Построение функциональной схемы блока сигнализации
Функциональная схема устройства состоит из следующих функциональных элементов:
1 В основе МК находится ядро. Принято решение использование наиболее распространенное и простое ядро 8051. Первый МК на основе ядра 8051 является МК Intel 8051. Эти МК изначально производились с использованием n-МОП технологии, в дальнейшем они использовали КМОП-технологию , что уменьшило потребление мощности. Рассмотрим характеристики присущие этому типу МК:
Ядро высокого быстродействия с одноцикловыми командами
Внешний кварцевый резонатор на 32 кГц
Программируемая система ФАПЧХ (12.58 МГц, Макс)
3 счётчика/таймера по 16 разрядов
26 программируемых линий ввода - вывода
1 Источников Прерывания с двумя уровнями приоритета
2 указателя данных
1 разрядный указатель стека
Микроконтроллеры обычно классифицируют по разрядности данных, обрабатываемых арифметико-логическим устройством (АЛУ):
2 4-х разрядные - самые простые и дешевые;
3 8-ми разрядные - наиболее распространенная группа. К этой группе относятся микроконтроллеры серии MCS-51 (Intel) и совместимые с ними, PIC (MicroChip), HC68 (Motorola), Z8 (Zilog) и др.
4 16-ти разрядные - более высокопроизводительные, но более дорого стоящие;
5 32-х разрядные - обычно являющиеся модификациями универсальных микропроцессоров.
Отдельно рассматриваются:
программируемые логические интегральные схемы(ПЛИС) - как замена микросхем железной логики;
ЦПОС - цифровой процессор обработки сигналов (ЦПОС)- (DSP - Digital Signal Processor), ориентированные на использование в системах обработки сигналов.
Микропроцессорные модули или «системы на кристалле» -это модули со встроенными микропроцессорами и требуемой периферией, другими словами микроконтроллер с ПЛИС и/или ЦПОС.
Внутри каждой группы МК делятся на CISC- и RISC-устройства. Наиболее многочисленной группой являются CISC-МК, но в последние годы среди новых МК преобладает RISC-архитектура [6];
Матричная клавиатура. Для ввода информации применена клавиатура, которую можно представить в виде матрицы в три строки и три столбца. Она подсоединяется к портам Р2.0 – Р2.5, Р3.3. Интерфейс клавиатуры реализован на элементах: S1-S9 – кнопки, расположение которых представляют матрицу 3*3; DD2.1, DD2.2 – логическая схема формирующий сигнал на входе внешнего прерывания при нажатии на любую кнопку; R1-R3 – подтягивающие резисторы. Работа с клавиатурой основана на системе прерываний от внешнего источника. Сигнал прерывания формируется комбинационной логической схемой на элементах DD2.1 и DD2.2.
Низкий уровень сигнала на входе P3.3 МК вызывает прерывание от внешнего источника, в данном случае от клавиатуры. [6]
ЖКИ модуль. Для соединения ЖКИ-модуля с управляющей системой используется параллельная синхронная шина, насчитывающая 8 линий данных DB0-DB7, линию выбора регистра RS и линию синхронизации E. Кроме линий управляющей шины имеются две линии для подачи напряжения питания 5В – GND и Vcc и линия для подачи напряжения питания драйвера ЖКИ-V0. Для соединения модуля с управляющей системой можно выбрать один из двух вариантов: по 8-ми или 4-х разрядной шине. В первом случае потребуется 11 сигнальных линий, во втором – только 7 [6].
Цифровые датчики, подключенные при помощи интерфейса I2C. МК аппаратно поддерживает обмен по двухпроводному последовательному интерфейсу, совместимому со стандартом I2C. Интерфейс I2C использует те же выводы микросхемы и внутреннюю логику, что и встроенный в МК интерфейс SPI. Выбор (разрешение работы) одного из этих двух интерфейсов может быть произведен программно, путем установки или сброса бита SPE специального регистра SPICON. Интерфейс I2C можно программно сконфигурировать как «программный ведущий» или как «аппаратный ведомый». В режиме «программный ведущий» обмен данными возможен на скоростях до 140 кбит/с, а в режиме «аппаратный ведомый» – до 3,4 Мбит/с. Имеющиеся на кристалле цепи фильтрации подавляют выбросы на линиях интерфейса SDATA и SCLOCK длительностью менее 50 нс с целью предотвращения ошибок при обмене. Для организации шины I2C используются линии, которые, в общем случае, должны быть «подтянуты» к «плюсу» источника питания с помощью внешних нагрузочных резисторов. В МК «подтягивающие» резисторы уже имеются на кристалле, однако, по замечанию производителя, в системах с нескольким «ведомыми» могут понадобиться дополнительные внешние резисторы.
