 |
+ |
+ |
- |
Z5 |
+ |
+ |
+ |
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
Модуль подавления дребезга контактов кнопок лучше реализовать аппаратным способом.
Рис 1.1. Структурная схема контроллера холодильника
Рис 1.2. Функционально-модульная структура ПО контроллера
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АППАРАТНОЙ ЧАСТИ УСТРОЙСТВА
3.1. Разработка функциональной схемы устройства
Элементная база МПУ требует напряжения питания +5В.
Модуль переключателя режимов как и модуль датчика двери реализуем в виде контактов с нормально разомкнутым состоянием. При сработке датчика или при нажатии на кнопку, произойдет замыкание соответствующего контакта. Для фиксации события, на датчики и кнопки должно быть подано от контроллера через резистор напряжение. Величина напряжения, снимаемая с резистора, может принимать два значения, соответствующих событиям сработка/отпускание. Если по каким либо соображениям, например по конструктивным, необходимо использовать датчики иного вида, то принцип его подключения может быть другим.
В качестве термометра необходимо выбрать такой, который бы обеспечивал заданную точность измерения температуры и имел интерфейс для связи с микроконтроллером, например, SPI.
Для модуля микроконтроллера необходимо определить требования на его архитектуру, в соответствии с заданием и структурной схемой. Так, в нашем случае микроконтроллер должен содержать таймер, контроллер обработки внешних прерываний, охранный таймер. Все современные микроконтроллеры имеют встроенный тактовый генератор с внешней времязадающей цепью. Использование варианта с полностью встроенным тактовым генератором также привлекательно, однако номенклатура таких устройств ограничена. На основании анализа структурной схемы получим, что количество внешних линий ввода/вывода должно быть не менее 20 (две линии ввода сигналов с переключателя режимов, одна с датчика двери, 3 линий ввода сигнала датчика температуры, 11 линий вывода на ЖКИ, по одной на освещение, компрессор и динамик).
На схему сброса и синхронизации не накладывается каких-либо особых требований, вида: частота генератора должна иметь определенную стабильность, её значение необходимо выбирать с учетом обеспечения требуемой синхронизации последовательного канала и т.д. Поэтому в качестве задающего генератора, если не будет варианта с встроенным тактовым генератором, можно выбрать внутренний генератор с внешними времязадающими цепями, у которого частота определяется подсоединенным к внешним выводам кварцевым резонатором. Такой вариант является самым распространенным и дешёвым.
Схема сброса должна выработать импульс сброса для микроконтроллера при включении питания.
Модуль драйверов позволяет микроконтроллеру управлять мощной нагрузкой. Компрессор и лампа холодильника питается от напряжения ~220 В, поэтому модуль драйверов должен выполнять еще и роль гальванической развязки, с целью защиты всей схемы от возможного попадания высокого напряжения. Наиболее приемлемым вариантом развязки является использование оптосимисторов.
В качестве модуля ЖКИ можно выбрать любой одно строчный индикатор с восемью символами в строке.
В качестве модуля компрессора можно взять любой компрессор, работающий от сети переменного тока в 220 В, тогда для управления придётся использовать драйверы с оптосимисторами.
В качестве модуля ламп можно взять любую лампу накаливания, работающий от сети переменного тока в 220 В мощностью 15 Вт.
В качестве модуля динамика можно взять любой динамик с сопротивлением 8 Ом и желательно небольшими габаритами.
Модуль питания в нашем случае преобразует переменное напряжение ~220 В в напряжение питания для схемы контроллера. Остановимся на промышленном модуле питания АС/DC, имеющем меньшие габариты, повышенную надежность по сравнению с классическим источником питания на трансформаторе и линейном стабилизаторе.
Таким образом, функциональная схема контроллера холодильника будет иметь вид, изображенный на рис. 2.7.
3.2. Разработка принципиальной схемы устройства
Выбор кнопок для модулей переключателя режимов и датчика открывания двери определяется эргономическими требованиями, ценой и т.д.
