2.4 Выбор и обоснование элементной базы

Для функционирования блоков управления и коммутации необходимы цифровые ИМС малой и средней степени интеграции.

ИМС логики структуры ТТЛ являются наиболее разработанной и массовой серией и обладают наиболее широким спектром применения для проектирования цифровых устройств (серии К155, 555, 532, 1533).

Микросхемы серии ЭСЛ (К500, К1000 и т.д.) являются наиболее перспективной серией, поскольку обладают самым высоким быстродействием.

Логические элементы структуры КМДП (серии К176, К561 и т.д.) имеют меньшее быстродействие и нагрузочную способность по сравнению с ТТЛ и ЭСЛ, однако ИМС этой серии обладают двумя очень важными достоинствами перед ТТЛ и ЭСЛ:

• ничтожная потребляемая мощность в статическом режиме (Р_пот.=10^-6Вт);

• очень высокая помехоустойчивость к наводкам по сети питания и помехам в сигнальной цепи (допустимый уровень помех – до 30% напряжения питания).

Поэтому мы выбираем ИМС структуры КМДП серий К176 и К561.

Аналоговые элементы – транзисторные ключи, диоды и стабилитроны – выбираем конкретно для каждого узла при детальном проектировании функциональных узлов. Ввиду того, что планируемое энергопотребление проектируемого устройства невелико, а массогабаритные показатели ограничены размерами телефона-трубки, выберем аналоговые элементы, имеющие наиболее малые размеры, но обладающие достаточным запасом по мощности для данного устройства.

В качестве аналоговых микросхем применяемых в устройстве используем широко распространённые универсальные микросхемы для телефонных аппаратов отечественного производства :

• в качестве импульсного номеронабирателя – КР1008ВЖ10;

• в качестве вызывного устройства – КР1064ПП1.

Выбор и обоснование пассивных элементов.

При выборе пассивных элементов электрической цепи: резисторов, конденсаторов и так далее, будем руководствоваться, в основном, принципом максимальной миниатюризации, так как для проектируемого устройства не требуется резервирования по мощности пассивных элементов, ввиду очень небольших токов и напряжений в схеме.

Схемотехнические требования при разработке принципиальной схемы

Для обеспечения комплексной надежности устройства необходимо стремиться к уменьшению:

• количества ЭРЭ и электрических связей;

• коэффициента нагрузки активных элементов.

МК принято взять ADuC845, так как он обладает всеми необходимыми ресурсами и возможностями для реализации разрабатываемого устройства. МК ADuC845 является функционально законченным контроллером интеллектуального датчика, включающим в себя: два аппаратных модуля сигма-дельта АЦП высокого разрешения (24-разрядное и 16-разрядное), 8-разрядное микропроцессорное устройство управления и встроенную Flash-память программ и данных. Кроме двух независимых модулей АЦП в составе устройства имеется датчик и прецизионный программируемый усилитель, что позволяет МК выполнять прямые измерения малых уровней напряжения. АЦП с встроенным цифровым фильтром предназначены для измерения низкочастотных сигналов в широком динамическом диапазоне. Так же он включает в себя порты последовательного обмена UART, SPI, I2C, три таймера – счетчика, сторожевой таймер. В состав МК включены также 12-разрядный ЦАП с выходом напряжения, два источника тока, монитор источника питания. Устройство питается от однополярного источника с напряжением +3…+5 В. При напряжении источника +3 В потребляемая микроконвертором мощность составляет менее 10 мВт [7].

В качестве устройства отображения информации о текущем состоянии разработанного устройства используется ЖКИ-модуль на основе контроллера HD44780 фирмы HITACHI. Он обладает малым энергопотреблением и простым интерфейсом. ЖКИ состоит из 2 строк, по 16 символов в каждой, что вполне достаточно для эффективного отображения информации. 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 [6].

Клавиатура используется для ввода информации, задания режимов работы устройства. Клавиатура, используемая в данном устройстве, является матричной и имеет размер 3х3, работа которой основана на системе прерываний.

В качестве датчика используется датчик ТМР175 компании Кемпел. Основным достоинством этих датчиков является сверхмалое потребление энергии и миниатюрное исполнение. Устройства содержат полупроводниковый сенсор, 12-ти битный АЦП, тактовый генератор, регистр конфигурации, регистр измеренного значения, регистры верхнего и нижнего порогового значений, схему сброса и логику реализации последовательного интерфейса. У всех ИМС этого семейства имеется схема слежения, формирующая сигнал тревоги. Датчики имеют возможность передачи данных при помощи интерфейса I2C. Интерфейс I2C позволяет подключение до 120 цифровых датчиков [4].

Устройства оповещения предназначены для уведомления о наличии пожара. В качестве оповещателя выбран комбинированный оповещатель СВИРЕЛЬ-2 включающий в себя световое и звуковое оповещение. Источник питания постоянный 12В, ток потребления 350мА [5].

В качестве гальванической развязки использована оптопара РС816. Краткие характеристики: максимальный выходной ток 50мА, максимальный прямой ток через входной светодиод 50мА, напряжение изоляции 5кВ, тип корпуса DIP4 [8].

В качестве коммутационного элемента используется электромагнитное реле РЭС60 РС4.569.435-02.01, (12В). С помощью этого реле производится коммутация цепи питания устройства оповещения СВИРЕЛЬ-2 Технические параметры: ток питания обмотки постоянный; число коммутационных положений двухпозиционное; номинальное рабочее напряжение 12В; ток срабатывания 22.4 мА; ток отпускания 4.8 мА; максимальное коммутируемое постоянное напряжение 25В, максимальный коммутируемый постоянный ток 0.50А; время срабатывания 3.5 мс; время отпускания 1.5 мс.

Устройство аварийного питания включает в себя АС/DC и DC/DC преобразователи, аккумулятор емкостью на 4-е часа работы.

В качестве АС/DC выбрана модель ECA150.10120 15Вт AC/DC 12В. Выбор объясняется тем, что напряжение питания аккумулятора составляет 12В, так же это напряжение служит для питания пожарного оповещателя. Технические характеристики: входное напряжение переменное 176-242В; напряжение выходное постоянное 12В; мощность 15Вт; номинальный выходной ток 1.25 А.

В качестве DC/DC преобразователя выбрана модель TMA1205S DC-DC, 1Вт, вход 12V, выход 5V/200mА. DC/DC преобразователь понижает напряжение с 12В до 5В, для возможности подключения МК ADuС845, датчиков, ЖКИ и клавиатуры. Технические характеристики: номинальное входное напряжение 12В; номинальное выходное напряжение 5В; номинальный выходной ток 0.2 А; мощность 1Вт.

В качестве аккумулятора выбран DT 12-2.2. Технические характеристики: номинальная емкость 2.2 А.ч; напряжение питания 12В; зарядный ток при 20 ч 20мА.

В качестве диодов выбраны диоды типа FR157 , который входит в зарядное устройство. Технические характеристики: Максимальное постоянное обратное напряжение 1кВ; прямой ток 1.5А; Максимальный обратный ток 5 мкА [9].