Оптопара. Оптронами называют такие оптоэлектронные приборы, в которых имеются источник и приемник излучения (светоизлучатель и фотоприемник) с тем или иным видом оптической и электрической связи между ними, конструктивно связанные друг с другом. Принцип действия оптронов любого вида основан на следующем. В излучателе энергия электрического сигнала преобразуется в световую, в фотоприемнике, наоборот, световой сигнал вызывает электрический отклик. Практически распространение получили лишь оптроны, у которых имеется прямая оптическая связь от излучателя к фотоприемнику и, как правило, исключены все виды электрической связи между этими элементами.
Транзисторные оптопары рядом своих свойств выгодно отличаются от других видов оптронов. Это прежде всего схемотехническая гибкость, проявляющаяся в том, что коллекторным током можно управлять как по цепи светодиода (оптически), так и по базовой цепи (электрически), а также в том, что выходная цепь может работать и в линейном и в ключевом режиме. Механизм внутреннего усиления обеспечивает получение больших значений коэффициента передачи тока Кi , так что последующие усилительные каскады не всегда необходимы. Важно, что при этом инерционность оптопары не очень велика и для многих случаев вполне допустима. Выходные токи фототранзисторов значительно выше, чем, например, у фотодиодов, что делает их пригодными для коммутации широкого круга электрических цепей. Наконец, следует отметить, что все это достигается при относительной технологической простоте транзисторных оптопар [11].
Реле – это устройство для автоматической коммутации электрических цепей по сигналу извне. Любое релейное устройство, как и реле для коммутации электрических цепей, состоит из релейного элемента (с двумя состояниями устойчивого равновесия) и группы электрических контактов, которые замыкаются (или размыкаются) при изменении состояния релейного элемента. Реле широко применяются в устройствах автоматического управления, контроля, сигнализации, защиты, коммутации и т.д. Наиболее распространены коммутационные реле, реле давления, перемещения, расхода, реле времени, защитные реле.
В зависимости от физической природы входного (управляющего) сигнала реле подразделяются на механические (сила, давление, скорость, ускорение), магнитные, тепловые, оптические, электрические (ток, напряжение, мощность, сопротивление).
Электромагнитные реле, как и другие электрические реле, по роду управляющего и коммутируемого тока могут быть постоянного и (или) переменного тока.
По чувствительности входного сигнала и величине коммутируемого тока электромагнитные реле подразделяют на сверхчувствительные (10-7 – 10-10 Вт) реле, регистрирующие сверхмалые токи, а также высоко - и нормально чувствительные слаботочные (10-6 – 25 А).
Более мощные реле, коммутирующие токи более 50 А и напряжения более 1000 В, называются, соответственно, контакторами и высоковольтными реле.
Слаботочные реле стали в настоящее время самостоятельным классом электрических реле, включающим в себя наиболее распространенные электромагнитные реле с подвижным якорем, герконовые реле, электротепловые и слаботочные реле времени. К классу слаботочных реле относят также и другие виды неэлектрических слаботочных реле, например, тепловые реле [12].
Элементы оповещения. В качестве элементов оповещения используются комбинированное устройство. Оно включает в себя звуковое и световое оповещение, и служит для предупреждения персонала о возгорания.
Блок аварийного питания. В него входят АС\DC, DC\DC преобразователи; аккумулятор, обеспечивающий 4 часа аварийного питания системы, в случае отключения основного питания.
В AC/DC преобразователях, благодаря внутреннему мостовому выпрямителю, защита от обратной полярности не требуется. Для защиты по выходу, все AC/DC преобразователи имеют защиту от работы на холостом ходу и от короткого замыкания на выходе. Кроме того, существуют и дополнительные меры защиты (тиристорная защита или второй, независимый контур управления). Семейство W AC/DC и специальные модели семейств LOK, Т, M, H, S, K, KP могут работать в режиме зарядного устройства кислотных батарей (с номинальными напряжениями 12В, 24В, 36В, 48В, 60В). Эти устройства обеспечивают правильную и безопасную зарядку батарей.
Рисунок 2.4 – Схема элктрическая функциональная
DC/DC преобразователи (для защиты от обратной полярности включения) снабжены внутренним защитным диодом или предохранителем. Некоторые модели снабжены защитным отключением преобразователя при выходе входного напряжения за пределы указанного диапазона входного напряжения [13].