Модуль защиты от помех может быть реализован на дискретных элементах. Однако в настоящее время лучшим выходом является использование специализированных микросхем, разработанных для подключения механических переключателей. Так серия МАХ681х защищает от статического электричества ( 15кВ), большого напряжения на входах (до уровня 25В) и применима для жестких промышленных условий. Кроме того, она снабжена схемой защиты от дребезга контактов, что делает ее идеальным устройством съема состояния с переключателей. Серия МАХ681 представлена тремя микросхемами МАХ6816 / МАХ6817 / МАХ6818 (с возможностью подключения 1 / 2 / 8 кнопок). Для нашего случая подойдет микросхема МАХ6816. Её внутренняя структура содержит защитные диоды, аппаратную схему подавления дребезга и защиту от статики, типовая схема включения приведена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Типовая схема включения микросхемы МАХ6816
В качестве датчика температуры выберем модель фирмы Dallas Semiconductors DS1620. Она обеспечивает диапазон измерения температуры от 55 до 125 С, с точностью 0,5 С и имеет интерфейс SPI. Кроме того, температурные датчики Dallas Semiconductor позволяют значительно упростить выполнение температурных измерений. Схема подключения изображена на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Схема подключения датчика температуры.
На основании анализа требований, предъявляемых к микроконтроллеру, и учитывая, что в задании на разработку нет рекомендации по его выбору, остановимся на микроконтроллере AVR АТ90LS4433. Его характеристики: 28-выводной корпус 20 программируемых линий ввода/вывода с выходными буферами, обеспечивающими 40-мА втекающий ток; два 8-разрядных и один 16-разрядный таймеры/счетчики; два внешних и четырнадцать внутренних источников сигнала прерывания; программируемый сторожевой таймер, интерфейс SPI и др.
Схема синхронизации наиболее просто реализуется путем использования внутреннего тактового генератора с подключенным внешним кварцевым резонатором. Так как разрабатываемая схема не критична к быстродействию, то зададимся частотой процессора 1МГц. Данная частота позволяет легко формировать необходимые временные задержки и энергопотребление микроконтроллера в этом случае незначительное.
При выборе схемы сброса (супервизора питания) необходимо обратить внимание на то, чтобы длительность импульса, генерируемого схемой по включению питания, была больше длительности, требуемой для сброса микроконтроллера. Кроме того, у АТ90LS4433 сброс низким уровнем.
АТ90LS4433 имеет встроенную схему сброса по включению питания, которая вырабатывает импульс при достижении питания уровня ≈2В. Соответственно, при снижении напряжения питания ниже 2В также произойдет сброс микроконтроллера. Во многих ответственных приложениях работа устройства при напряжении ниже 4,2В не гарантируется. В этих случаях используют внешние схемы сброса, порог срабатывания которых имеет требуемый порог срабатывания. Зададимся уровнем срабатывания схемы сброса в 4,5В.
Выберем супервизор фирмы Dallas DS 1813-5, удовлетворяющий указанным условиям. Типовая схема его включения приведена на рис 2.3.
Рис.2.3. Типовая схема подключения супервизора питания.
В качестве компрессора выбирается любой питающийся от сети в 220 В 50 Гц.
Схему драйвера управления компрессором и освещением построим на мощных симисторах, которыми будем управлять через оптоэлектронную развязку. Например, фирма MOTOROLA предлагает симисторы серии МАС для токов до 40А и напряжений до 800В. Для управления симисторами фирма выпускает оптоэлектронные приборы серии МОС3хх. На рис. 2.4. представлена типовая схема оптосимисторного управления силовыми цепями.
В качестве динамика берём высокочастотный динамик 1ГДВ-1-8 с сопротивлением 8 Ом и габаритами 40x40x29. Схема подключения динамика изображена на рис.2.5.
В качестве ЖКИ выберем индикатор HDM08111H-1 фирмы Hantronix. Это однострочный 8-символьный индикатор. Его корпус имеет 14 выводов: 8 под данные, один для сигнала чтения/записи, сигнала разрешения, питания и др. На рис.2.6 показана схема подключения данного устройства:
В качестве источника питания, как отмечалось выше, проще всего выбрать промышленный АС/DC модуль. Данные модули выпускаются на разное входное/выходное напряжение с широкой номенклатурой выходной мощности. В нашем случае входное напряжение равно ~220В, выходное +5В. Напряжение, которое должен обеспечить модуль, зависит от мощности потребления контроллера холодильника. Определим приблизительно мощность потребления контроллером холодильника. Ток потребления микросхем составляет:
АТ90LS4433 2,5 мА на частоте 1 МГц;
DS 1813-5 40 мА;
выходной ток для включения двух оптопар драйвера 20 мА;
PC 0802-A 2,5 мА
1ГДВ-1-8 600 мА
МАХ6818 20 мкА,
входной ток при замыкании всех трёх переключателей составит 1,5 мА
Итого потребляемый ток составит около 686б,5 мА, при 5В питании потребляемая мощность равна 3,4325 Вт. В настоящее время предлагается большой спектр подобной продукции, в частности можно остановиться на AC/DC преобразователях фирмы Franmar.
Окончательная функциональная схема устройства:
Рис 2.7. Функциональная схема контроллера холодильника
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОЙ ЧАСТИ УСТРОЙСТВА
4.1. Разработка структуры программного обеспечения
MAIN()
{
ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ();
РАЗРЕШЕНИЕ ОБЩЕГО ПРЕРЫВАНИЯ();
while (1)
{
ПРОВЕРКА ();
СБРОС WDT();
}
}
ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ()
{
установка портов на ввод/вывод и задание выходного вектора;
настройка таймера на минимальный дискрет отсчета времени;
настройка постоянной времени охранного таймера;
настройка системы прерывания, разрешение отдельных прерываний;
}
Модуль ПРОВЕРКИ проверяет состояние флага нажатия. Если флаг установлен, то запускается процедура соответствующая нажатой кнопке. Эти процедуры содержатся в ВЫХОДНОМ модуле, такие как включения/выключения ламп, запуск электродвигателя вывод информации на ЖКИ.
ПРОВЕРКА()
{
Если флаг нажатия установлен, то выполнить
{
ВЫХОДНОЙ (параметры);
Сброс флага нажатия;
Разрешение прерывания по нажатию;
}
}
ТАЙМЕР()
{
перезагрузка таймера для задания периода вызова прерывания;
увеличение счетчика текущего времени;
}
ВХОДНОЙ модуль должен реагировать на изменение сигнала от кнопок/датчика. Реализуем данный модуль в виде подпрограммы прерывания по входному сигналу. При возникновении прерывания необходимо установить флаг нажатия.
ВХОДНОЙ()
{
установка флага нажатия;
сброс счетчика текущего времени;
сканирование клавиатуры;
подавление дребезга контактов;
опрос термометра;
}
ВЫХОДНОЙ(параметры)
{ /* начало процедуры*/
установка на порту выходного вектора;
} /* возврат
4.2. Разработка заданного программного модуля
4.3. Руководство программиста
long tp, t0, t1, tpp;
bool mode;
// Прерывание по переполнению таймера 2 - 1 Гц для часов
interrupt [TIMER1_OVF1_vect] void TimerOverflow2(void)
{
TCNT2L = 1000; //Задание периода работы таймера 1 Гц
Time(); // Увеличение текущего времени на одну секунду
}
void main(void)
{
INIT(); //инициализация контроллера
_SEI(); // Общее разрешение прерываний
// Бесконечный цикл
while (1)
{
_WDR(); // Сброс охранного таймера
}
}
void INIT(void) // инициализация контроллера
{
t0=20
t1=5
tpp=0.5
mode=1;
// Настройка таймера 1
TCCR1A = 0x00;
TCCR1B = 0x28; // коэффициент деления частоты генератора = 40
TCNT1 = 0xFA; //100 Гц при частоте кварца 1МГц
// 1МГц/40/100Гц = 250 = 0xFA;
TIMSK |= Bit(MskTIE1); // Таймер 1(8 разрядный) - разрешение прерываний
GIMSK |= Bit(MskInt0); // INT0 - разрешение прерывания
// Настройка таймера 2
TCCR2A = 0x00;
TCCR2B = 0x0F; // коэффициент деления частоты генератора = 16
TCNT2H = 0x0B; TCNT2L = 0xDC; //1 Гц при частоте кварца 1МГц
// 1МГц/16/1Гц = 62500 = 0xF424;
//т.к. 16р таймер работает на увеличение,
//то загрузка его = 0x10000-0x1388 = 0x0BDC
TIMSK |= Bit(MskTIE2); // Таймер 2 - разрешение прерываний
GIMSK |= Bit(MskInt1); // INT1 - разрешение прерывания
WDTCR = 0x0F; // Настройка WATCHDOG - период сработки 2.048 сек
// Настройка портов
DDRB = 0x3F; //111111 - РВ5...РС0 на выход данные ЖКИ
DDRС = 0x3E; //111110 PС5 на выход, РС4...РС0 на ЖКИ
PORTD = 0x00; PORTC = 0x00 //Установка выходного вектора Z0
DDRA = 0x00; PORTA = 0x00; //все на вход и в третье состояние
}
void CHECK(void) // функция проверки и изменения состояний
{
switch (PORTC)
{
case 0x00:{
switch (PORTD)
{
case 0x00:{ // состояние Z0
if (PORTD = = 0x04) PORTD := 0x02;
if (tp > t1+tpp) PORTD := 0x01;
break;}
case 0x01:{ // состояние Z2
if (PORTD = = 0x04) PORTD := 0x01;
if (tp < t1-tpp)&&(mode) PORTD := 0x00;
if (tp > t1+tpp*2) PORTC := 0x01;
break;}
case 0x02:{ // состояние Z1
if (PORTD != 0x04) PORTD := 0x00;
if (tp > t1+tpp) PORTD := 0x03;
break;}
case 0x03:{ // состояние Z4
if (PORTD = = 0x04) PORTD := 0x01;
if (tp < t1-tpp)&&(mode) PORTD := 0x02;
if (tp > t1+tpp*2) PORTC := 0x01;
break;}
}
case 0x01:{
switch (PORTD)
{
case 0x01:{ // состояние Z3
if (PORTD != 0x04) PORTD := 0x03;
if (tp < t1+tpp) PORTC := 0x00;
break;}
case 0x03:{ // состояние Z5
if (PORTD = = 0x04) PORTD := 0x01;
if (tp < t1+tpp) PORTC := 0x00;
break;}
}
break;}
}
if ( PORTD = = 0x10) mode := 1;
if ( PORTD = = 0x08) mode := 0;
Write_LCD(); // вывод информации на ЖКИ;
}
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения данной курсовой работы была разработана схема контроллера бытового холодильника. Были выполнены выбор и обоснование элементной базы. В результате выполнения работы были приобретены навыки практического применения теоретических знаний, полученных в результате изучения курса микропроцессорных систем.
6. ЛИТЕРАТУРА
Конт |
Цепь |
1 |
|
2 |
|
3 |
Gnd |
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать | |||
82192. | Алкоголь — ворог №1 | 24.5 KB | |
Ворога потрібно знати в обличчя: а вплив алкоголю на стравохід; б дія алкоголю на шлунок; в вплив алкоголю на кишківник; г вплив алкоголю на печінку; д вплив алкоголю на кров; е вплив алкоголю на серце; є вплив алкоголю на підшлункову залозу; ж вплив алкоголю на мозок. | |||
82193. | Сучасні українці — жертви алкогольної реклами | 2.99 MB | |
Текст вірша: Всі ті, хто за тверезу Україну Підняти хочуть Україну із руїни. Що не дає тобі цвісти, Вкраїно-ненько? Ой, страшний є у мене, лютий вороженько. Найбільша цінність наша — хто? Це наші діти. Їх, молодих, найбільше хоче він споїти. Ой, як голівоньку їм нелюди морочать: Позбавить розуму всю нашу молодь хочуть! | |||
82194. | Олимпийский урок | 53.5 KB | |
Познакомить с историей Олимпийских игр. Чего вы ожидаете от предстоящих зимних Олимпийских игр в России К нам приедет много гостей построят спортивные комплексы. Последние зимние Олимпийские игры прошли в Италии в городе Турине в 2006 г. XXII летние Олимпийские игры состоялись в Москве в1980 г. | |||
82195. | Осінь-чарівниця | 891.5 KB | |
Мета: учити дітей бачити зміни природи восени, виховувати у дітей естетичних почуття, любов до природи рідного краю, уміння розуміти її красу, уловлювати настрій, викликаний картинами природи; розширити кругозір дітей, сприяти розвитку інтересу до явищ природи та її загадок. | |||
82196. | Великие реформы 60 -70-х гг. XlX века | 49.38 KB | |
Начиная эту реформу правительство Александра ll надеялось провести модернизацию общества которая была так важна России в этот период. Однако отмена крепостного права не могла пройти бесследно для России так как господствовал крепостной строй. должны были способствовать ускорению или торможению модернизации России... | |||
82197. | Потребление. Потребитель. Права потребителей и их защита | 51.95 KB | |
Словарь урока: потребитель продавец недостаток товара материальный ущерб моральный вред гарантийный срок срок годности срок службы товара. Право на информацию о товарах услугах работах. Она нужна чтобы потребитель смог сделать правильный выбор для этого ему нужно знать качества и свойства того или иного товара. | |||
82198. | Реки России | 104.5 KB | |
Цель урока: Изучить особенности рек России. Расширить и углубить знания о реках. Сформировать понятия базис эрозии, уклон, падение реки, расход воды в реке, годовой сток, твёрдый сток. Показать влияние климата и рельефа на реки. Формировать умение определения уклона и падения реки. | |||
82199. | Люди Средневековья. Рыцари | 51.5 KB | |
Ожидаемые результаты: в ходе урока учащиеся смогут: описывать жилище и снаряжение рыцаря, «рыцарский турнир»; называть термин по описанию явления; определять личностные качества и идеалы рыцаря на основе анализа рыцарских девизов и фрагментов литературных произведений. | |||